Краткий урок истории - как работает компьютер?

Я начал свой путь к получению знаний о компьютерах с уроков истории.

Изначально компьютеры сильно отличались от тех, что были у меня дома. Первый компьютер, построенный в 1945 году, назывался ENIAC и мог выполнять 5000 операций вычитаний и сложений в секунду. Может показаться, что это много, но с современными компьютерами эта вычислительная мощность - ничтожно мала.

ENIAC состоял из нескольких шкафов высотой 3 метра, весил 27 тонн (что почти такой же, как танк Sherman M4A1 второй войны) и занимал почти весь этаж здания. Итак, этот компьютер был огромным, ужасно тяжелым и потреблял невероятное количество энергии.

Лишь несколько десятилетий спустя, в 1981 году, в продажу поступил первый ПК (персональный компьютер), который мог купить почти каждый ... при условии, что у него были большие деньги. Это оборудование называлось IBM 5150, его процессор Intel 8088 работал с «ужасающей» на то время скоростью 4,77 МГц, имел 64 КБ дисковой памяти и такой же объем краткосрочной памяти. За такую ​​«чудовищную» конфигурацию по сегодняшним деньгам пришлось заплатить почти 5500 долларов США.

 

С тех пор компьютеры систематически развивались. Они становились все меньше, быстрее и дешевле, предлагая при этом больше возможностей.

Как работает компьютер?

Фактически, первые доступные в продаже компьютеры, изготовленные почти 40 лет назад, конструктивно мало чем отличаются от современных машин, стоящих на столах.

Типичный ПК имеет несколько ключевых элементов:

  • 1-й процессор
  • 2. видеокарта
  • 3. материнская плата
  • 4. источник питания
  • 5. Жесткие диски HDD и SSD.
  • 6. корпус
  • 7. система охлаждения
  • 8. Оперативная память
  • 9. операционная система

Интересно, что каждый из этих элементов присутствует и в современных смартфонах. Естественно, все детали намного меньше, чем в полноценном полноразмерном компьютере.

Глядя внутрь типичного домашнего ПК, я был напуган количеством кабелей, схем и всей этой электроники. Однако я перестал бояться, когда узнал, как работает компьютер и за что отвечает каждая его часть. Выяснилось также, что компьютер сложен только на вид, а принцип его работы чрезвычайно прост и логичен. Его работу можно сравнить с человеческим телом, и каждый из его компонентов фактически является эквивалентом различных внутренних и внешних органов.

1. Процессор - компьютерный мозг

Сердце (или, скорее, мозг) любого компьютера - это его центральный процессор. Этот довольно большой кусок кремния, покрытый металлической пластиной, отвечает за все самые важные вычисления, выполняемые компьютером.

Каждая запущенная программа, каждая набранная буква на клавиатуре, просмотренный веб-сайт, запущенная игра или даже каждое движение мыши. Все, что происходит на компьютере, должно проходить через ЦП. Он решает, какое действие или приложение запустить первым. Через него проходит информация, которая поступает к другим компонентам ПК, таким как видеокарта или оперативная память.

В современных компьютерах вы можете найти процессоры с числом ядер до 6, 8 или 16, а основными производителями процессоров являются Intel и AMD . Каждое ядро ​​просто отвечает за поставленную перед ним задачу. Когда в процессоре больше ядер, он может одновременно выполнять больше задач. Его можно сравнить с шоссе: чем больше полос на шоссе, тем больше автомобилей может проезжать по нему одновременно.

2. Видеокарта - визуальный образ   

Все сложные шаги, которые выполняет компьютер, были бы бесполезны, если бы я не видел результатов. На помощь приходят видеокарта и ее GPU (Graphics Processing Unit). Интересно, что видеокарта - это вся система, отвечающая за обработку графики, в случае с настольным компьютером она обычно выглядит как продолговатый, довольно большой элемент, вставленный перпендикулярно материнской плате с несколькими вентиляторами.

С другой стороны, графический процессор представляет собой систему, подобную процессору, установленную на плате на самой видеокарте и скрытой под вентиляторами и радиаторами (радиаторы - это металлические ребра).

Информация о необходимости отображения изображения на экране отправляется на видеокарту, которая визуализирует и генерирует все элементы в играх, а также специальные эффекты, такие как освещение, тени и эффекты частиц. Затем карта декодирует отправленную на нее информацию и преобразует ее в сигнал, который затем отправляется по кабелю прямо на монитор. Существует несколько стандартов подключения монитора к видеокарте, мин. HDMI, DisplayPort, VGA и DVI. Они различаются возможностями и скоростью передачи данных.

