Принцип и схема работы компьютера – аппаратная и программная части

Компьютер

Intel в Израиле начала разработки в области создания «компьютерного мозга»: технологии, которая будет способна к самообучению. Компьютер (англ.computer— «вычислитель») — машина для проведения вычислений. При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, большинство компьютеров способны сохранять информацию и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств выдачи информации. Своё название компьютеры получили по своей основной функции — проведению вычислений. Однако в настоящее время полагают, что основные функции компьютеров — обработка информации и управление.

Основные принципы: Выполнение поставленных перед ним задач компьютер может обеспечивать при помощи перемещения каких-либо механических частей, движения потоков электронов, фотонов, квантовых частиц или за счёт использования эффектов от любых других хорошо изученных физических явлений.

Наибольшее распространение среди компьютеров получили так называемые «электронно-вычислительные машины», ЭВМ. Собственно, для подавляющего большинства людей, слова «электронно-вычислительные машины» и «компьютеры» стали словами — синонимами, хотя на самом деле это не так. Наиболее распространённый тип компьютеров — электронный персональный компьютер.

Архитектура компьютеров может непосредственно моделировать решаемую проблему, максимально близко (в смысле математического описания) отражая исследуемые физические явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 60-х годах XX века, однако сегодня стали достаточно редким явлением.

В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в математических терминах, при этом вся необходимая информация представляется в двоичной форме (в виде единиц и нулей), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач (а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть легко сведены к математическим).

Было обнаружено, что компьютеры всё-таки могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры и т. п.

Начинающие пользователи и особенно дети зачастую с трудом воспринимают идею того, что компьютер — просто машина и не может самостоятельно «думать» или «понимать» те слова, которые он показывает. Компьютер лишь механически отображает заданные программой линии и цвета при помощи устройств ввода-вывода. Человеческий мозг сам признаёт в изображённом на экране образы, числа или слова и придаёт им те или иные значения.

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:

Память

После процессора стоит выделить еще одну важную составляющую часть любого компьютера – память, или запоминающее устройство. Принято выделять следующие виды памяти:

• ОЗУ, которое применяется с целью записи данных на компьютер и их дальнейшего чтения (например, запись выходных результатов работы программы с целью дальнейшей работы с ними на каком-либо внешнем устройстве);
• ПЗУ, которое хранит в памяти постоянные (неизменяемые в течение времени) данные.

Отличительной особенностью ОЗУ от ПЗУ является их энергозависимость. Так, ПЗУ сохраняет все записанные в него данные не зависимо от поступления энергии в компьютер, в то время как в ОЗУ, при отключении электропитания или других проблем, связанных с электричеством, безвозвратно может их потерять.

Кроме вышеперечисленных принято выделять еще один тип памяти, получивший большое распространение совсем недавно, а именно флэш-память (flash memory). Она имеет ряд общих черт с ОЗУ и ПЗУ. Как и в ПЗУ при проблемах, связанных с питанием компьютера, данные, записанные во флэш-памяти, сохраняются. Кроме того, организация такого вида памяти позволяет осуществлять программную запись данных, как в ОЗУ. Во втором случае стоит отметить незначительный недостаток предоставленной возможности – запись данных происходит с более низкой скоростью, чем в ОЗУ.

Память в компьютере представлена в виде ячеек, которые служат для обращения процессора к конкретному месту в памяти. Для этого все ячейки памяти имеют свой собственный идентификатор – уникальный адрес, представленный в числовом виде, который организован в виде матрицы. Запрос к конкретной ячейке происходит в результате обращения к ней процессора путем задания им номера строки и столбца матрицы, в которой она расположена. При этом для управления используют такие системные сигналы, такие как CAS и RAS, на которые можно наткнуться при настройке параметров BIOS, связанных с работой с памятью.

Старт любой программы начинается с необходимости загрузки ее данных в оперативную память, например с какого-либо внешнего устройства. При этом, загрузка может быть как полной, так и частичной. После того, как программа загружена, процессор с помощью определенных функций: счетчика команд, распознает и приводит к выполнению команды, полученные им из ОЗУ, т.е. для выполнения этих операций у него есть отведенный для выполнения данных операций регистр, содержащий ячейки, в которых хранится следующая по порядку выполнения команда. Перед тем, как программа передана к исполнению, в счетчике ее команд записан адрес ячейки, в которой находится первая к исполнению команда, во время работы – данный счетчик с каждым обращением к ячейкам увеличивается, т.е. наполнение данного регистра возрастает до исполнения следующей по порядку программы.

