Návody na hardvér PC: kompletný sprievodca od začiatku

Ak ste si niekedy pomysleli: „Rád by som pochopil Ako skutočne funguje hardvér počítača„Ale každá kniha, ktorú otvoríte, znie ako nezmysel, nebojte sa: nie ste sami. Svet hardvéru sa môže zdať ako spleť skratiek, čísel a elektrických konceptov, ale s jasným vysvetlením a jednoduchými príkladmi sa to oveľa ľahšie pochopí.“

V tejto príručke nájdete kompletný prehľad fyzické komponenty počítača, jeho interný jazyk a ako všetko do seba zapadáOd najzákladnejších pojmov (čo je bit alebo bajt) až po špecifické komponenty, ako je základná doska, RAM, CPU, porty a pevné disky, pokrýva kľúčové aspekty, ako je rýchlosť systému, dátová zbernica a vyrovnávacia pamäť. Je navrhnutý tak, aby ste si ho mohli prečítať vo svojom voľnom čase, bez zhonu a bez potreby akýchkoľvek predchádzajúcich znalostí.

Ako počítač komunikuje: bity, bajty a merné systémy

Aby ste pochopili hardvér počítača, musíte začať od začiatku: Počítač „hovorí“ iba o elektrineVnútorne sa to všetko redukuje na to, či v miliónoch drobných spínačov integrovaných do čipov tečie prúd (1) alebo nie (0).

Každý z týchto možných stavov, zapnutý alebo vypnutý, sa nazýva bit, najmenšia jednotka informácie ktoré počítač spracováva. Bit môže mať hodnotu iba 0 alebo 1, ale keď spojíme niekoľko bitov, začneme byť schopní reprezentovať písmená, čísla a symboly.

Ďalším krokom je bajt, skupina 8 bitovS 8 prepínačmi (bitmi) môžeme vytvoriť mnoho rôznych kombinácií núl a jednotiek a každej kombinácii je priradený znak. Napríklad v známom kóde ASCII môže byť písmeno A reprezentované špecifickou 8-bitovou sekvenciou, napríklad 10100001.

Keď stlačíte kláves na klávesnici, počítač „nevidí“ písmeno ako také, ale prijíma kombinácia 0 a 1 zodpovedajúca danému kľúčuHardvér prekladá stlačenie klávesu na bity a obrazovka vďaka tomuto kódovaciemu systému nakoniec zobrazí písmeno.

Keďže bajt je príliš malý na meranie veľkého množstva údajov, používajú sa jeho násobky. Najbežnejšie úložné jednotky v informatike sú to:

• 1 bajtov = 8 bitov (znak, číslo alebo medzera).
• 1 kilobajt (KB) = 1024 bajtov.
• 1 megabajt (MB) = 1024 KB.
• 1 gigabajt (GB) = 1024 MB.
• 1 terabajt (TB) = 1024 GB.

Všimnite si, že násobky sa vždy používajú 1024 a nie 1000Napríklad dokument s veľkosťou 1 KB v skutočnosti zaberá 1024 znakov, vrátane písmen, číslic, symbolov a medzier.

Okrem kapacity sa v hardvéri veľa hovorí aj o rýchlosť prenosu dátTu uvidíte jednotky ako B/s, KB/s, MB/s alebo GB/s (bajty za sekundu). A niekedy nájdete aj bity za sekundu (b/s, Kbps, Mbps), ktoré sú 8-krát menšie ako hodnoty v bajtoch za sekundu, pretože 1 bajt má 8 bitov.

Myšlienka frekvenciektorý sa meria v hertzoch (Hz, MHz, GHz). Súčiastka pracujúca na frekvencii 1 MHz vykoná jednu operáciu miliónkrát za sekundu. V moderných procesoroch hovoríme o gigahertzoch (GHz), teda o miliardách cyklov za sekundu.

Čo určuje skutočnú rýchlosť počítača

Keď niekto povie „tento počítač je veľmi rýchly“, zvyčajne sa pozrie len na procesor, ale v skutočnosti... Rýchlosť počítača závisí od viacerých faktorov v kombinácii.Mikrofón je dôležitý, áno, ale nie je jediný.

