Tutorijali za PC hardver: kompletan vodič od nule

inicio » Tehnologija » Tutorijali za PC hardver: kompletan vodič od nule

Ako ste ikada pomislili: "Volio bih razumjeti kako hardver računara 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 jasna objašnjenja i jednostavne primjere, postaje mnogo lakše shvatiti.

Ovaj vodič pruža sveobuhvatan pregled fizičkih komponenti računara, njegovog internog jezika i kako se sve uklapa . Obuhvata sve, od osnova (poput bit ili bajt) do specifičnih dijelova kao što su matična ploča, RAM, CPU, portovi i tvrdi diskovi, kao i ključne aspekte poput brzine sistema, sabirnice podataka i keš memorije. Osmišljen je za čitanje u slobodno vrijeme, bez žurbe ili predznanja.

Kako računar komunicira: bitovi, bajtovi i mjerni sistemi

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

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

Sljedeći korak je bajt, grupa od 8 bitova . Pomoću 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" samo slovo, već prima kombinaciju 0 i 1 koja odgovara toj tipki . Hardver pretvara vaš pritisak tipke u bitove, a ekran na kraju prikazuje slovo zahvaljujući ovom sistemu kodiranja.

Budući da je bajt premalen za mjerenje velikih količina podataka, koriste se njegovi višekratnici. Najčešće jedinice za pohranu podataka 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 1000. Na primjer, dokument od 1 KB zapravo zauzima 1024 znaka, računajući slova, brojeve, simbole i razmake.

Pored kapaciteta, brzina prijenosa podataka je uobičajena tema u hardveru . Vidjet ćete jedinice poput B/s, KB/s, MB/s ili GB/s (bajtovi u sekundi). Ponekad ćete pronaći i bitove u sekundi (b/s, Kbps, Mbps), koji su osam puta manji od bajtova u sekundi jer jedan bajt ima osam bitova.

Koncept frekvencije je također ključan i mjeri se u hercima (Hz, MHz, GHz). Komponenta koja radi na 1 MHz obavlja jednu operaciju milion puta u sekundi. U modernim procesorima govorimo o gigahercima (GHz), što znači milijarde ciklusa u sekundi.

Šta određuje stvarnu brzinu računara

Kada neko kaže "ovaj računar je veoma brz", obično misli samo na procesor, ali u stvarnosti, brzina računara zavisi od nekoliko faktora zajedno . Procesor je važan, da, ali nije jedini.

Prvo, tu je broj internih bitova s ​​kojima CPU radi . To pokazuje koliko informacija može obraditi odjednom (njegova interna propusnost). Ranije su postojali 16-bitni ili 32-bitni procesori; danas su gotovo svi kućni računari 64-bitni, što im omogućava istovremenu obradu više podataka i bolje korištenje memorije (pogledajte poređenje performansi ).

Drugi ključni faktor je radna frekvencija mašine ili vrijeme ciklusa . Unutar 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 može pratiti taj tempo.

Magistrale podataka također igraju značajnu ulogu ; to 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 veća njena frekvencija, 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 obavlja brže. Ako bi autobusi bili uski ili spori, uska grla bi se stvarala čak i ako bi procesor bio vrlo snažan.

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 s kućištem koje ima dovoljno prostora i ventilacije . Veličina kućišta određuje koliko ćete mjesta i slotova imati za instaliranje diskova za pohranu podataka, ventilatora i drugih komponenti.

Unutar kućišta nalazi se napajanje koje transformira 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 na koju se gotovo sve povezuje je matična ploča . Procesor, RAM, kartice za proširenje, SATA konektori za tvrde diskove, USB portovi, BIOS, čipset i mnoge druge komponente se umeću na nju. Matična ploča mora biti kompatibilna s procesorom (tip socketa, kompatibilnost matične ploče , podrška za memoriju itd.).

Na matičnoj ploči naći ćete različite slotove za proširenje , koji su plastični konektori s metalnim kontaktima u koje 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 različite kontrolere koji upravljaju protokom podataka između CPU-a, RAM-a, diskova i perifernih uređaja. Ranije je postojalo mnogo odvojenih kontrolera; danas je većina grupisana unutar čipseta.

