Kako deluje računalnik in kaj je v notranjosti?

Računalniki so se v samo nekaj desetletjih razvili iz preprostih naprav v osnovo 21. stoletja. Toda kljub temu, da je relativno nova tehnologija, večina ljudi nima pojma, kako preprost pravokotnik - dovolj majhen, da se prilega vaš nahrbtnik – je sposoben vsega, od zapletene matematike do predvajanja videa, zvoka in prefinjenega teka programsko opremo.

Torej, kako deluje računalnik in katere komponente potrebujete za izdelavo?

Kaj je računalnik?

Računalnik je programabilna elektronska naprava, ki lahko obdeluje informacije. Računalniki, sestavljeni iz strojne in programske opreme, delujejo na dveh ravneh: prejemajo podatke po vhodni poti, bodisi v živo bodisi prek digitalne pomnilniške enote, in pošiljajo izhod.

Sodobnih računalnikov ne smemo mešati z zastarelimi poklici računalnikov v 19. stoletju. Medtem ko oba izvajata dolge in mučne matematične izračune in obdelavo informacij, je eden oseba, drugi pa stroj.

Kako deluje računalnik?

Računalnik obdela vhod, da ustvari želeni rezultat, toda kako stroj prekaša človeške možgane?

Običajni računalniki ne poskušajo posnemati človeških možganov. Namesto tega izvajajo ukaze zaporedno, pri čemer se podatki nenehno premikajo iz vhoda in pomnilnika v procesor naprave. Nevromorfni računalniki po drugi strani hkrati obdelujejo podatke, zaradi česar so hitrejši, energetsko učinkoviti in bližje strukturi človeških možganov.

Na splošno računalnik deluje v štirih korakih:

1. vnos: Vhodni podatki so podatki pred obdelavo. Prihaja iz miške, tipkovnice, mikrofona in drugih zunanjih senzorjev.
2. Shranjevanje: Shranjevanje je način, kako računalnik hrani vhodne podatke. Trdi disk se uporablja za dolgoročno in množično shranjevanje podatkov, medtem ko je nabor podatkov za takojšnjo obdelavo začasno shranjen v pomnilniku z naključnim dostopom (RAM).
3. Obravnavati: Pri obdelavi se vhod pretvori v izhod. Centralna procesna enota (CPU) računalnika so njegovi možgani. Odgovoren je za izvajanje navodil in izvajanje matematičnih operacij na vhodnih podatkih.
4. Izhod: Izhod je končni rezultat obdelave podatkov. Lahko je kar koli, od slik, video ali zvočne vsebine, tudi besede, ki jih vnašate s tipkovnico. Izhod lahko prejmete tudi prek tiskalnika ali projektorja namesto neposredno prek vaše naprave.

Komponente strojne opreme računalnika

Bolj enostavna je naloga, ki jo mora opraviti računalnik, lažje jo je zgraditi. Zato starejših računalnikih so poenostavljeni v primerjavi s sodobnimi kolegi, z omejenimi zmogljivostmi.

Komponente strojne opreme so vse, česar se lahko fizično dotaknete in vidite v računalniku, vključno z vsemi vhodnimi in izhodnimi napravami od tipkovnic, mikrofonov in miši do zaslonov in zvočnikov.

Strojna oprema je tudi deli fizične obdelave, kot so pomnilnik, CPU, grafična kartica, zvočna kartica, RAM in matična plošča, ki igrajo pomembno vlogo v sodobnih računalnikih.

matična plošča

Matična plošča je primarno komunikacijsko središče med komponentami strojne opreme računalnika. To je glavno vezje, kjer se mora vse fizično povezati - razen tistih, ki se zanašajo na Bluetooth ali Wi-Fi. Brez matične plošče je nemogoče imeti delujoč sodoben računalnik.

CPE

Če je matična plošča komunikacijsko središče, je CPU komunikacijski direktor. Sprejema in interpretira vhod in navodila ter pošilja signale drugim komponentam, kaj točno storiti s podatki za želeni izhod. Več jeder ima CPU, več operacij lahko izvede hkrati.

Oven

RAM je glavni pomočnik procesorja. Namesto da bi morali iskati podatke v precej veliki pomnilniški enoti, RAM shranjuje podatke, ki jih uporablja operacijski sistem, morebitno delujočo programsko opremo in dohodni vhod. Večja kot je zmogljivost RAM-a, težje programsko opremo lahko izvaja brez upočasnitve naprave.

HDD/SSD

HDD pomeni trdi disk. To je komponenta, ki trajno shranjuje vaše medije in aplikacije, vključno z operacijskim sistemom (OS). Razlikujejo se po velikosti in zmogljivosti od nekaj sto gigabajtov (GB) do nekaj terabajtov (TB).

Morda boste naleteli tudi na pogone SSD (Solid State Drives), ki so druga vrsta strojne opreme za shranjevanje. SSD in trdi diski so uporabni za različne stvari, in mnogi uporabniki združujejo pogone, da bi povečali zmogljivost.

Grafična procesna enota

Grafična procesna enota (GPU) je namenjena obdelavi vizualnih slik na vašem računalniku. Zmogljivi grafični procesorji so bistvenega pomena za upodabljanje visokokakovostnih slik in grafike ali igranje video iger. Grafična obdelava je lahko lastna komponenta ali integrirana s CPE.

Zvočna kartica

Zvočne kartice so odgovorni za obdelavo slušnih podatkov in njihovo pošiljanje vašim zvočnikom. Podobno je zvočna kartica lahko ločen del ali integrirana s CPE.

Programske komponente računalnika

Sodobni računalniki uporabljajo kombinacijo komponent strojne in programske opreme, ki skupaj obdelujejo kompleksne vhode in izhode.

Programska oprema je vnaprej napisana zbirka navodil, ki vašemu računalniku povejo, kaj naj naredi. To je digitalni program, ne fizična komponenta, ki jo lahko vidite, ko odprete pokrov računalnika ali prenosnika.

In tako kot vaša računalniška strojna oprema, različne vrste programske opreme opravljajo različne vloge pri delovanju vašega računalnika.

Firmware

Vdelana programska oprema je tam, kjer postane meja med strojno in programsko opremo zamegljena. Gre za programsko opremo, ki je fizično vrezana v kos strojne opreme.

Vdelana programska oprema je prva stvar, ki se zažene vaš računalnik, ko ga vklopite, preprost program, ki vašemu računalniku naroči, naj zažene OS. Brez tega vaš računalnik ne bo zagnal vašega operacijskega sistema ali drugih komponent in obtičali boste s strojno opremo, s katero ne morete komunicirati.

operacijski sistem (OS)

Operacijski sistem je del programske opreme, ki upravlja vire strojne in programske opreme vašega računalnika. Podobno brez operacijskega sistema ne morete komunicirati z računalnikom niti z uporabo vhodnih naprav.

Prihodnost računalnikov

Računalniki, ki sledijo modelu zaporedne obdelave, bodo le cenejši, manjši, hitrejši in učinkovitejši. Vendar pa konvencionalna računalniška zasnova in arhitektura dosegata svojo mejo. Namesto tega lahko pričakujete porast sodobne računalniške arhitekture, ki najprej ni odvisna od tehnologije zasnovan pred več kot 50 leti, od možnosti nevromorfnih računalnikov do bolj dostopnih Quantum računalniki.

Nanoračunalništvo: Ali so računalniki res mikroskopski?

Računalniki postajajo vse manjši, a bodo kdaj tako majhni, da bodo nevidni s prostim očesom?

Preberite Naprej

O avtorju