V prvom rade je tu počet interných bitov, s ktorými CPU pracujeToto číslo udáva, koľko informácií dokáže spracovať naraz (jeho vnútorná šírka pásma). Predtým existovali 16-bitové alebo 32-bitové procesory; dnes sú prakticky všetky domáce počítače 64-bitové, čo umožňuje spracovať viac údajov súčasne a lepšie využiť pamäť (pozri porovnanie výkonu).

Druhým kľúčovým faktorom je prevádzková frekvencia alebo strojový cyklusVo vnútri počítača sa nachádzajú „hodiny“, ktoré určujú tempo vykonávania inštrukcií. Napríklad procesor s frekvenciou 2 GHz je schopný vykonať približne 2.000 miliardy cyklov za sekundu. Čím vyššia je frekvencia, tým viac inštrukcií za sekundu... za predpokladu, že zvyšok systému drží krok.

Významný vplyv majú aj nasledujúce faktory dátové zberniceSú to „diaľnice“, po ktorých sa informácie prenášajú z jednej súčasti do druhej (CPU, RAM, disk, grafická karta atď.). Čím širšia je zbernica (čím viac bitov dokáže preniesť naraz) a čím vyššia je jej frekvencia, tým plynulejší bude prenos dát v počítači.

Ak použijeme poľnohospodársku analógiu, je to ako kombajn: ak dokáže pri každom prejazde zrezať niekoľko riadkov kukurice a vyložiť ich do veľkých, rýchlych nákladných vozidiel, práca sa dokončí skôr. Ak by boli autobusy stiesnené alebo pomalé, Úzke miesta by sa vytvorili, aj keby bol procesor veľmi výkonný.

Stručne povedané, celková rýchlosť tímu je určená kombináciou:

• Počet interných bitov mikroprocesora (vnútorná šírka pásma).
• Pracovná frekvencia procesora (MHz alebo GHz).
• Rýchlosť a šírka dátovej zbernice ktorý spája komponenty.
• Výkon pevného disku alebo SSD disk a čipset základnej dosky.
• Množstvo a rýchlosť RAM.

Skriňa, napájací zdroj a základná doska

Každý stolný počítač začína s veža alebo skriňa s dostatočným priestorom a vetranímVeľkosť skrinky určuje, koľko pozícií a slotov budete mať na inštaláciu úložných jednotiek, ventilátorov a ďalších komponentov.

Vo vnútri krabice sme našli napájanieZdroj napájania transformuje striedavý prúd z elektrickej siete (napríklad 220 V) na nižšie, stabilnejšie napätie, ktoré môže počítač používať, zvyčajne +5 V a +12 V. Dobrý zdroj napájania je kľúčom k stabilite zariadenia a k predchádzaniu neočakávaným problémom spôsobeným nedostatočným výkonom alebo napäťovými špičkami.

Ústredným komponentom, kde sa prakticky všetko spája, je základná doskaZákladná doska obsahuje procesor, RAM, rozširujúce karty, SATA konektory pre pevné disky, USB porty, BIOS, čipovú sadu a mnoho ďalších komponentov. Základná doska musí byť kompatibilná s procesorom (typ socketu atď.). kompatibilita základných dosiek, podpora pamäte atď.).

Na tanieri nájdete rôzne rozširujúce slotyčo sú plastové konektory s kovovými kontaktmi, kam sa vkladajú karty:

• Sloty PCI a PCIeModerný štandard. Väčšina súčasných kariet vrátane 3D grafických kariet sa pripája k rozhraniu PCI Express (PCIe). Sú rýchlejšie a dodávajú sa v rôznych veľkostiach (x1, x4, x8, x16) v závislosti od počtu pinov a dátových liniek.
• DIMM sloty: pre pamäťové moduly RAM. Staršie SIMM sú teraz zastarané.
• SATA konektory: na pripojenie moderných pevných diskov a optických mechaník pomocou SATA káblov.
• IDE konektory: starý štandard pre PATA disky, ktorý v súčasných počítačoch prakticky zanikol.