Čipset je skup čipova 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 shvatanju zašto računar ponekad radi brzo, a ponekad sporo.

Stari ROM (Read Only Memory - memorija samo za čitanje) bio je vrsta memorije u koju je proizvođač pohranjivao osnovne instrukcije za pokretanje i konfiguraciju sistema. Njegov sadržaj se nije brisao kada bi se računar isključio. Danas tu ulogu gotovo u potpunosti preuzima BIOS/UEFI.

BIOS (Basic Input/Output System) je program pohranjen na čipu na matičnoj ploči. Pokreće se čim se računar uključi, detektuje memoriju, diskove, CPU i druge uređaje, te vrši početne provjere prije učitavanja operativnog sistema . Neke od njegovih konfiguracija 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 koristi bateriju ili mali akumulator . Kada se ova baterija isprazni, datum, vrijeme i konfiguracija pokretanja se gube, što obično ukazuje na to da je potrebno zamijeniti bateriju.

Glavna memorija , ili RAM (memorija sa slučajnim pristupom) , je prostor u kojem računar privremeno pohranjuje podatke i programe koji se trenutno koriste. Brza je, ali nestabilna: kada se računar isključi, sav njen sadržaj se briše.

Prilikom odabira RAM memorije, važno je uzeti u obzir njen kapacitet (na primjer, 8 GB, 16 GB, 32 GB) i brzinu prijenosa podataka, obično izraženu u MHz ili korištenjem DDR nomenklature (DDR2, DDR3, DDR4, itd.). Što je brža i šira komunikacija između RAM memorije i CPU-a, to će sistem biti responzivniji.

Ako instalirate više RAM modula različitih brzina, svi će raditi brzinom najsporijeg . Stoga je najbolje koristiti slične module. Originalni DRAM i rani DDR moduli se više ne koriste; danas su DDR3, DDR4 ili veće brzine norma.

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

Keš memoriju možemo zamisliti kao oglasnu ploču na koju stavljate bilješke koje stalno konsultujete . Ako je ono što tražite tamo, odmah to pročitate; ako ne, morate ići u ormarić za dokumente (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 memorije počne da nestaje, operativni sistem stupa na scenu. On rezerviše dio tvrdog diska za simulaciju dodatne memorije. Kada fizički RAM više ne stane, Windows (ili neki drugi sistem) premešta podatke koji nisu nedavno korišteni na tvrdi disk.

Ovo omogućava programima da nastave s radom čak i kada nema dovoljno RAM-a, ali to ima svoju cijenu: tvrdi disk je mnogo sporiji od RAM-a . Ako se virtualna memorija previše koristi, računar postaje trom jer stalno razmjenjuje podatke između RAM-a i tvrdog diska (datoteke stranice).

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

Mikroprocesor (CPU) i njegov sistem hlađenja

Mikroprocesor , ili CPU, je "mozak" računara. On obavlja proračune i koordinira radnje ostalih komponenti, čitajući podatke iz RAM-a ili keš memorije i izvršavajući instrukcije jednu za drugom velikom 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, preporučljivo je uzeti u obzir nekoliko detalja: tip i porodicu CPU-a (Intel, AMD, određeni raspon) , (fizički socket, čipset), radnu frekvenciju, broj jezgara, podršku za 64-bitne procesore i veličinu interne keš memorije.

CPU generira znatnu količinu topline, posebno pri radu na visokim frekvencijama, tako da je dobar sistem hlađenja i ventilacije neophodan . Obično se metalni hladnjak montira u direktnom kontaktu s procesorom, a ventilator se postavlja na vrh kako bi se toplina odvodila.

Ako se frekvencija CPU-a poveća iznad specifikacije (overclocking), temperatura raste još više , a ako je hlađenje nedovoljno, mogu se javiti padovi sistema, greške i smanjeni vijek trajanja komponenti. Stoga, termalna pasta i pravilna ugradnja ventilatora nisu luksuz, već neophodni.

