Как работает компьютер и его комплектующие

Устройство ПК: название всех частей, их назначение и краткое описание

В данной статье мы изучим устройство ПК. Рассмотрим, из чего состоит компьютер с кратким описанием и объяснением назначения каждого из компонентов.

Стандартная конфигурация компьютера — это системный блок и базовая периферия: монитор, клавиатура, компьютерная мышь.

• Системный блок — ключевой функциональный элемент ПК, который содержит внутри себя комплектующие, необходимые для функционирования компьютера. Иначе говоря, железный корпус, который содержит нужные части.
• Периферия — внешнее оборудование для взаимодействия с компьютером, которое позволяет вводить и выводить информацию из него.

Вышеприведённая информация относится к настольным машинам. Также есть и другие разновидности ПК. Например, мобильные ЭВМ. Ноутбуки, в принципе, устроены аналогичным образом, но все комплектующие и периферия расположены в одном корпусе. Похожей категорией выступают моноблоки. Это решения «всё в одном», где в монитор встроены компоненты системного блока. Стоит отметить, что в ноутбуках и моноблоках используются более компактные и менее мощные комплектующие.

Аппаратное обеспечение

Аппаратная часть (на сленге IT-специалистов — «железо», реже «хард», от англ. Hardware) — это все микросхемы, механизмы и устройства, обеспечивающие работу компьютера. Классификация компонентов аппаратного обеспечения может быть разной. Все зависит от конкретного типа устройства. Что касается типично «домашних» ПК, то «железо», установленное на нем, представлено набором следующих компонентов:

1. Системный блок. В нем, как правило, располагаются:

• процессор;
• материнская плата;
• видеокарта;
• аудиокарта;
• оперативная память;
• жесткий диск;
• DVD или CD-привод;
• сетевая карта.

3. Средства управления — как правило, это клавиатура и мышь.

4. Периферийные устройства — модемы, принтеры, сканеры, роутеры и т. д.

Возможен вариант, при котором какие-то из вышеперечисленных устройств взаимным образом интегрированы. Например, ряд моделей материнских плат включает в себя встроенную видео- и аудиокарту. Многое зависит от типа вычислительной техники. Например, то, как работает планшетный компьютер, может отличаться от основных принципов функционирования десктопа — настольного ПК.

Процессор

Процессор (центральный процессор, CPU) – главная микросхема компьютера. Он исполняет все команды пользователя и «руководит» остальным «железом». От него напрямую зависит быстродействие компьютера и его возможности.

Внешне процессор представляет собой небольшую плату с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой (см. рис.). Внутри он имеет очень сложную микроструктуру, включающую миллионы транзисторов. Подробнее о процессоре можно узнать здесь.

На материнской плате процессор крепится в специальном разъёме, называемом разъёмом центрального процессора или сокетом (socket). Есть много видов сокетов, в каждый из которых можно установить только процессоры определенного типа (с таким-же разъёмом). Например, на материнскую плату с Socket LGA1151 можно установить только процессоры Intel Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 и Core i7 с разъёмом LGA1151. Для процессоров AMD (Athlon, Phenom, Ryzen и др.) понадобятся материнские платы с другими подходящими разъемами.

Сверху установленного на материнской плате процессора крепится охлаждение. Чаще всего, оно представляет собой радиатор с вентилятором (кулером) для рассеивания тепла (см.рис.). Это тоже важная часть компьютера, поскольку без охлаждения процессор будет перегреваться и при достижении им критической температуры (у каждой модели процессора она своя) компьютер выключится. Запустить его снова будет невозможно до тех пор, пока процессор не остынет.

Между кулером и процессором обязательно прокладывается слой термопасты. Подробнее об этом здесь.

Как работает компьютер?

Компьютер принимает и обрабатывает данные в соответствии со специальными инструкциями, а результаты обработки отправляет на устройства вывода.