Okrem slotov základná doska integruje rôzne radiče alebo ovládače, ktoré spravujú dátovú prevádzku medzi CPU, RAM, diskami a perifériami. Predtým existovalo veľa samostatných ovládačov; dnes je väčšina zoskupená do chipset.

El chipset Je to čipová sada, ktorá určuje, ako mikroprocesor, pamäť, vyrovnávacia pamäť, USB porty, zbernice PCIe atď. navzájom komunikujú. Jej kvalita a vlastnosti ovplyvňujú veci ako:

• Skutočný výkon, ktorý získate z procesora.
• Maximálna kapacita RAM ktoré sa dajú nainštalovať.
• Kompatibilita s modernými technológiami (Typy RAM, typy diskov, pokročilé porty).
• Možnosť budúcich vylepšení a podporu určitých procesorov.

Pamäť: ROM, BIOS, RAM, vyrovnávacia pamäť a virtuálna pamäť

Počítač nemá len jeden typ pamäte, ale niekoľko, pričom každá má svoju vlastnú funkciu. Ich pochopenie veľmi pomáha pochopiť... Prečo môj počítač niekedy beží rýchlo a inokedy pomaly?.

Ten starý Pamäť ROM (pamäť len na čítanie) Bola to pamäť určená len na čítanie, do ktorej výrobca ukladal základné pokyny na spustenie a konfiguráciu systému. Jej obsah sa po vypnutí počítača nevymazal. Dnes túto úlohu takmer výlučne preberá BIOS/UEFI.

La BIOS (základný vstupno/výstupný systém) Je to program uložený na čipe na základnej doske. Spustí sa hneď po zapnutí počítača, detekuje pamäť, disky, procesor a ďalšie zariadenia a vykoná počiatočné kontroly pred... načítajte operačný systémČasť jeho konfigurácie môže používateľ upraviť (poradie bootovania, hardvérové ​​parametre atď.).

Aby sa zabezpečilo, že BIOS si zachová svoje nastavenia aj po vypnutí počítača, základná doska má batéria alebo malý akumulátorKeď sa táto batéria vybije, začnú sa strácať nastavenia dátumu, času alebo spustenia, čo je zvyčajne signál, že je potrebné ju vymeniť.

La hlavná pamäť alebo RAM (pamäť s náhodným prístupom) Je to priestor, kde počítač dočasne ukladá údaje a programy, ktoré sa práve používajú. Je to rýchla pamäť, ale nestála: po vypnutí počítača sa všetok jej obsah vymaže.

Pri výbere pamäte RAM je dôležité pozrieť sa na jej kapacita (napríklad 8 GB, 16 GB, 32 GB) a v prenosovej rýchlosti, zvyčajne vyjadrenej v MHz alebo pomocou nomenklatúry DDR (DDR2, DDR3, DDR4…). Čím rýchlejšia a širšia je komunikácia medzi RAM a CPU, tým bude systém citlivejší.

Ak nainštalujete viacero modulov RAM s rôznymi rýchlosťami, Každý bude pracovať tempom najpomalšieho človeka.Preto je najlepšie používať podobné moduly. Pôvodné DRAM a staršie DDR pamäte sa už nepoužívajú; v súčasnosti sú normou DDR3, DDR4 alebo vyššie.

Okrem hlavnej pamäte RAM majú procesory vyrovnávacia pam䝊peciálny typ veľmi rýchlej pamäte umiestnenej vo vnútri procesora alebo veľmi blízko neho. Ukladá často používané dáta a inštrukcie, čím sa eliminuje potreba neustáleho prístupu k pomalšej pamäti RAM.

Kešku si môžeme predstaviť ako nástenka, kde si uverejňujete poznámky, ktoré si môžete neustále prezeraťAk tam nájdete to, čo hľadáte, okamžite si to prečítate; ak nie, musíte ísť do vyrovnávacej pamäte (RAM), čo trvá dlhšie. Vďaka vyrovnávacej pamäti dokáže procesor pracovať rýchlosťou veľmi blízko svojej maximálnej frekvencie.

