Πώς λειτουργεί ένας υπολογιστής και τι είναι μέσα;

Οι υπολογιστές έχουν εξελιχθεί από απλές συσκευές σε βασικό εξοπλισμό του 21ου αιώνα μέσα σε λίγες μόνο δεκαετίες. Όμως, παρά το γεγονός ότι είναι μια σχετικά νέα τεχνολογία, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν ιδέα πώς ένα απλό ορθογώνιο — αρκετά μικρό για να χωράει Το σακίδιο σας—μπορεί να κάνει τα πάντα, από πολύπλοκα μαθηματικά μέχρι αναπαραγωγή βίντεο, ήχου και εξελιγμένο τρέξιμο λογισμικό.

Λοιπόν, πώς λειτουργεί ένας υπολογιστής και ποια εξαρτήματα χρειάζεστε για να τον φτιάξετε;

Τι είναι ένας υπολογιστής?

Ο υπολογιστής είναι μια προγραμματιζόμενη ηλεκτρονική συσκευή ικανή να επεξεργάζεται πληροφορίες. Αποτελούμενοι από υλικό και λογισμικό, οι υπολογιστές λειτουργούν σε δύο επίπεδα: λαμβάνουν δεδομένα μέσω μιας διαδρομής εισόδου, είτε ζωντανής είτε μέσω μιας ψηφιακής μονάδας αποθήκευσης, και στέλνουν μια έξοδο.

Οι σύγχρονοι υπολογιστές δεν πρέπει να μπερδεύονται με την απαρχαιωμένη απασχόληση των υπολογιστών τον 19ο αιώνα. Ενώ και οι δύο εκτελούν μεγάλους και κουραστικούς μαθηματικούς υπολογισμούς και επεξεργασία πληροφοριών, το ένα είναι άτομο και το άλλο είναι μηχανή.

Πώς λειτουργεί ένας υπολογιστής;

Ένας υπολογιστής επεξεργάζεται την είσοδο για να παράγει την επιθυμητή έξοδο, αλλά πώς μια μηχανή ξεπερνά τις επιδόσεις του ανθρώπινου εγκεφάλου;

Οι συμβατικοί υπολογιστές δεν προσπαθούν να μιμηθούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Αντίθετα, εκτελούν εντολές διαδοχικά, με τα δεδομένα να μετακινούνται συνεχώς από την είσοδο και τη μνήμη στον επεξεργαστή της συσκευής. Οι νευρομορφικοί υπολογιστές, από την άλλη πλευρά, επεξεργάζονται δεδομένα ταυτόχρονα, καθιστώντας τα πιο γρήγορα, ενεργειακά αποδοτικά και πιο κοντά στη δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Συνολικά, ένας υπολογιστής λειτουργεί σε τέσσερα βήματα:

1. Εισαγωγή: Εισαγωγή είναι τα δεδομένα πριν από την επεξεργασία. Προέρχεται από το ποντίκι, το πληκτρολόγιο, το μικρόφωνο και άλλους εξωτερικούς αισθητήρες.
2. Αποθήκευση: Η αποθήκευση είναι ο τρόπος με τον οποίο ο υπολογιστής διατηρεί τα δεδομένα εισόδου. Ο σκληρός δίσκος χρησιμοποιείται για μακροχρόνια και μαζική αποθήκευση δεδομένων, ενώ το σύνολο δεδομένων για άμεση επεξεργασία αποθηκεύεται προσωρινά στη μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM).
3. Επεξεργασία: Η επεξεργασία είναι όπου η είσοδος μετατρέπεται σε έξοδο. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) του υπολογιστή είναι ο εγκέφαλός του. Είναι υπεύθυνο για την εκτέλεση εντολών και την εκτέλεση μαθηματικών πράξεων στα δεδομένα εισόδου.
4. Παραγωγή: Η έξοδος είναι το τελικό αποτέλεσμα της επεξεργασίας δεδομένων. Μπορεί να είναι οτιδήποτε από εικόνες, βίντεο ή ηχητικό περιεχόμενο, ακόμη και οι λέξεις που πληκτρολογείτε χρησιμοποιώντας ένα πληκτρολόγιο. Μπορείτε επίσης να λάβετε την έξοδο μέσω εκτυπωτή ή προβολέα αντί απευθείας μέσω της συσκευής σας.

