Tutorijali za PC hardver: kompletan vodič od nule

Ako ste ikada pomislili "Volio bih razumjeti Kako PC hardver zaista funkcioniše"Ali svaka knjiga koju otvorite zvuči kao besmislica, ne brinite: niste sami. Svijet hardvera može izgledati kao zbrka akronima, brojeva i električnih koncepata, ali uz jasno objašnjenje i jednostavne primjere, postaje mnogo lakše razumjeti."

U ovom vodiču ćete pronaći kompletan obilazak fizičke komponente računara, njegov interni jezik i kako se sve uklapa zajednoOd najosnovnijih koncepata (šta je bit ili bajt) do specifičnih komponenti poput matične ploče, RAM-a, CPU-a, portova i tvrdih diskova, pokrivajući ključne aspekte kao što su brzina sistema, sabirnica podataka i keš memorija. Dizajniran je tako da ga možete čitati u slobodno vrijeme, bez žurbe i bez potrebe za ikakvim predznanjem.

Kako računar komunicira: bitovi, bajtovi i mjerni sistemi

Da biste razumjeli hardver računara, morate početi od početka: Računar "govori" samo o strujiInterno, sve se svodi na to da li postoji struja (1) ili ne (0) u milionima sićušnih prekidača integrisanih u čipove.

Svako od tih mogućih stanja, uključeno ili isključeno, naziva se bit, najmanja jedinica informacije koje računar obrađuje. Bit može vrijediti samo 0 ili 1, ali kada spojimo nekoliko bitova, počinjemo biti u stanju predstavljati slova, brojeve i simbole.

Sljedeći korak je bajt, grupa od 8 bitovaSa 8 prekidača (bitova) možemo formirati mnogo različitih kombinacija nula i jedinica, a svakoj kombinaciji je dodijeljen znak. Na primjer, u dobro poznatom ASCII kodu, slovo A može se predstaviti specifičnim 8-bitnim nizom, kao što je 10100001.

Kada pritisnete tipku na tastaturi, računar ne "vidi" slovo kao takvo, već prima kombinacija 0 i 1 koja odgovara tom ključuHardver pretvara vaš pritisak tipke u bitove, a ekran na kraju prikazuje slovo zahvaljujući tom sistemu kodiranja.

Budući da je bajt premalen za mjerenje velikih količina podataka, koriste se njegovi višekratnici. Najčešće jedinice za skladištenje u računarstvu su:

• 1 bajta = 8 bitova (znak, broj ili razmak).
• 1 kilobajt (KB) = 1024 bajta.
• 1 megabajt (MB) = 1024 KB.
• 1 gigabajt (GB) = 1024 MB.
• 1 terabajt (TB) = 1024 GB.

Imajte na umu da se uvijek koriste višekratnici broja 1024, a ne 1000Na primjer, dokument od 1 KB zapravo zauzima 1024 znaka, računajući slova, brojeve, simbole i razmake.

Osim kapaciteta, kod hardvera se mnogo priča o brzina prijenosa podatakaOvdje ćete vidjeti jedinice poput B/s, KB/s, MB/s ili GB/s (bajtova u sekundi). Ponekad ćete pronaći i bitove u sekundi (b/s, Kbps, Mbps), koji su 8 puta manji od vrijednosti u bajtovima u sekundi jer 1 bajt ima 8 bitova.

Ideja o frekvencijašto se mjeri u hercima (Hz, MHz, GHz). Komponenta koja radi na 1 MHz izvršava jednu operaciju na milion puta u sekundi. U modernim procesorima govorimo o gigahercima (GHz), odnosno milijardama ciklusa u sekundi.

Šta određuje stvarnu brzinu računara

Kada neko kaže "ovaj računar je veoma brz", obično gleda samo procesor, ali u stvarnosti... Brzina računara zavisi od nekoliko faktora zajedno.Mikrofon je važan, da, ali nije jedini.

Prije svega tu je broj internih bitova s ​​kojima CPU radiOvo pokazuje koliko informacija može obraditi odjednom (njegov interni propusni opseg). Ranije su postojali 16-bitni ili 32-bitni procesori; danas su gotovo svi kućni računari 64-bitni, što omogućava istovremenu obradu više podataka i bolje korištenje memorije (vidi poređenje performansi).