Existuje niekoľko úrovní vyrovnávacej pamäte:

• Vyrovnávacia pamäť L1Najrýchlejší a najmenší pamäťový čip, ktorý sa nachádza vedľa každého jadra procesora. Jeho typická veľkosť sa pohybuje od 256 KB do 512 KB alebo 1 MB na jadro.
• Vyrovnávacia pamäť L2: o niečo pomalší a väčší, s veľkosťou od niekoľkých stoviek KB do niekoľkých MB.
• Vyrovnávacia pamäť L3: väčšia (od niekoľkých do desiatok MB) a o niečo pomalšia ako L1 a L2, ale stále oveľa rýchlejšia ako RAM.

Keď začne dochádzať pamäť RAM, Operačný systém si rezervuje časť pevného disku na simuláciu dodatočnej pamäte. Keď sa fyzická pamäť RAM nezmestí, systém Windows (alebo iný systém) presunie nedávno nepoužívané údaje na pevný disk.

To vám umožňuje pokračovať v otváraní programov, aj keď nie je dostatok pamäte RAM, ale má to svoju cenu: Pevný disk je oveľa pomalší ako RAMAk sa virtuálna pamäť nadmerne využíva, počítač sa stáva pomalým, pretože neustále vymieňa dáta medzi pamäťou RAM a diskom (stránkovací súbor).

Konfigurácia veľkosti virtuálnej pamäte je možná z rozšírených systémových možností, ale skutočným riešením pre intenzívne používanie je nainštalujte viac fyzickej pamäte RAM, namiesto spoliehania sa na disk ako na záplatu.

Mikroprocesor (CPU) a jeho chladiaci systém

El mikroprocesor alebo CPU Je to „mozog“ počítača. Je zodpovedný za vykonávanie výpočtov a koordináciu činností ostatných komponentov, čítanie údajov z pamäte RAM alebo vyrovnávacej pamäte a vykonávanie inštrukcií jednu po druhej plnou rýchlosťou.

Vnútorne sa CPU skladá hlavne z dvoch funkčných blokov:

• Aritmeticko-logická jednotka (ALU)vykonáva matematické operácie (sčítanie, odčítanie, násobenie, delenie) a logické operácie (porovnávanie, podmienky typu „AK toto, potom tamto“).
• Kontrolná jednotkaJe zodpovedný za rozhodovanie o poradí, v akom sa inštrukcie vykonávajú, aké dáta sa čítajú alebo zapisujú a ako informácie prúdia v procesore.

Pri výbere procesora je dôležité zvážiť niekoľko detailov: Typ a rodina CPU (Intel, AMD, konkrétny rad), (fyzický socket, čipová sada), prevádzková frekvencia, počet jadier, podpora 64-bitov a veľkosť internej vyrovnávacej pamäte.

Procesor generuje veľa tepla, najmä pri práci na vysokých frekvenciách, takže je nevyhnutný dobrý chladič. systém rozptylu a vetraniaObvyklou praxou je namontovať kovový chladič v priamom kontakte s procesorom a navrch ventilátor, ktorý odvádza teplo.

Ak sa frekvencia procesora zvýši nad špecifikáciu (pretaktovanie), teplota stúpa ešte viacA ak chladenie nie je dostatočné, môže dôjsť k zlyhaniam, chybám a skráteniu životnosti komponentov. Preto teplovodivá pasta a správna inštalácia ventilátora nie sú len luxusom, ale nevyhnutnosťou.

Porty, pripojenia a prenos dát

Aby mohol počítač komunikovať s vonkajším svetom, potrebuje vstupné a výstupné portySú to fyzické konektory, kam pripájame myši, klávesnice, monitory, tlačiarne, externé disky, siete atď.

