Как устроен компьютер
За последние десятилетия технологии персональных компьютеров шагнули далеко вперёд и продолжают развиваться с поразительной скоростью. Машины, которые когда-то едва умещались в огромных помещениях, сейчас легко расположить у себя на ладони. Они не только уменьшились в размере.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
Сегодняшний персональный компьютер несравненно более мощный, чем модель, выпущенная всего несколько лет назад.
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
Современные компьютеры состоят из множества деталей, которые работают в слаженной системе и создают стабильный эффективный инструмент.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
Постоянное развитие оборудования и программного обеспечения делают процесс обучения для работы с компьютером трудновыполнимой задачей, требующей постоянного усовершенствования и вникания. Но некоторые понятия и детали остаются неизменными. Рассмотрим их и станем на шаг ближе к великому знанию о схеме работы персонального компьютера и пониманию того, как устроен компьютер.
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
Основные области применения компьютеров
Применение методов и средств информатики возможно во всех тех областях человеческой деятельности, в которых существует принципиальная возможность (и необходимость) регистрации и обработки информации. По этому поводу существует справедливое высказывание: «Применение вычислительных машин ограничено только рамками нашей фантазии». Сейчас трудно назвать такую сферу деятельности человека, в которой не применяют или не пытаются применить современные информационные технологии.
Среди наиболее значительных областей применения средств обработки данных следует выделить:
- Военное дело, например, системы противоракетной обороны, космические системы.
- Моделирование физических явлений и исследование построенных моделей с помощью компьютеров.
- Обработка конкретных экспериментальных данных при проведении математических, физических, химических, биологических, социологических, исторических, археологических и т. п. исследований.
- Решение задач метеопрогноза.
- Автоматизированные рабочие места (АРМ) специалиста, например, АРМ бухгалтера, руководителя, врача и т. д.
- Системы автоматического проектирования, обеспечивающие поддержку работы инженера-конструктора, существенно повышающие производительность его труда и сокращающие сроки разработок.
- Управление работой отдельных станков (станки с числовым программным управлением), роботы, робототехнические линии, цеха и заводы-автоматы.
- Автоматизированные системы планирования и управления производством, начиная с отдельных предприятий и кончая управлением целыми отраслями (железнодорожный транспорт, авиация и т. д.).
- Получение изображений внутренних частей непрозрачных тел, в том числе в медицине — компьютерная томография, и на производстве — контроль качества, не разрушающий изделий.
- Системы массового обслуживания и информационно-справочные системы. Например, системы резервирования и продажи железнодорожных и авиабилетов.
- Обслуживание крупных спортивных мероприятий — мировых и европейских чемпионатов, Олимпийских игр.
- Базы данных правовой информации (быстрый доступ к нормативным актам, указам и постановлениям правительства, статьям Уголовного и других кодексов), криминалистические базы данных, хранящие сведения о преступниках и т. д.
- Банковские и биржевые компьютерные системы.
- Библиографические компьютерные системы.
- Подготовка различных документов, отчетов и других печатных материалов, рекламное дело.
- Компьютерная верстка и подготовка к изданию газет, журналов, книг.
- Аранжировка музыкальных произведений, цветомузыка.
- Скульптура и архитектура.
- Компьютерный дизайн разрабатываемых устройств, помещений.
- Компьютерная мультипликация и анимация («оживление» изображений – воспроизведение последовательности изображений, создающее впечатление движения).
- Машинный перевод с различных естественных языков.
- Лингвистика, расшифровка неизвестных языков.
- Криптография – шифрование и расшифровка документов, доступ к которым должен быть ограничен.
- Компьютерная геодезия и картография.
- Обучающие, тестирующие и контролирующие программы.
- Цифровая аудио- и видеозапись.
- Новые средства связи, базирующиеся на локальных и глобальных сетях.
Также необходимо упомянуть еще одну, очень специфическую область «применения» информационных технологий. Почти одновременно с появлением персональных компьютеров и растущей популярностью компьютерных сетей появились программы, которые назывались компьютерными вирусами. Основной целью таких программ можно считать нанесение вреда оборудованию, программам или данным конкурентов. Важной отличительной чертой вирусов является их способность распространяться, что позволяет вирусам «заразить» большое количество компьютеров за короткий промежуток времени и нанести максимальный ущерб.
Процессор компьютера
Центральным устройством компьютера является процессор. Он организует приём данных, считывание из оперативной памяти очередной команды, её анализ и выполнение, а также отправку результатов работы на требуемое устройство. Основными характеристиками процессора являются его тактовая частота и разрядность.