Алгоритмы (наборы команд), программы и все остальные данные хранятся в памяти компьютера, которая разделена на ячейки. Центральное процессорное устройство включает в себя программный счетчик, который нужен для правильного порядка исполнения команд и алгоритмов. Также в состав ЦПУ входит и модуль для контроля порядка команд при обработке данных, арифметический логический модуль, служащий для выполнения компьютером операций арифметики и логики: сложения и сравнения.

Компьютер занимается обработкой введенной (входной) информацией, ее хранением и выводом. Вся информация представляется в виде двоичного (бинарного) кода: то есть нолей «0» (ложь) и единиц «1» (истина), которые также называются логическими переменными. Выделяют следующие программные элементы работы компьютера:

1. Входные данные: существуют различные формы ввода, такие как клавиатура и мышь, микрофон, веб-камера, сканер и др.
2. Память / хранение: компьютер хранит все документы и файлы пользователя на жестком диске, а вот телефоны и бытовые приборы используют другие устройства – флэш-карты памяти.
3. Обработка: она происходит с помощью процессора, которые спрятан глубоко внутри.
4. Вывод: компьютер снабжается монитором, экран которого способен отображать графические данные, так же к ПК часто подключаются колонки для вывода аудиоинформации.

Что же происходит, когда пользователь включает компьютер и запускает произвольную программу? Сначала программа, хранящаяся на жестком диске, загружается в оперативную память и сообщает процессору, какие дополнительные данные необходимо выгрузить в ОЗУ для дальнейшей работы, затем ЦПУ (центральное процессорное устройство) порционно обрабатывает взятую из ОЗУ информацию, выполняет сообщенные алгоритмы и действия, после чего результат выгружает обратно в оперативную память. Когда порции данных для обработки заканчиваются, итоговый результат загружается на жесткий диск и отправляется на хранение.

Например, пользователю необходимо сложить два числа А и В и получить число С. Входные числа будут определены в соответствующие ячейки ОЗУ, а еще одна будет задействована для фиксации результата С. Итак, можно выделить следующие шаги:

Связываем всё вместе

Подводя итоги сказанному выше, можно констатировать, что компьютеры – это очень удачное и крайне полезное сочетание аппаратной и программной части. На вопрос «Как устроен компьютер?» можно ответить такой формулой:

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

или то же самое «по-русски»,

p, blockquote 42,0,0,1,0 —>

Приведенная формула наглядно показывает, что проблемы, которые возникают на компьютере, связаны

• либо с аппаратной частью компьютера (т.е. с «железом»),
• либо с программной частью компьютера (т.е. с операционной системой или с прикладной программой).

Аппаратная часть персонального компьютера – это

• материнская плата с установленными на ней (или подключенными к ней с помощью кабелей) остальными частями компьютера:
  • процессор,
  • оперативная память,
  • жесткие диски,
  • дисководы (приводы) CD- и DVD-,
  • а также прочие устройства, такие как
    • звуковая плата,
    • видео карта,
    • ТВ-тюнер и
    • пр.

    Все устройства персонального компьютера заключены в корпус и запитаны от блока электропитания или от аккумуляторной батареи.

    p, blockquote 46,0,0,0,0 —>

    Для удобства работы с компьютером к нему подключаются также

    • клавиатура, ,
    • монитор,
    • звуковые колонки и
    • другие полезные устройства.

    Программная часть персонального компьютера состоит из

    • операционной системы и
    • прикладного программного обеспечения.

    Операционная система позволяет запустить аппаратный комплекс, добиться его слаженной и четкой работы. Прикладные программы являются самыми полезными и самыми важными частями программно-аппаратного комплекса, поскольку именно с их помощью пользователи компьютеров выполняют свои задачи на персональном компьютере.

    p, blockquote 49,0,0,0,0 —>

    Таким образом, если Вы видите и читаете данный текст, это значит, что в Вашем компьютере все вышеперечисленные программные и аппаратные элементы работают слаженно, четко, бесперебойно и взаимосвязанным образом.