Medzi najbežnejšie, ktoré nájdete na modernom počítači, patria:

• Zvukové porty (RCA alebo minijack)Vstupy a výstupy pre mikrofóny, reproduktory a iné zvukové zariadenia. Každá farba zvyčajne označuje funkciu (výstup, linkový vstup, mikrofón atď.).
• Porty PS/2Staré okrúhle konektory pre klávesnicu a myš. Prakticky zastarané, nahradené USB.
• USB port (univerzálna sériová zbernica)USB je de facto štandardom pre takmer všetky typy periférnych zariadení. Podporuje hot-swapping (plug and play), takže môžete pripájať a odpájať zariadenia, aj keď je počítač zapnutý. Verzie ako USB 1.1, 2.0, 3.0 a vyššie sa líšia rýchlosťou: čím vyššie číslo, tým rýchlejší je prenos.
• Ethernetový port (RJ45): káblový sieťový konektor na prístup na internet alebo lokálne siete.
• Externé SATA porty: používa sa na pripojenie externých pevných diskov kompatibilných s týmto štandardom.
• Port FireWire (IEEE 1394): určený na rýchly prenos dát, vo svojej dobe široko používaný pre digitálne videokamery.
• Konektory VGA, DVI a HDMIVideo výstupy pre monitory a projektory. VGA je analógový a starší typ; DVI ponúka digitálnu kvalitu; HDMI sa stalo najpoužívanejším, pretože prenáša digitálny zvuk a video vo vysokom rozlíšení cez ten istý kábel s vysokou šírkou pásma.

Okrem fyzických portov sú notebooky a moderné počítače plné... bezdrôtové technológie ako napríklad infračervené rozhranie (staršie), Bluetooth alebo Wi-Fi. Umožňujú bezdrôtový prenos údajov pomocou elektromagnetických vĺn alebo svetla s prijímačmi a anténami integrovanými do samotnej dosky alebo ako prídavné karty.

Periférie a pamäťové zariadenia

undefined periférne Sú to všetky externé zariadenia, ktoré sa pripájajú k počítaču, aby s ním komunikovali alebo rozšírili jeho možnosti: klávesnice, myši, tlačiarne, skenery, reproduktory, fotoaparáty atď. Môžu to byť vstupné zariadenia (myš, klávesnica), výstupné zariadenia (monitor, tlačiareň) alebo vstupné a výstupné zariadenia (dotykové obrazovky, externé pevné disky, multifunkčné tlačiarne).

Pokiaľ ide o interné úložisko, hviezdnou zložkou je pevný diskTradične sa používali magnetické diskové jednotky (HDD), ktoré pozostávali z niekoľkých hliníkových platní potiahnutých magnetizovateľným materiálom, ktoré sa otáčali vysokou rýchlosťou vo vnútri utesneného puzdra.

Tieto jedlá sú rozdelené na sústredné dráhyktoré sa zase delia na odvetví (zvyčajne 512 bajtov). Niekoľko sektorov spolu tvorí zhluk alebo alokačná jednotka, čo je najmenšia časť diskového priestoru vyhradená pre súbor.

Ak je veľkosť klastra 4 KB a uložíte súbor s veľkosťou iba 1 KB, V skutočnosti to na disku zaberie 4 KBAk zaberá 5 KB, použije dva klastre (8 KB). Preto je dôležité, aby veľkosť klastra nebola príliš veľká, aby sa predišlo plytvaniu miestom malými súbormi.

Pri výbere klasického pevného disku sú dôležité dve veci: jeho kapacita v GB alebo TB a rýchlosť otáčaniaStaršie modely sa otáčali rýchlosťou 3 600 ot./min., potom sa stali populárnymi tie so 7 200 ot./min. a existujú ešte rýchlejšie jednotky s 10 000 ot./min. alebo viac, určené pre náročné použitie.

Roky existovali pevné disky a rozhrania vedľa seba. IDE/EIDE/ATA a disky SCSI alebo FireWireIDE mizne v prospech štandardov SATA, zatiaľ čo SCSI a FireWire zostali pre špecializovanejšie prostredia alebo boli nahradené inými technológiami.