Рассмотренная модель раскрывает процесс запуска и исполнения программы на компьютере достаточно грубо. Стоит отметить, что в современных реалиях процессоры расширили свою функциональность, а именно: появилась возможность выполнение следующих по порядку команд до того, как завершилась предыдущая; инициирование исполнения нескольких команд может происходить единовременно и т.д. Но, несмотря на это, основная идея работы остается неизменной.

Виды персональных компьютеров

Разнообразие компьютерных устройств постепенно растет. Их можно поделить на несколько групп:

1. Настольный ПК (десктоп), состоящий из монитора, системника, клавиатуры. Это своего рода классика. Несмотря на его размеры, настольный ПК любят за возможность модернизации. К нему можно подключить высокопроизводительные мощные устройства, и тогда из обычного ПК он превратится в игровой компьютер.
2. Ноутбук – переносное устройство, в корпусе которого находятся все необходимые компоненты. К этому же типу можно отнести ультрабук и нетбук, которые отличаются небольшим весом и низким энергопотреблением.
3. Моноблок – удобная штука для экономии пространства. Это монитор, в который уже вмонтирован системный блок.
4. Планшет — разновидность переносного компьютера с сенсорным экраном touchscreen (тачскрин). Есть еще планшетные ноутбуки с клавиатурой, которая либо складывается, либо выдвигается из ниши под экраном.
5. Неттоп (mini-desktop). Выглядит как небольшая коробочка, к которой можно подключить все необходимые девайсы: монитор, проектор, клавиатуру, колонки. Также его можно с легкостью синхронизировать с телевизором. Однако неттоп нельзя назвать мощным устройством, он больше подходит для выполнения нересурсоемких задач.

Наверняка у многих возникает вопрос: можно ли смартфон считать ПК? Ведь сейчас существует множество программ для смартфонов, которые сильно приближают функционал телефона к компьютеру.

Но процессоры для ПК и телефона отличаются. Они построены на базе совершенно другой архитектуры. Поэтому смартфон, каким бы совершенным он ни был, не может быть полноценной заменой PC.

Что такое персональный компьютер

Компьютеры – это электронно-вычислительные машины, которые выполняют задания или вычисления в соответствии с набором инструкций, или программ. Первые полностью электронные компьютеры, созданные в 1940-х годах, были огромные, их обслуживало много людей. По сравнению с теми ранними машинами, сегодняшние компьютеры – это просто чудо. Они не только в тысячи раз быстрее, но и несравненно компактнее: могут поместиться на вашем столе, на коленях или даже в кармане.

Компьютеры работают при взаимосвязи оборудования и программного обеспечения. Оборудованием называют видимые и материальные составляющие компьютера, включающие корпус и всё его содержимое. Важнейшей устройство в оборудовании – это маленькая прямоугольная микросхема внутри компьютера, которая называется центральный процессор или микропроцессор. Это «мозг» компьютера – часть, которая интерпретирует команды и выполняет вычисления. Компоненты оборудования, такие как монитор, клавиатура, мышь, принтер и другие, часто называют устройствами.

Программным обеспечением называются команды, или программы, которые указывают оборудованию, что делать. Например, один из типов программного обеспечения – текстовый редактор, с помощью которого на компьютере можно писать письма. Операционная система – это программное обеспечение, которое управляет компьютером и подключенными к нему устройствами. Windows – широко-используемая операционная система.

ЭНИАК

Разработанный в 1946 ЭНИАК (Электронный числовой интегратор и вычислитель) был первым электронным компьютером общего назначения. Он был построен для армии Соединенных Штатов, чтобы вычислять траектории артиллерийских снарядов.

ЭНИАК был огромным по размерам, весил более 27 000 килограммов и заполнял большую комнату. Для обработки данных ЭНИАК использовал около 18 000 электронных ламп, каждая размером с обычную лампочку. Лампы быстро перегорали, и их постоянно нужно было заменять.

реклама

Заманчиво! С чего начать?