Τα στοιχεία υλικού ενός υπολογιστή

Όσο πιο απλή είναι η εργασία που πρέπει να εκτελέσει ένας υπολογιστής, τόσο πιο εύκολη είναι η κατασκευή της. Να γιατί παλαιότερους υπολογιστές είναι απλοϊκά σε σύγκριση με τα σύγχρονα αντίστοιχα, με περιορισμένες δυνατότητες.

Τα στοιχεία υλικού είναι όλα όσα μπορείτε να αγγίξετε και να δείτε φυσικά σε έναν υπολογιστή, συμπεριλαμβανομένων όλων των συσκευών εισόδου και εξόδου από πληκτρολόγια, μικρόφωνα και ποντίκια έως οθόνες και ηχεία.

Το υλικό είναι επίσης τα μέρη φυσικής επεξεργασίας όπως η αποθήκευση, η CPU, η κάρτα γραφικών, η κάρτα ήχου, η μνήμη RAM και η μητρική πλακέτα, τα οποία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στους σύγχρονους υπολογιστές.

Μητρική πλακέτα

Η μητρική πλακέτα είναι ο κύριος κόμβος επικοινωνίας μεταξύ των στοιχείων υλικού του υπολογιστή. Είναι το κύριο κύκλωμα όπου όλα πρέπει να συνδεθούν φυσικά—εκτός από αυτά που βασίζονται σε Bluetooth ή Wi-Fi. Χωρίς μητρική πλακέτα, είναι αδύνατο να έχουμε έναν λειτουργικό σύγχρονο υπολογιστή.

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ

Εάν η μητρική πλακέτα είναι ο κόμβος επικοινωνίας, τότε η CPU είναι ο διευθυντής επικοινωνίας. Λαμβάνει και ερμηνεύει την είσοδο και τις οδηγίες και στέλνει σήματα σε άλλα στοιχεία για το τι ακριβώς πρέπει να κάνει με τα δεδομένα για την επιθυμητή έξοδο. Όσους περισσότερους πυρήνες έχει μια CPU, τόσο περισσότερες λειτουργίες μπορεί να εκτελέσει ταυτόχρονα.

ΕΜΒΟΛΟ

Η RAM είναι ο κύριος βοηθός της CPU. Αντί να χρειάζεται να ψαρεύει δεδομένα σε μια αρκετά μεγάλη μονάδα αποθήκευσης, η RAM αποθηκεύει τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται από το λειτουργικό σύστημα, οποιοδήποτε λογισμικό που εκτελείται και τις εισερχόμενες εισόδους. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα της μνήμης RAM, τόσο πιο βαρύ λογισμικό μπορεί να τρέξει χωρίς να επιβραδύνει τη συσκευή.

HDD/SSD

Ο σκληρός δίσκος σημαίνει Μονάδα σκληρού δίσκου. Είναι το στοιχείο που αποθηκεύει μόνιμα τα μέσα και τις εφαρμογές σας, συμπεριλαμβανομένου του λειτουργικού συστήματος (OS). Διαφέρουν σε μέγεθος και απόδοση από μερικές εκατοντάδες gigabyte (GB) έως αρκετά terabyte (TB).

Μπορεί επίσης να συναντήσετε μονάδες στερεάς κατάστασης (SSD), οι οποίες είναι ένας άλλος τύπος υλικού αποθήκευσης. Οι SSD και οι σκληροί δίσκοι είναι χρήσιμοι για διαφορετικά πράγματα, και πολλοί χρήστες συνδυάζουν μονάδες δίσκου για να μεγιστοποιήσουν την απόδοση.