    Характеристики стационарного компьютера и ноутбука

    Как я рассказывал ранее, каждый компьютер состоит из материнской платы, процессора и других компонентов, которые отличаются друг от друга по выпуску и мощности.

    Сейчас же я дам рекомендации, как выбрать подходящий ПК для работы или отдыха.

    Стандартный домашний и офисный компьютер

    В обязанности обычного офисного сотрудника входит работа с почтой, документами и интернетом. Для этих целей нам не нужен слишком мощный ПК. Хорошо подойдет компьютер на базе процессора Core i3 седьмого или восьмого поколения.

    Данный процессор имеет 4 ядра, и он хорошо справится со всеми офисными задачами.

    1. Оперативной памяти будет достаточно в объёме 4 Гб.
    2. Жесткий диск можно установить от 500 до 1000 Гб, подойдет и HDD диск формата SATA 3.0.
    3. Дополнительную видеокарту можно не приобретать – встроенной вполне достаточно.
    4. Блок питания подойдет 450-500 Вт.
    5. Монитор, клавиатуру и мышку можете выбрать на свое усмотрение.

    

    Производители также выпускают готовое фирменное решение для офиса и дома. В такие компьютеры, как правило, уже установлена операционная система Windows и пакет Microsoft Office, что позволит сэкономить на покупке программного обеспечения.

    Что касается ноутбуков – они уже идут в готовой комплектации. Вам остается только выбрать на каком процессоре он работает, объем оперативной памяти и какая в нем установлена видеокарта. Для офисных задач подойдет ноутбук на базе процессора I3 и 4 Гб оперативной памяти.

    Монтажный или игровой компьютер

    Для сборки мощного монтажного или игрового ПК потребуется солидная сумма, так как чем круче комплектующие, тем они дороже. Как я писал ранее, для таких целей больше подойдет стационарный ПК.

    Рекомендую собирать компьютер на базе процессора Core i9 9900K. Он имеет разблокированный множитель, что позволит произвести разгон и увеличить мощность. И не экономьте на охлаждении!

    Данный процессор имеет 8 физических ядер и 8 виртуальных, что дает в сумме 16 потоков. На сегодняшний день этой мощности вполне хватит для работы с монтажом и играми.

    1. Материнскую плату нужно выбирать формата ATX, желательно у проверенных производителей (Gigabyte, Asus).
    2. Оперативную память лучше сразу покупать объемом 32 Гб.
    3. Видеокарта для данной сборки является ключевой, так как именно ее мощность задействуется при работе с монтажом и играми.
    4. На сегодняшний день топовой считается модель Nvidia GeForce RTX 2080Ti.
    5. Жесткий диск для данной сборки нужно устанавливать скоростной M2. В дополнение можно установить второй объемный HDD диск для хранения данных.
    6. Основой такой сборки является блок питания. Если вы решитесь приобрести хорошую видеокарту, то понадобится БП мощностью от 800 Вт. В идеале 1000 Вт и более – главное, отличного качества.
    7. Собирать все это нужно в корпус Full Tower для хорошей вентиляции и охлаждения.
    8. Монитор, мышку и клавиатуру можете выбирать по вашим предпочтениям. Но экономить на этом не стоит, чтобы почувствовать всю мощь данного ПК.

    

    Также на рынке существуют профессиональные брендовые графические станции. В них могут быть установлены серверные процессоры (от двух и более), несколько профессиональных видеокарт и несколько сотен гигабайт оперативной памяти. На таких станциях работают профессиональные монтажеры для студий. И, конечно, цена такой станции просто заоблачная.

    

    Игровые ноутбуки покупать не рекомендую – на мой взгляд, это нецелесообразно. Но если вы все же решитесь, присмотритесь к серии с процессорами Intel Core i9.