Drugi ključni faktor je radna frekvencija ili mašinski ciklusUnutar računara postoji "sat" koji određuje tempo izvršavanja instrukcija. Procesor od 2 GHz, na primjer, sposoban je izvršiti oko 2.000 milijarde ciklusa u sekundi. Što je veća frekvencija, to je više instrukcija u sekundi... pod uslovom da ostatak sistema prati taj tempo.

Sljedeće također imaju značajan utjecaj sabirnice podatakaTo su "autoputevi" kojima informacije putuju od jedne komponente do druge (CPU, RAM, disk, grafička kartica itd.). Što je magistrala šira (što više bitova može istovremeno prenijeti) i što je njena frekvencija veća, to će promet podataka unutar računara biti glatkiji.

Da upotrijebimo poljoprivrednu analogiju, to je kao kombajn: ako može pokositi nekoliko redova kukuruza u svakom prolazu i istovariti ih u velike, brze kamione, posao se brže završava. Ako su autobusi skučeni ili spori, Uska grla bi se stvarala čak i ako bi procesor bio veoma moćan.

Ukratko, ukupna brzina tima određena je kombinacijom:

• Broj internih bitova mikroprocesora (unutrašnji propusni opseg).
• Frekvencija rada procesora (MHz ili GHz).
• Brzina i širina podatkovne magistrale koji povezuje komponente.
• Performanse tvrdog diska ili SSD disk i čipset matične ploče.
• Količina i brzina RAM-a.

Kućište, napajanje i matična ploča

Svaki desktop računar počinje sa toranj ili kućište s dovoljno prostora i ventilacijeVeličina kućišta određuje koliko ćete mjesta i slotova imati za instaliranje diskova za pohranu podataka, ventilatora i ostalih komponenti.

Unutar kutije smo pronašli napajanjeNapajanje transformiše naizmjeničnu struju iz električne mreže (na primjer, 220 V) u niže, stabilnije napone koje računar može koristiti, obično +5 V i +12 V. Dobro napajanje je ključno za stabilnost opreme i izbjegavanje neočekivanih problema uzrokovanih nedovoljnom snagom ili skokovima napona.

Centralna komponenta gdje se gotovo sve povezuje je matična pločaMatična ploča sadrži procesor, RAM memoriju, kartice za proširenje, SATA konektore za tvrde diskove, USB portove, BIOS, čipset i mnoge druge komponente. Matična ploča mora biti kompatibilna s procesorom (tip socketa, itd.). kompatibilnost matične ploče, podrška za memoriju, itd.).

Na tanjiru ćete naći različite slotovi za proširenjekoji su plastični konektori s metalnim kontaktima gdje se ubacuju kartice:

• PCI i PCIe slotoviModerni standard. Većina trenutnih kartica, uključujući 3D grafičke kartice, povezuje se na PCI Express (PCIe). Brže su i dolaze u različitim veličinama (x1, x4, x8, x16) ovisno o broju pinova i podatkovnih linija.
• DIMM slotovi: za RAM memorijske module. Stariji SIMM-ovi su sada zastarjeli.
• SATA konektori: za povezivanje modernih tvrdih diskova i optičkih uređaja pomoću SATA kablova.
• IDE konektori: stari standard za PATA diskove, praktično izumro u današnjim računarima.

Pored slotova, matična ploča integriše razne vozači ili kontrolere koji upravljaju prometom podataka između CPU-a, RAM-a, diskova i perifernih uređaja. Ranije je postojalo mnogo odvojenih kontrolera; danas je većina grupirana u čipset.

El čipset To je čipset koji određuje kako mikroprocesor, memorija, keš memorija, USB portovi, PCIe magistrale itd. međusobno komuniciraju. Njegov kvalitet i karakteristike utiču na stvari kao što su:

• Stvarne performanse koje dobijate od CPU-a.
• Maksimalni kapacitet RAM-a koji se može instalirati.
• Kompatibilnost sa modernim tehnologijama (Vrste RAM-a, vrste diskova, napredni portovi).
• Mogućnost budućih nadogradnji i podršku određenih procesora.

Memorija: ROM, BIOS, RAM, keš memorija i virtuelna memorija

Računar nema samo jednu vrstu memorije, već nekoliko, svaka sa svojom funkcijom. Njihovo razumijevanje mnogo pomaže u sagledavanju Zašto moj računar ponekad radi brzo, a ponekad sporo?.

Stari ROM memorija (memorija samo za čitanje) Bila je to memorija samo za čitanje (read-only memory) u koju je proizvođač pohranjivao osnovne instrukcije za pokretanje i konfiguraciju sistema. Njen sadržaj nije brisan kada se računar isključi. Danas tu ulogu gotovo u potpunosti preuzima BIOS/UEFI.