Прежде всего, с настроя. Для того, чтобы стать компьютерным энтузиастом вам потребуется получить огромное количество знаний. На это потребуется время. Но не стоит пугаться этого – новые знания будут приносить вам удовольствие. Всю информацию вы будете получать из интернет-ресурсов. Черпайте знания из как можно большего количества источников. Ведь сколько людей, столько и точек зрения. И со временем вы будете чувствовать себя как рыба в воде: научитесь разбираться в устройстве компьютеров, сможете самостоятельно подбирать комплектующие, производить сборку и настройку компьютеров, производить модульный ремонт, настраивать программы, станете уверенным пользователем интернета, будете разбираться в терминологии, сможете разгонять комплектующие (стать оверклокером), научитесь майнить криптовалюты, в конце концов. Кроме того, поднимется и ваша самооценка. А ваши родные, друзья и знакомые будут считать вас незаменимым человеком. В этом хобби нет каких-то планок, которые перед вами кто-то ставит, нет сроков и неразрешимых задач. Всё решаете вы сами! Вы – свободный художник!

Самое первое, что вам необходимо усвоить — это что такое компьютер и из каких основных частей он состоит. Определение компьютера вы найдёте сами, а по его составным частям мы кратко пройдёмся сейчас. Простым языком, компьютер состоит из системного блока и периферии.

Персональный компьютер и его виды

Понятие ПК в последние годы разрослось: всё время появляются новые устройства и разновидности старых, которым дают похожие названия. Конечно же, если не следить постоянно за новостями, то всё это только запутывает при выборе нового компьютерного устройства.

Наверняка Вы задавались вопросом «чем отличается нетбук от ноутбука?» или «смартфон и КПК – в чем разница?» еще и «ультрабуки» появились.

Сегодня мы разберемся со всеми «непонятными словами» :), которыми называются устройства, являющиеся подвидами персонального компьютера (ПК).

1. Настольный ПК

Настольный ПК (англ. Desktop computer) — стационарный компьютер, тот самый, который стоит на столе (или под столом) к нему подключены монитор, клавиатура и мышь.

До недавнего времени именно настольные ПК были самыми распространенными и популярными. В некоторых задачах им пока что нет замены (профессиональная работа с графикой, мощные трехмерные игры и многое другое).

Преимущества настольных ПК:

• Низкая стоимость (относительно конкурентов с такими же характеристиками);
• Широкий выбор возможных конфигураций (с учетом потребностей для разных задач);
• Возможность самостоятельно подобрать комплектующие;
• Легкая замена комплектующих;
• Минимум проблем при апгрейде (модернизации);
• Значительно более низкая стоимость ремонта.

Недостатки настольных ПК:

• Большие размеры и вес, что приводит к:
• сложностям при транспортировании (в командировку не возьмешь с собой :)) и
• не очень привлекательный вид;
• Потребляют немало электроэнергии (особенно производительные системы).

Как видим достоинств больше, чем недостатков, но первые два недостатка перевешивают многие преимущества.

2. Ноутбук

Ноутбук (англ. Notebook — блокнот, второе название Laptop – «на коленях») — портативный переносной компьютер, содержит в одном корпусе все необходимые компоненты. В последнее время успешно конкурирует с настольным ПК.

Когда стоимость ноутбуков опустилась ниже отметки в 600$, популярность их начала резко расти. Сейчас можно найти довольно хороший по характеристикам ноутбук всего за 400 зелёных эквивалентов родной валюты.

Преимущества ноутбуков:

• Небольшие размеры и вес (1,5 – 4 кг), благодаря чему:
• Можно брать с собой в дорогу (на работу, на отдых);
• Более привлекательный вид (по сравнению с настольным ПК);
• Все устройства в одном корпусе (монитор, клавиатура, тач-пад, web-камера, сетевой адаптер, Wi-Fi, кардридер, динамики…);
• Низкое потребление электроэнергии;
• Наличие аккумуляторной батареи, что позволяет использовать ноутбук вдали от розетки (от двух до шести часов).

Недостатки ноутбуков:

• Более высокая стоимость при тех же характеристиках (в последнее время разница всё меньше);
• Ограниченный выбор возможных конфигураций;
• Более сложная замена комплектующих (особенно некоторых деталей);
• Практически невозможна модернизация (апгрейд);
• Высокая стоимость ремонта.

Количество достоинств приблизительно равно количеству недостатков, но небольшие размеры, вес, и легкая транспортировка дают о себе знать.

Исходя из всего перечисленного не удивительно, что у многих сейчас есть и настольный компьютер и ноутбук одновременно (первый для работы дома или игр, второй – в дорогу).