    Основы Операционной Системы

    Когда мы проходили в универе программирование на ассемблере у многих студентов был ступор от таких умных слов как “режимы ядра и пользователя”, под которыми на самом деле скрывается хорошо всем известная ролевая система аутентификации, на всех сайтах есть как минимум “Админ” имеющий доступ ко всем страницам и “Пользователь” имеющий ограниченный доступ. Точно так же роль “Ядро” имеет доступ ко всем возможностям CPU, а роль “Пользователь” может вызывать не все команды процессора и не со всеми аргументами. Поверх этой ролевой модели по принципу клиент-серверной архитектуры построена операционная система, где сервер это ядро, которое и реализовывает функционал ОС, а клиент — это пользовательские программы. В мире Web клиент и сервер разделены физически — это два разных компьютера общающихся по сети. В ОС клиент и сервер живут на одной машине и на одном железе. У сервера есть некий API который позволяет клиентам изменять его состояние, к примеру Twitter API позволяет создавать посты, логиниться и загружать ленту твитов в мобильный клиент. У Windows есть Win API, только более громоздкий в виду более широкого круга задач, на сегодняшний день у винды примерно 330 000 API плюс API для UWP apps. Если концепции Твитера более менее всем понятны — пост, пользователь, фид — то концепции ОС могут потребовать некоторого углубления в её внутренности. Поэтому API Windows могут быть трудно понятными без понимания внутреннего устройства ОС.

    На самом деле под ядром понимают три разные вещи. Ядро как весь код ОС. Ядро как подсистема которая отвечает за механизмы ОС, такие как планировщик потоков, переключение контекста, обработка прерываний, свап виртуальный памяти на физическую (Kernel) и ядро подсистемы для поддержки других ОС — CSRSS.exe (Windows), PSXSS.exe (POSIX), OS2SS.exe (OS/2) или WSL (Windows SubSystem for Linux). В данном контексте понимается первый смысл — весь код ОС.

    Когда на экране появляется окно, то в серверной части ОС (режим ядра) появляется структура данных которая описывает это окно — его положение на экране, размеры, текст заголовка, оконная функция через которую ОС даёт приложению среагировать на события. Поскольку подсистем в ОС много, то и структур данных описывающих один объект может быть несколько, к примеру информация о пользовательском процессе есть в компонентах:

    • Executive — здесь логика работы ОС. В этом слое проверяется что могут и не могут делать процессы. Здесь хранится инфа о родительском процессе, параметры старта процесса (Process Environment Block), привязанный аккаунт пользователя, имя exe файла процесса.
    • Kernel — здесь реализованы механизмы ОС, такие как планировщик потоков. Здесь хранится сколько времени процесс проводит в режиме пользователя и ядра, к каким процессорам привязаны его потоки, базовый приоритет потоков процесса.
    • Windowing subsystem — инфа о GDI объектах которые используются для рисования в окне. Это такие примитивы как кисти, pen и пр.
    • DirectX — всё что имеет отношение к DirectX: шейдеры, поверхности, DX-объекты, счётчики производительности GPU, настройки памяти графической памяти.
    • Подсистема Windows которая представлена процессом CSRSS.exe (Client Server Runtime SubSystem). Windows ранее поддерживал ОС POSIX (процесс PSXSS.exe) и OS/2 (OS2SS.exe). В те времена возникла идея сделать и Windows такой же подсистемой, но эта было медленно и поэтому скоро часть CSRSS.exe перенесли в win32k.sys, который сейчас разбит на несколько файлов — win32k.sys, win32kbase.sys и win32kfull.sys. Здесь хранится информация о Process Group Data, Shutdown level, Session Data и пр.

    Что такое компонент? Это логически сгруппированный функционал. Компонентом можно назвать ООП-класс, dll, папку, набор функций с общим префиксом, пространство имён, слой в архитектуре.