La BIOS (osnovni ulazno/izlazni sistem) To je program pohranjen na čipu na matičnoj ploči. Pokreće se čim se računar uključi, detektuje memoriju, diskove, CPU i ostale uređaje i vrši početne provjere prije... učitajte operativni sistemDio njegove konfiguracije korisnik može mijenjati (redoslijed pokretanja, hardverski parametri itd.).

Da bi se osiguralo da BIOS zadrži svoje postavke čak i kada je računar isključen, matična ploča ima baterija ili mali akumulatorKada se ova baterija isprazni, postavke datuma, vremena ili pokretanja sistema počinju da se gube, što je obično znak da je potrebno da se baterija zamijeni.

La glavna memorija ili RAM (memorija sa slučajnim pristupom) To je prostor gdje računar privremeno pohranjuje podatke i programe koji se trenutno koriste. To je brza memorija, ali nestabilna: kada se računar isključi, sav njen sadržaj se briše.

Prilikom odabira RAM memorije, važno je obratiti pažnju na kapacitet (na primjer 8 GB, 16 GB, 32 GB) i u brzini prijenosa, obično izraženoj u MHz ili korištenjem DDR nomenklature (DDR2, DDR3, DDR4…). Što je brža i šira komunikacija između RAM-a i CPU-a, to će sistem biti responzivniji.

Ako instalirate više RAM modula s različitim brzinama, Svi će raditi brzinom najsporije osobe.Zato je najbolje koristiti slične module. Originalna DRAM i rana DDR memorija se više ne koriste; danas su norma DDR3, DDR4 ili noviji.

Pored glavne RAM memorije, procesori imaju keš memorijePosebna vrsta vrlo brze memorije koja se nalazi unutar ili vrlo blizu CPU-a. Pohranjuje često korištene podatke i instrukcije, izbjegavajući potrebu za stalnim pristupom sporijoj RAM memoriji.

Možemo zamisliti keš kao oglasna ploča na kojoj objavljujete bilješke koje stalno konsultujeteAko je ono što tražite tamo, odmah to pročitate; ako ne, morate ići u keš memoriju (RAM), što traje duže. Zahvaljujući keš memoriji, CPU može raditi brzinama vrlo bliskim svojoj maksimalnoj frekvenciji.

Postoji nekoliko nivoa keš memorije:

• L1 keš memorijaNajbrži i najmanji memorijski čip, smješten pored svake jezgre CPU-a. Njegova tipična veličina kreće se od 256 KB do 512 KB ili 1 MB po jezgri.
• L2 keš memorija: nešto sporiji i veći, između nekoliko stotina KB i nekoliko MB.
• L3 keš memorija: veća (od nekoliko do desetina MB) i nešto sporija od L1 i L2, ali i dalje mnogo brža od RAM-a.

Kada RAM memorija počne da se prazni, Operativni sistem rezerviše dio tvrdog diska kako bi simulirao dodatnu memoriju. Kada fizički RAM ne stane, Windows (ili neki drugi sistem) premješta nedavno nekorištene podatke na tvrdi disk.

Ovo vam omogućava da nastavite otvarati programe čak i ako nema dovoljno RAM-a, ali to ima svoju cijenu: Tvrdi disk je mnogo sporiji od RAM memorijeAko se virtuelna memorija previše koristi, računar postaje spor jer stalno razmjenjuje podatke između RAM-a i diska (datoteke stranice).

Konfigurisanje veličine virtuelne memorije je moguće iz naprednih sistemskih opcija, ali pravo rješenje za intenzivnu upotrebu je instalirajte više fizičke RAM memorije, umjesto oslanjanja na disk kao zakrpu.

Mikroprocesor (CPU) i njegov sistem hlađenja

El mikroprocesor ili CPU To je "mozak" računara. Odgovoran je za obavljanje proračuna i koordinaciju rada ostalih komponenti, čitanje podataka iz RAM-a ili keš memorije i izvršavanje instrukcija jednu za drugom punom brzinom.

Interno, CPU se uglavnom sastoji od dva funkcionalna bloka:

• Aritmetičko-logička jedinica (ALU)Izvršava matematičke operacije (sabiranje, oduzimanje, množenje, dijeljenje) i logičke operacije (poređenja, uslove poput "AKO je ovo, onda je ono").
• Kontrolna jedinicaOdgovoran je za odlučivanje o redoslijedu izvršavanja instrukcija, koji se podaci čitaju ili pišu i kako informacije teku unutar procesora.