Portovi, veze i prijenos podataka

Da bi računar komunicirao sa vanjskim svijetom, potrebni su mu ulazni i izlazni portovi . To su fizički konektori gdje priključujemo miševe, tastature, monitore, štampače, eksterne tvrde diskove, mrežne adaptere 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 bežičnih tehnologija kao što su infracrveni port (najstariji), Bluetooth i Wi-Fi. One omogućavaju bežični prenos podataka pomoću elektromagnetnih talasa ili svjetlosti, sa prijemnicima i antenama integrisanim u matičnu ploču ili kao dodatne kartice.

Periferni uređaji i uređaji za pohranu podataka

Periferni uređaji su svi oni vanjski 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, vanjski tvrdi diskovi, multifunkcionalni štampači).

Što se tiče interne memorije, glavna komponenta je tvrdi disk . Tradicionalno su se koristili magnetni diskovi (HDD), koji se sastoje od nekoliko aluminijskih ploča obloženih magnetizirajućim materijalom koji se okreću velikom brzinom unutar zatvorenog kućišta.

Ove ploče su podijeljene na koncentrične staze , koje su dalje podijeljene na sektore (obično 512 bajtova). Nekoliko sektora zajedno formira klaster ili alokacionu jedinicu, što je najmanji dio prostora na disku rezervisan za datoteku.

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

Prilikom odabira klasičnog tvrdog diska, važna su dva faktora: njegov kapacitet u GB ili TB i brzina rotacije . Stariji modeli su se vrtjeli na 3.600 o/min, zatim su postali popularni diskovi sa 7.200 o/min, a postoje i brže jedinice od 10.000 o/min ili više, dizajnirane za zahtjevne aplikacije.

Godinama su tvrdi diskovi s IDE/EIDE/ATA sučeljima koegzistirali sa SCSI ili FireWire diskovima . IDE diskovi su postepeno nestali u korist SATA standarda, dok su SCSI i FireWire postali specijaliziraniji ili su zamijenjeni drugim tehnologijama.

Danas su SSD diskovi također vrlo uobičajeni . Nisu detaljno opisani u originalnom tekstu, ali vrijedi ih spomenuti: oni 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 desktop računari i dalje uključuju CD/DVD čitače i pisače . Oni se razlikuju 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 mogućnost snimanja u dva sloja , što praktično udvostručuje kapacitet diska.

Još jedan važan parametar za CD/DVD snimače je veličina internog bafera , male memorije koja pohranjuje podatke tokom snimanja. Ako računar trenutno prestane slati podatke, uređaj koristi ovaj bafer kako bi izbjegao prekid snimanja i spriječio greške.

Monitori i ekrani

Vizuelni izlaz računara se prikazuje na monitoru , a i ovdje 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.

TFT/LCD ekrani koriste tehnologiju tekućih kristala i nude mnogo tanji i lakši dizajn. Vrijeme odziva je ključno kod ove vrste monitora ; to je vrijeme potrebno da se piksel promijeni iz jednog stanja u drugo. Vrijednosti ispod 20 ms smatraju se prihvatljivim kako bi se izbjeglo pojavljivanje duhova u scenama koje se brzo kreću.

Ovi ekrani također imaju izvornu rezoluciju (na primjer, 1920x1080). 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 je nastavila napredovati prema tehnologijama kao što su LED, OLED, 3D ekrani i televizori visoke definicije , koji poboljšavaju kontrast, reprodukciju boja i energetsku efikasnost, iako su ovi detalji sada više u domenu potrošačke elektronike nego u osnovnom PC hardveru.

Konačno, kada pogledate otvoreni desktop računar, sve što vidite su različiti dijelovi koji zajedno formiraju sistem: kućište koje pruža prostor i ventilaciju, napajanje koje isporučuje stabilnu energiju, matična ploča koja sve povezuje, CPU koji naručuje i izračunava, RAM i keš memorija koji dostavljaju podatke procesoru, tvrdi diskovi koji pohranjuju vaše informacije, grafička kartica i monitor koji ih prikazuju, te portovi i periferni uređaji koji vam omogućavaju interakciju . Razumijevanje svakog od ovih dijelova i njihovog međusobnog odnosa je najdirektniji put do savladavanja hardvera od nule, bez potrebe da budete inženjer ili da prolazite kroz nemoguće kurseve.