В компьютере, предназначенном для игр, видеокарта обычно является самым дорогим элементом. В конце концов, неудивительно, что это обычно самая эффективная часть компьютера, потому что помимо создания красивой графики в играх, он должен создавать такие сцены много раз в секунду для плавного игрового процесса. Мало того, каждый игровой кадр в самом стандартном на сегодняшний день разрешении Full HD состоит из 2 073 600 пикселей.

Игра, работающая со скоростью 60 кадров в секунду, генерирует более 124 миллионов пикселей в секунду. Каждый из этих пикселей должен быть создан видеокартой без каких-либо задержек или ошибок. Так что это настоящее чудо техники!

3. Материнская плата - кровеносная система.

Сердечно-сосудистая система, которая распределяет эритроциты, и в данном случае данные и управляет связью внутри тела (компьютера), является материнской платой. Здесь подключаются отдельные части компьютера, и он соединяет их все в одну, работая вместе.

На материнской плате (MoBo - MotherBoard) типичного настольного компьютера есть некоторые, почти всегда повторяющиеся элементы.

  • Сокет процессора
  • Слот RAM
  • Входы для подключения дисков SATA и оптических приводов
  • Слоты для карт расширения PCI-E, куда, например, вставляется видеокарта
  • Вход питания, обычно 24-контактный

Вся материнская плата усеяна сотнями тысяч крошечных соединений, транзисторов, конденсаторов и крошечных схем. Глядя на него сверху, в некоторых местах он может даже напоминать миниатюрные города, где дорожки выглядят как улицы, а электронные системы - как здания.

Когда я запускаю программу, сигнал активации должен сначала пройти через кабель мыши, затем на процессор, затем на жесткий диск, и оттуда приложение включится и перейдет в оперативную память. Именно материнская плата контролирует связь между всеми этими действиями.

4. Электропитание - пищеварительная система.

Каждому телу для функционирования нужна энергия. То же самое и с компьютерами. И так же, как мои родители следят за тем, чтобы я ел хорошие и ценные продукты, блок питания в компьютере гарантирует, что компьютерные системы не пострадают и у них не закончится энергия для работы.

Блок питания компьютера изменяет напряжение и количество энергии, подаваемой на него из розетки, в соответствии с требованиями определенных частей компьютера. Каждый из выходящих кабелей приспособлен к чему-то другому и заканчивается разными вилками. Таким образом, подключение силовых кабелей к компонентам сводится к простому правилу: квадратный штекер к квадратному входу, прямоугольный штекер к прямоугольному входу.

Конечно, вы всегда должны быть уверены, что данный кабель идеально подходит к выбранной вилке и не может быть вставлен принудительно. Однако инструкция по эксплуатации всегда помогает в этом. Помимо подачи питания на компьютер, блок питания имеет множество различных защит. При возникновении перенапряжения или при внезапном отключении питания в здании источник питания должен защищать чувствительные компоненты компьютера от возгорания.

5. Жесткий диск и SSD - долговременная память.

Массовое хранилище - это противоположность ОЗУ. Он работает намного медленнее, особенно по сравнению с классическими дисковыми HDD. Однако все данные на нем постоянно сохраняются.

Когда я играю в одиночную игру, весь мой текущий игровой прогресс вместе с игрой выполняется в ОЗУ. Однако, когда я нажимаю « Сохранить игру» и выбираю слот для сохранения, именно на жестком диске создается копия состояния игры или « Сохранить» .

В настоящее время SSD намного популярнее обычных дисковых HDD. Насколько они разные?

HDD (жесткий диск) работает аналогично компакт-дискам или DVD-дискам. Внутри такого диска… ну, магнитные диски. Когда компьютер хочет прочитать некоторые данные с такого носителя, игла внутри жесткого диска, похожая на поворотный стол, должна пройти по вращающемуся элементу, чтобы найти данные на нем. По этой причине время на поиск и загрузку таких данных увеличивается, поскольку игла должна находить файлы на физически вращающемся диске.

SSD (Solid-State Drive), то есть полупроводниковая память, работают по тому же принципу, что и флеш-накопители. Внутри нет движущихся частей, и данные хранятся на кремниевых микросхемах памяти. В результате компьютер имеет почти мгновенный доступ к файлам.