Prilikom odabira procesora, važno je uzeti u obzir nekoliko detalja: Tip i porodica CPU-a (Intel, AMD, određeni asortiman), (fizički socket, čipset), radna frekvencija, broj jezgara, 64-bitna podrška i veličina interne keš memorije.

CPU generira mnogo topline, posebno pri radu na visokim frekvencijama, tako da je dobar hladnjak neophodan. sistem za disipaciju i ventilacijuUobičajena praksa je montiranje metalnog hladnjaka u direktnom kontaktu s procesorom i ventilatora na vrhu koji odvodi toplinu.

Ako se frekvencija procesora poveća iznad specifikacije (overklokacija), temperatura raste još višeA ako hlađenje nije dovoljno, mogu se javiti padovi sistema, greške i smanjeni vijek trajanja komponenti. Zato termalna pasta i pravilna ugradnja ventilatora nisu samo luksuz, već su neophodni.

Portovi, veze i prijenos podataka

Da bi računar mogao komunicirati sa vanjskim svijetom, potrebno mu je ulazne i izlazne lukeTo su fizički konektori na koje priključujemo miševe, tastature, monitore, štampače, eksterne diskove, mreže itd.

Neki od najčešćih koje možete pronaći na modernom računaru su:

• Audio portovi (RCA ili minijack)Ulazi i izlazi za mikrofone, zvučnike i druge zvučne uređaje. Svaka boja obično označava funkciju (izlaz, linijski ulaz, mikrofon itd.).
• PS/2 portoviStari okrugli konektori za tastaturu i miš. Praktično zastarjeli, zamijenjeni USB-om.
• USB priključak (Univerzalna serijska magistrala)USB je de facto standard za gotovo sve vrste perifernih uređaja. Podržava vruću zamjenu (plug and play), tako da možete spajati i odspajati uređaje dok je računar uključen. Verzije kao što su USB 1.1, 2.0, 3.0 i novije razlikuju se u brzini: što je veći broj, to je brži prijenos.
• Ethernet port (RJ45): žični mrežni konektor za pristup internetu ili lokalnim mrežama.
• Vanjski SATA portovi: koristi se za povezivanje eksternih tvrdih diskova kompatibilnih s ovim standardom.
• FireWire priključak (IEEE 1394)Dizajniran za brzi prijenos podataka, široko korišten u svoje vrijeme za digitalne video kamere.
• VGA, DVI i HDMI konektoriVideo izlazi za monitore i projektore. VGA je analogni i stariji; DVI nudi digitalni kvalitet; HDMI je postao najčešće korišten jer prenosi digitalni audio i video visoke definicije preko istog kabla, sa velikom propusnošću.

Pored fizičkih portova, moderni laptopi i računari su puni... bežične tehnologije kao što su infracrveno (stariji), Bluetooth ili Wi-Fi. Omogućavaju bežični prijenos podataka pomoću elektromagnetskih valova ili svjetlosti, s prijemnicima i antenama integriranim u samu ploču ili kao dodatne kartice.

Periferni uređaji i uređaji za pohranu podataka

u periferne jedinice To su svi eksterni uređaji koji se povezuju s računarom radi komunikacije s njim ili proširenja njegovih mogućnosti: tastature, miševi, štampači, skeneri, zvučnici, kamere itd. To mogu biti ulazni uređaji (miš, tastatura), izlazni uređaji (monitor, štampač) ili ulazno-izlazni uređaji (ekrani osjetljivi na dodir, eksterni tvrdi diskovi, multifunkcionalni štampači).

Što se tiče interne memorije, glavna komponenta je hard driveTradicionalno su se koristili magnetni diskovni pogoni (HDD), koji se sastoje od nekoliko aluminijskih ploča obloženih magnetizirajućim materijalom koje se okreću velikom brzinom unutar zatvorenog kućišta.

Ova jela su podijeljena na koncentrične stazekoji se pak dijele na sektora (obično 512 bajtova). Nekoliko sektora zajedno formira klaster ili alokaciona jedinica, što je najmanji dio prostora na disku rezervisan za datoteku.

Ako je veličina klastera 4 KB, a spremite datoteku od samo 1 KB, Zapravo će zauzeti 4 KB na diskuAko zauzima 5 KB, koristit će dva klastera (8 KB). Zato je važno da veličina klastera ne bude prevelika, kako bi se izbjeglo gubljenje prostora s malim datotekama.