Как выбрать ноутбук мы узнаем в одной из будущих статей на сайте IT-уроки, подписывайтесь на новости сайта, чтобы не пропустить.

3. Ультрабук

Ультрабук (англ. Ultrabook) – это разновидность ноутбука, которая ориентирована на малые размеры и вес, а также длительное время работы от аккумулятора.

Другими словами – это небольшой производительный ноутбук, который может долго проработать без подключения к розетке.

Данный подвид появился в 2011 году благодаря компании Intel.

Особенности ультрабуков:

• Толщина не более 2 сантиметров;
• Вес должен быть не более 1,4 килограмм;
• Длительное время работы от аккумулятора (заявлены 8-10 часов и более);
• Производительность на уровне обычного ноутбука или выше;

И, как следствие:

• Высокая стоимость.

Стоимость ультрабуков начинается с 600 у.е., перешагивает отметку в 2000 у.е. и… не знает предела. Ради интереса можете поискать стоимость ультрабука «Sony VAIO VPCZ21Z9R».

Для большинства случаев стоимость ультрабуков не оправдана, можно вполне найти небольшой ноутбук по более приемлемой цене с хорошими (но не выдающимися) характеристиками.

4. Нетбук

Нетбук (англ. Netbook) – небольшой ноутбук, основное назначение которого – выход в Интернет (отсюда и название) и работа с простыми приложениями.

Отличительные особенности нетбуков:

• небольшой вес (от 1 до 2 кг) и размеры (легко влезет в походную сумку);
• низкое энергопотребление, благодаря чему:
• может долго работать от аккумуляторной батареи (4-8 часов);
• низкая стоимость (приблизительно от 250$).

Но приходится мириться с ограничениями:

• невысокая производительность;
• небольшая диагональ экрана (от 7 до 12 дюймов).

Нетбук или Ноутбук?

Если кратко, на нетбуке можно работать в Интернете, в офисных программах, слушать музыку и смотреть фильмы в дороге. Работа с программами, использующими высокие вычислительные ресурсы (Photoshop, обработка видео и т.п.) крайне затруднена.

Нетбуки быстро потеряли свою актуальность из-за низкой производительности, сейчас в продаже их не найти, а б/у модели советую даже не рассматривать к покупке.

5. Планшет

Планшет (англ. Tablet computer — планшетный компьютер) – разновидность переносного компьютера с сенсорным экраном. Используется без клавиатуры, но зачастую есть возможность её присоединить.

Особенность планшета в компактности при достаточно большом экране. По размерам и весу он меньше чем нетбук (тоньше и легче).

Планшеты получили популярность после выпуска фирмой Apple планшета iPad, затем многие другие производители начали разработку своих планшетов.

Если кратко описать особенности планшета, то можно уложиться в одно предложение: «очень удобно бродить по Интернету и делать различные заметки, но полностью заменить компьютер или ноутбук пока не может». Тем не менее, как дополнительное устройство планшет может быть очень практичен.

6. КПК

КПК (англ. PDA, Personal Digital Assistant – личный цифровой секретарь) — карманный компьютер, по размерам приблизительно с ладонь человека (одно из названий «наладонник»). Если КПК совмещает функции компьютера и мобильного телефона, то его называют коммуникатором.

Карманные компьютеры уже давно — вымерший вид, на данный момент они полностью вытеснены смартфонами. Т.е. можно сказать, что современные смартфоны обладают функциями КПК.

7. Смартфон

Смартфон (англ. smartphone — умный телефон) – мобильный телефон с возможностями компьютера: имеет свою операционную систему, можно устанавливать программы, переключаться между разными приложениями.

Большинство современных телефонов стоимостью от 40 у.е. являются смартфонами.

Практически на любом телефоне можно зайти в Интернет и проверить почту, посмотреть прогноз погоды, или почитать новости. Смартфоны позволяют слушать музыку, смотреть фильмы, устанавливать достаточно функциональные программы.

Разработано множество программ для смартфонов, которые приближают функционал телефона к компьютеру. Главное ограничение при работе в таких программах – размер экрана и невысокое удобство управления.

Если размер экрана Вашего смартфона недостаточно большой, а вы планируете много читать и достаточно активно работать в дороге, то обратите внимание на планшеты. Современные планшеты и смартфоны очень близки по функциональности, главное отличие — размер экрана. Кроме того, не во всех планшетах можно использовать SIM-карту для звонков, даже если есть разъём для неё.