Процессор обрабатывает поступающие к нему электрические сигналы (импульсы). Промежуток времени между двумя последовательными электрическими импульсами называется тактом. На выполнение процессором каждой операции выделяется определённое количество тактов.
Тактовая частота процессора равна количеству тактов обработки данных, которые процессор производит за 1 секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) — миллионах тактов в секунду. Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает компьютер. Тактовая частота современных процессоров уже превышает 1000 МГц = 1 ГГц (гигагерц).
Разрядность процессора — это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться одновременно. Разрядность процессоров современных компьютеров достигает 64.
Типы компьютеров
Компьютеры различаются по размерам и способностями. На одном конце шкалы – суперкомпьютеры, очень большие компьютеры с тысячами соединенных микропроцессоров, которые могут выполнять сверхсложные вычисления.
На другой стороне – маленькие компьютеры, встроенные в авто, телевизоры, стереосистемы, калькуляторы и домашние приборы. Эти компьютеры предназначены для выполнения ограниченного числа задач.
Персональный компьютер или ПК, – это компьютер, предназначенный для использования одним человеком одновременно. В этом разделе описаны различные виды персональных компьютеров: настольные, портативные, карманные и планшетные ПК .
Настольные компьютеры
Настольные компьютеры предназначены для работы за столом. Обычно они больше и мощнее других типов персональных компьютеров. Настольные компьютеры состоят из отдельных компонентов. Основной компонент называется системный блок – обычно это прямоугольный корпус, который находится на или под столом. Другие компоненты, такие как монитор, мышь и клавиатура, подключаются к системному блоку.
Портативные компьютеры и нетбуки
Нетбуки (часто называются мини-ноутбуками) – это небольшие и доступные по цене портативные электронной почты.
Смартфоны
Смартфоны – это мобильные телефоны, которые имеют схожие с компьютером возможности.
С помощью смартфона можно осуществлять телефонные звонки, доступ в Интернет, хранить контактную информацию, отправлять сообщения электронной почты и текстовые сообщения, играть в игры и создавать фотографии. Смартфоны обычно имеют клавиатуру и широкий экран.
Карманные компьютеры
Карманные компьютеры, или КПК, достаточно малы, чтобы носить их почти повсеместно. Хотя карманные компьютеры и не такие мощные, как настольные или портативные компьютерные игры.
Некоторые КПК имеют расширенные возможности, например, осуществление телефонных звонков или Интернет. Вместо клавиатуры карманные ПК оснащен сенсорным экраном, который распознает прикосновение пальца или стилуса.
Планшетные компьютеры
Что такое команда и откуда ее берут?
Команда – элемент программного кода. Программный код – то, что управляет современной техникой. Это ее мозг. Код пишут программисты. Код присутствует везде – в компьютере, в телефоне, в планшете, в стиральной машине, в микроволновке, даже в холодильнике. Различия заключаются в объеме, каким образом пользователь управляет техникой, какие функции должны управляться при помощи программ.
Самые обширные коды, включающие в себя множество функций и задач, пишутся для управления компьютерами, смартфонами и планшетами. Это элементы современной техники, к функциям и возможностям которых и пользователя имеется наиболее широкий доступ. Они должны делать много и сразу. Владелец хочет и имеет право забраться в любой уголок своего гаджета, настроить его под себя.
Упрощенные алгоритмы относятся к бытовой электронике. Пользователь не может выполнять тонкую настройку, которая ему и не нужна, по сути. Машина предлагает уже существующие варианты, владелец тыкает по кнопкам, затем наступает очередь программного кода контролировать ситуацию – регулировать температуру, отсчитывать время, пищать, когда работа выполнена.
Команда – конечный этап алгоритма. Алгоритм – последовательность действий с одним или рядом конечных итогов. Алгоритм всегда заканчивается действием.
К примеру – стиральная машина. Пользователь выбирает режим стирки, температуру и степень отжима, нажимает кнопочку «Пуск» — алгоритм запускается. Программный код корректирует работу стиральной машины исходя из заложенных пользователем требований последовательно. Конечный этап – прекращение стирки, разблокировка двери и сигнал о успешно выполненной работе «Пи-ри-пи-пик».
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.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Курс повышения квалификации
- Сейчас обучается 30 человек из 19 регионов
Производители CPU
На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.
Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.
Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.