Dnes sú tiež veľmi bežné SSD diskyTieto funkcie, ktoré neboli v pôvodnom texte podrobne opísané, ale stoja za zmienku, ukladajú dáta na čipy flash pamäte namiesto rotujúcich platní, čo ponúka oveľa kratšie prístupové časy a rýchlosť čítania/zápisu ďaleko prevyšujúcu tradičné mechanické disky.

Pokiaľ ide o optické médiá, mnohé veže stále zahŕňajú Čítačky a zapisovače CD/DVDLíšia sa rýchlosťou čítania, zápisu a prepisovania, vyjadrenou číslom nasledovaným „x“ (napríklad 52x/24x/52x). DVD disky tiež ponúkajú rôzne rýchlosti pre CD a DVD a možnosť nahrávania v režime [chýbajúca konfigurácia]. dvojitá vrstva, čo prakticky zdvojnásobuje kapacitu disku.

Ďalším zaujímavým parametrom u rekordérov je veľkosť internej vyrovnávacej pamäteMalá pamäť, ktorá ukladá dáta počas ich nahrávania. Ak počítač na chvíľu prestane odosielať dáta, disk použije túto vyrovnávaciu pamäť, aby sa predišlo prerušeniu nahrávania a chybám.

Monitory a obrazovky

Vizuálny výstup počítača sa zobrazuje v monitorA aj tu existuje niekoľko dôležitých hardvérových konceptov. CRT (tubusové) monitory sa stali prvými, ktoré sa stali populárnymi; ich kvalita závisela od veľkosti v palcoch, rozlíšenia a obnovovacej frekvencie (počet opakovaní za sekundu, kedy sa obraz „prekreslí“).

Veľmi nízka obnovovacia frekvencia (napríklad 60 Hz) môže spôsobiť namáhanie očí a viditeľné blikanie, zatiaľ čo pri vyšších frekvenciách sa obraz javí stabilnejší. Postupom času CRT monitory postupne ustúpili plochým obrazovkám.

L TFT/LCD obrazovky Fungujú na báze technológie tekutých kryštálov a ponúkajú oveľa tenší a ľahší dizajn. Pri tomto type monitora je dôležité nasledovné: doba odozvy, čo je čas, ktorý pixel potrebuje na zmenu z jedného stavu do druhého. Hodnoty pod 20 ms sa považujú za prijateľné, aby sa predišlo stopám pri rýchlych pohyboch.

Tieto obrazovky majú tiež natívne rozlíšenie (napríklad 1920×1080). Ak sa použijú rôzne rozlíšenia, obraz sa zmení a môže stratiť rozlíšenie. Pri výbere monitora je vhodné zvážiť typ panela, maximálne podporované rozlíšenie, čas odozvy, obnovovaciu frekvenciu (v herných modeloch) a rozstup pixelov alebo hustotu pixelov.

Priemysel sa naďalej zameriava na technológie, ako napríklad LED, OLED, 3D obrazovky a televízory s vysokým rozlíšenímktoré zlepšujú kontrast, reprodukciu farieb a energetickú účinnosť, hoci tieto detaily spadajú skôr do oblasti spotrebnej elektroniky než základného hardvéru počítača.

V konečnom dôsledku, keď sa pozriete na otvorený stolný počítač, vidíte len rôzne časti, ktoré spolu tvoria systém: Veža, ktorá poskytuje priestor a vetranie, zdroj napájania, ktorý poskytuje stabilnú energiu, základná doska, ktorá všetko spája, procesor, ktorý riadi a vypočítava, pamäť RAM a vyrovnávacia pamäť, ktoré privádzajú dáta do procesora, disky, ktoré ukladajú vaše informácie, grafická karta a monitor, ktoré vám ich zobrazujú, a porty a periférie, ktoré vám umožňujú interakciu.Pochopenie každej z týchto častí a ich vzájomného vzťahu je najpriamejší spôsob, ako zvládnuť hardvér od nuly, bez toho, aby ste museli byť inžinier alebo absolvovať nemožné kurzy.