Prilikom odabira klasičnog tvrdog diska, dvije stvari su važne: njegov kapacitet u GB ili TB i njegovu brzina rotacijeStariji modeli su se okretali brzinom od 3.600 o/min, zatim su popularni postali oni sa 7.200 o/min, a postoje i brži modeli sa 10.000 o/min ili više, namijenjeni zahtjevnoj upotrebi.

Godinama su tvrdi diskovi i interfejsi koegzistirali. IDE/EIDE/ATA i diskovi SCSI ili FireWireIDE nestaje u korist SATA standarda, dok su SCSI i FireWire ostali za specijaliziranija okruženja ili su zamijenjeni drugim tehnologijama.

Danas su također vrlo česti SSD diskoviOve karakteristike, koje nisu detaljno opisane u originalnom tekstu, ali ih vrijedi spomenuti, pohranjuju podatke na fleš memorijske čipove umjesto na rotirajuće ploče, nudeći mnogo kraće vrijeme pristupa i brzinu čitanja/pisanja daleko superiorniju u odnosu na tradicionalne mehaničke diskove.

Što se tiče optičkih medija, mnogi tornjevi i dalje uključuju CD/DVD čitači i pisačiRazlikuju se po brzinama čitanja, pisanja i ponovnog pisanja, izraženim kao broj iza kojeg slijedi "x" (na primjer, 52x/24x/52x). DVD-ovi također nude različite brzine za CD-ove i DVD-ove, te opciju snimanja u [nedostaje konfiguracija]. dvostruki sloj, što praktično udvostručuje kapacitet diska.

Još jedan zanimljiv parametar kod snimača je veličina internog baferaMala memorija koja pohranjuje podatke dok se snimaju. Ako računar trenutno prestane slati podatke, disk koristi ovaj bafer kako bi izbjegao prekid snimanja i spriječio greške.

Monitori i ekrani

Vizuelni izlaz računara se prikazuje u MonitorI ovdje također postoji nekoliko važnih hardverskih koncepata. CRT (cijevni) monitori su prvi postali popularni; njihov kvalitet je zavisio od veličine u inčima, rezolucije i brzine osvježavanja (broj puta u sekundi koliko se slika "ponovno iscrtava").

Vrlo niska brzina osvježavanja (na primjer, 60 Hz) može uzrokovati naprezanje očiju i primjetno treperenje, dok pri višim brzinama slika izgleda stabilnije. Vremenom su CRT monitori postepeno ustupili mjesto ravnim ekranima.

u TFT/LCD ekrani Rade koristeći tehnologiju tekućih kristala i nude mnogo tanji i lakši dizajn. Kod ove vrste monitora, sljedeće postaje važno: vrijeme odziva, što je vrijeme potrebno da piksel pređe iz jednog stanja u drugo. Vrijednosti ispod 20 ms smatraju se prihvatljivim kako bi se izbjegli tragovi pri brzim pokretima.

Ovi ekrani također imaju izvorna rezolucija (na primjer, 1920×1080). Ako se koriste različite rezolucije, slika se mijenja u mjerilu i može izgubiti definiciju. Prilikom odabira monitora, preporučljivo je uzeti u obzir tip panela, maksimalnu podržanu rezoluciju, vrijeme odziva, brzinu osvježavanja (kod modela za igranje) i broj piksela ili gustoću piksela.

Industrija se nastavila kretati prema tehnologijama kao što su LED, OLED, 3D ekrani i televizori visoke definicijekoji poboljšavaju kontrast, reprodukciju boja i energetsku efikasnost, iako ovi detalji više spadaju u domen potrošačke elektronike nego osnovnog PC hardvera.

U konačnici, kada pogledate otvoreni desktop računar, sve što vidite su različiti dijelovi koji zajedno čine sistem: Toranj koji pruža prostor i ventilaciju, napajanje koje obezbjeđuje stabilnu energiju, matična ploča koja sve povezuje, CPU koji naručuje i izračunava, RAM i keš memorija koji šalju podatke procesoru, diskovi koji pohranjuju vaše informacije, grafička kartica i monitor koji vam ih prikazuju, te portovi i periferni uređaji koji vam omogućavaju interakciju.Razumijevanje svakog od ovih dijelova i njihovog međusobnog odnosa je najdirektniji način da se savlada hardver od nule, bez potrebe da budete inženjer ili da prolazite kroz nemoguće kurseve.