    реклама

    Корпус — это скелет компьютера, на который крепятся все детали (комплектующие). Корпусов бесконечное количество видов. Для начала разберитесь в форматах корпусов. В первую очередь он определяется форматом поддерживаемых материнских плат. Основные: E-ATX, ATX, Micro-ATX и Mini-ITX. По мере углубления знаний вы узнаете о таких характеристиках как: качество изготовления, функциональность, «продуваемость», количество слотов расширения, пылезащищенность, наличие актуальных и дополнительных функций. Есть и такая характеристика как «крутость» внешнего дизайна. Существует даже целое направление по дизайну — моддинг.

    2. Материнская плата.

    Материнская плата является связующим звеном между всеми комплектующими. Все они подключаются к ней для совместной работы. Это сложное техническое устройство. Наши гуру называют их нежно: «мать», «материнка» или «мамка». Основные форматы материнок описаны выше. Разные материнки поддерживают разные типы комплектующих (процессоров, оперативной памяти и прочих дискретных устройств). Получите максимум знаний по данному устройству. Без них вы не сможете самостоятельно производить сборку компьютера или его апгрейд.

    

    3. Процессор.

    Центральный процессор – основное вычислительное устройство, исполняющее код программ. Это «соображалка» компьютера. А вкупе с оперативной памятью и устройством хранения он образует мозг вашего компьютера. Процессор устанавливается только в ту модель материнской платы, которая его поддерживает. Это важнейший элемент системы. Подробные знания об устройстве процессора можно получить из обзоров. Выбирайте первые качественные обзоры процессоров новых линеек. Там часто разбирается архитектура, которая помогает понять внутреннее устройство процессора. Сгодятся и качественные обзоры прошлых лет. Набирайте максимальную базу знаний по процессорам.

    

    4. Оперативная память.

    В оперативной памяти компьютер хранит данные, которые он использует в текущий момент или собирается использовать в процессе работы. Она энергозависимая и после выключения компьютера все данные из неё пропадают. Начните с того, что узнайте типы оперативной памяти (для ПК, серверов, DDR3, DDR4). Затем узнайте о частотах, вольтажах, типах используемых чипов и их компоновке, типах охлаждения чипов.

    

    5. Накопители HDD и SSD.

    В этих устройствах долговременной энергонезависимой памяти, хранятся все данные, которые сохраняются после выключения компьютера. Проще говоря, все программы и файлы. Фото вашего любимого кота и ваши видео из отпуска хранятся именно там. Тема довольно интересная и не сложная, если пройти по ней поверхностно. Вы улучшите и углубите свои знания о накопителях, когда решите сменить HDD/SSD в вашем компьютере или при сборке нового.

    

    6. Кулер процессора

    Это не самое сложное устройство, задачей которого является охлаждение процессора во время его работы, ввиду его нагрева. Узнайте о воздушном и жидкостном охлаждении, о типах креплений (поддержка различных сокетов). Изучите тему термоинтерфейсов – это паста, которая служит проводником тепла между поверхностью подошвы кулера и крышкой процессора. От выбора кулера будет зависеть качество работы вашего процессора. Не забудьте пройтись по теме корпусных вентиляторов и способов регулирования их работы.

    

    7. Блок питания.

    С блоком питания вы уже сталкивались. «Зарядка» от вашего телефона это тоже блок питания. В компьютере он внутренний и более сложный. Как и для человека, для компьютера качественное питание является залогом хорошего здоровья и долголетия. Но, чтобы разбираться в его внутреннем устройстве, уже таки желательно иметь профильное образование. Но вам будет достаточно узнать общее внутренне устройство и типы используемых компонентов. А при выборе вы можете руководствоваться качественными обзорами и мнением уважаемых гуру в соответствующей ветке конференции Overclockers.

    

    8. Видеокарта.

    Чаще всего это самый дорогой компонент вашего компьютера. Отвечает за вывод изображения на монитор. Но не всегда. На сегодняшний день он отвечает ещё и за наполнения деньгами вашей банковской карты, если вы решите стать майнером. Высокий спрос на данный компонент породил небывалый скачек цен. У вас будет много времени на изучение устройства и возможностей видеокарт, поскольку по вменяемым ценам в магазинах они появятся не скоро.