В настоящее время жесткие диски и твердотельные накопители очень прочные, и файлы, хранящиеся на них, должны без проблем сохраняться в течение многих лет, без подключения диска к компьютеру. Тем не менее, я прочитал, чтобы всегда делать дополнительные резервные копии важных вещей, таких как фотографии или документы. Такая копия на дополнительном внешнем накопителе, флешке или даже в облаке будет полезна, когда что-то пойдет не так, и оказывается, что многие часы работы или тысячи отличных фотографий из поездки внезапно развалятся.

6. Жилье - кожа да кости

Корпус компьютера похож на мою кожу и скелет. Это то, что определяет внешний вид центрального блока (так называется черный ящик), и он прикрепляется практически ко всем частям компьютера. В нем очень мало электроники, всего несколько кнопок для включения компьютера, кнопка сброса и пара разъемов USB. О, и эти милые светящиеся фанаты тоже.

 

Существует несколько стандартов компьютерных корпусов, в основном различающихся размером поддерживаемой материнской платы. Если внутри корпуса очень похожи друг на друга, то снаружи они почти такие же разные, как лица людей. Я видел в Интернете разные цвета, формы и блики. Иногда они бывают очень скучными, как ящик в комнате отца, над которым он работает. Другие выглядят как настоящие космические корабли, а некоторые меньше коробки из-под обуви.

7. Система охлаждения - может быть, немного мерзко, но во многом связано с потом.

Почти каждый компонент внутри вашего компьютера выделяет тепло. Когда я требую от компьютера более высокой производительности во время игры, я часто слышу шум, исходящий от компьютера. Этот шум производят вентиляторы, охлаждающие все его компоненты.

То же самое происходит с моим телом, когда я слишком много бегаю по двору. Через некоторое время я весь в поту. А пот должен охлаждать мою горячую кожу и мышцы. У каждого фаната в компьютере своя задача. Есть вентилятор для охлаждения процессора, отдельные вентиляторы для охлаждения видеокарты, еще один для охлаждения блока питания. Еще у меня есть несколько вентиляторов на самом корпусе. Они обеспечивают постоянный доступ свежего прохладного воздуха внутрь бокса.

8. Оперативная память - кратковременная память.

Энергозависимая память или RAM (оперативная память) - это микросхема памяти, в которой хранятся запущенные в данный момент приложения. Эта память очень быстрая, во много раз быстрее, чем диски в компьютере. Благодаря этому, когда я запускаю игру с очень большой картой и быстро перемещаюсь по ней, игра, загруженная в оперативную память, способна не отставать от загрузки новых элементов среды.

Точно так же, как только у меня запущен веб-браузер, свернуть его и запустить игру, на восстановление окна браузера уйдет гораздо меньше времени, чем на его полностью «новый» запуск.

Однако не зря этот тип памяти называется «мимолетным». Когда я выключаю компьютер или он выходит из строя из-за какой-либо неисправности, все данные, временно хранящиеся в ОЗУ, испаряются. Вот почему я обнаружил, что стоит время от времени делать записи, будь то игра в «Ведьмака» или написание школьной диссертации в Word. Лучше потерять 5 минут работы / игры, чем час или два.

9. Операционная система - речь шла о теле, теперь о разуме.

Даже самое лучшее тело, самые большие бицепсы и самые быстрые ноги - ничто, когда у вас пустая голова. То же самое и с компьютерами. Операционная система - это как раз такой компьютерный разум, и именно благодаря ей я могу просматривать Интернет, устанавливать программы, игры или смотреть фильмы и мультфильмы.

 

ОС (операционная система) - это одна большая программа, установленная на вашем жестком диске, которая запускается, как только вы включаете компьютер. Помимо графического представления того, что происходит с ПК, операционная система также переводит все команды, которые я даю, на язык, понятный машине.

Даже простое перемещение курсора на рабочем столе должно регистрироваться драйверами мыши, установленными в операционной системе, а затем преобразовываться в сигнал движения, который должен поступать на видеокарту, которая соответственно отображает перемещение грызуна на экране. Весь процесс начинается с ОС.

У меня на белой жести установлена ​​Windows 10, но я знаю, что доступно несколько систем. Помимо Windows, вы также можете использовать macOS, созданный Apple, и множество различных дистрибутивов Linux, большинство из которых доступны бесплатно. У каждой из этих систем есть свои плюсы и минусы, но мне больше всего нравится мой рабочий стол Windows с обоями Lightning McQueen.

 

 

 


 

0 комментариев

Добавить комментарий

Ваше имя:*
E-Mail:
Ваш комментарий:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Видео материалы

Смотреть все