    

    Итак, мы закончили с начинкой системного блока. Как видите всё просто. Не сложнее, чем залезть под капот автомобиля и найти там бачок омывателя. Самостоятельная сборка компьютера позволит вам сэкономить кучу денег — больше, чем при вызове мастера по стиральным машинкам, но меньше чем при заездах в автосервис. Женщины без ума от рукастых мужчин, разбирающихся в компьютерах. Если же вы девушка (женщина), то сборка компьютера вашему избраннику станет апофеозом феминизма! Самостоятельная сборка вашего первого компьютера подарит вам чувства, отдаленно схожие с материнскими при рождении дитя или чувства маленького бога, сотворившего новую форму жизни. Молоко не появится, но это незабываемо!

    Программная часть.

    Но системный блок это лишь «железо». Это как человек в коме. Его сердце бьётся, а по жилам течет кровь, но он лишь овощ. Важнейшей частью компьютера является программная. Именно она заставляет компьютеры оживать. Первая и основная программа компьютера это BIOS. Это спинной мозг компьютера. Узнайте о нём. Вы даже прямо сейчас можете увидеть его воочию, перезагрузив компьютер и сразу непрерывно нажимая клавишу «DEL» на вашей клавиатуре. Поводите мышкой или понажимайте клавишами-стрелочками, но пока-что больше ничего другого не трогайте, не нажимайте и не меняйте. Ещё не пришло время это делать. Затем нажмите клавишу «ESC» на клавиатуре и выйдите без сохранения.

    Затем наступает очередь изучения операционной системы (ОС). Их также довольно много, но самая распространенная из них «Windows». Вы уже с ней знакомы. В принципе, она будет работать и без вашего участия. Но изучение операционной системы позволит вам самостоятельно устранять ошибки в её работе, не вызывая платного мастера. А ошибки в «Windows» происходят периодически. Если правильно настроенное «железо» может работать годами без вмешательства, то с операционной системой так получается не всегда. Её изучение также позволит вам её правильно настраивать под свои нужды, устанавливать нужные вам программы, расширяя таким образом функционал вашего компьютера. Изучение ОС приведет к изучению других программ, начиная от интернет-браузера наподобие Google Chrome, «фотошопа” и заканчивая полезными утилитами. Программы это основная рабочая среда, а компьютер служит для обеспечения их работы. Изучив «железную» часть, вы сможете почти всё время уделить «софтовой»(программной), лишь иногда оглядываясь на «железные» новинки. А впереди ещё огромный рынок периферии, поражающий своим многообразием. Оставьте его на потом, когда придет время выбора.

    

    Вот мы и разрезали ленточку с надписью «Welcome» нашего микро-гайда в мир компьютеров. Если вы смогли воодушевиться и выбрать компьютеры и всё что с ними связано своим хобби на всю жизнь, значит я не зря нажал клавиши на клавиатуре несколько тысяч раз. Даю вам слово – вы не пожалеете!

    Напоследок я хочу оставить ещё пару «помогалок».

    Не бойтесь, если у вас что-то не получается. Не заставляйте себя, а делайте всё с удовольствием. Не воздерживайтесь от помощи «бывалых». Крупнейшим ресурсом знаний на пространстве СНГ является конференция Overclockers.ru. Большинство камрадов и просто продвинутых пользователей охотно готовы помочь новичкам. А если кто-либо попытается вас обидеть, то на страже справедливости всегда стоят добровольные супер-герои Мстители-модераторы, готовые постоять за честь любого, выписывая желто-красные оплеухи нарушителям порядка. Но не забудьте и про себя. Корректно и чётко ставьте свои вопросы, не забывая прочитать правила каждой ветки. Уделяйте вашему хобби столько времени, сколько хочется именно вам. Иногда лучше оставить изучение какого-либо вопроса на потом. Не забывайте делиться и своим опытом. Это благодарное хобби. Оно даст вам очень многое. На этом прощаюсь с вами.