Μονάδα Επεξεργασίας Γραφικών

Η Μονάδα Επεξεργασίας Γραφικών (GPU) είναι αφιερωμένη στην επεξεργασία οπτικών εικόνων στον υπολογιστή σας. Οι ισχυρές GPU είναι απαραίτητες για την απόδοση εικόνων και γραφικών υψηλής ποιότητας ή για την αναπαραγωγή βιντεοπαιχνιδιών. Η επεξεργασία γραφικών μπορεί είτε να είναι δικά της εξαρτήματα είτε να ενσωματωθεί στην CPU.

Κάρτα ήχου

Κάρτες ήχου είναι υπεύθυνοι για την επεξεργασία ακουστικών δεδομένων και την αποστολή τους στα ηχεία σας. Ομοίως, η κάρτα ήχου μπορεί είτε να είναι ξεχωριστό κομμάτι της είτε ενσωματωμένη στην CPU.

Τα στοιχεία λογισμικού ενός υπολογιστή

Οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό στοιχείων υλικού και λογισμικού που συνεργάζονται για την επεξεργασία σύνθετων εισόδων και εξόδων.

Το λογισμικό είναι μια προ-γραμμένη συλλογή οδηγιών που λέει στον υπολογιστή σας τι να κάνει. Είναι ένα ψηφιακό πρόγραμμα, όχι ένα φυσικό στοιχείο που φαίνεται όταν ανοίγετε το κάλυμμα ενός υπολογιστή ή φορητού υπολογιστή.

Και, όπως το υλικό του υπολογιστή σας, διαφορετικοί τύποι λογισμικού εκτελούν διαφορετικούς ρόλους στη λειτουργία του υπολογιστή σας.

Υλικολογισμικό

Το υλικολογισμικό είναι όπου η γραμμή μεταξύ υλικού και λογισμικού γίνεται θολή. Είναι λογισμικό που είναι φυσικά χαραγμένο σε ένα κομμάτι υλικού.

Το υλικολογισμικό είναι το πρώτο πράγμα που ξεκινά τον υπολογιστή σας όταν τον ενεργοποιείτε, ένα απλό πρόγραμμα που δίνει οδηγίες στον υπολογιστή σας να εκκινήσει το λειτουργικό σύστημα. Χωρίς αυτό, ο υπολογιστής σας δεν θα εκκινήσει το λειτουργικό σας σύστημα ή άλλα στοιχεία και θα κολλήσετε με υλικό με το οποίο δεν μπορείτε να επικοινωνήσετε.

Λειτουργικό Σύστημα (OS)

Το λειτουργικό σύστημα είναι ένα κομμάτι λογισμικού που διαχειρίζεται τους πόρους υλικού και λογισμικού του υπολογιστή σας. Ομοίως, χωρίς λειτουργικό σύστημα, δεν μπορείτε να επικοινωνήσετε με τον υπολογιστή σας ακόμη και χρησιμοποιώντας τις συσκευές εισόδου σας.

Το μέλλον των υπολογιστών

Οι υπολογιστές που ακολουθούν το μοντέλο διαδοχικής επεξεργασίας θα γίνουν μόνο φθηνότεροι, μικρότεροι, ταχύτεροι και πιο αποτελεσματικοί. Ωστόσο, ο συμβατικός σχεδιασμός και η αρχιτεκτονική των υπολογιστών αγγίζουν τα όριά τους. Αντίθετα, μπορείτε να περιμένετε μια άνοδο στη σύγχρονη αρχιτεκτονική υπολογιστών που δεν βασίζεται πρώτα στην τεχνολογία σχεδιάστηκε πριν από περισσότερα από 50 χρόνια, από την προοπτική των Νευρομορφικών υπολογιστών μέχρι το πιο προσιτό Quantum Υπολογιστές.

Νανοϋπολογιστής: Μπορούν οι υπολογιστές να είναι πραγματικά μικροσκοπικοί;

Οι υπολογιστές γίνονται όλο και μικρότεροι, αλλά θα είναι ποτέ τόσο μικροί που να είναι αόρατοι με γυμνό μάτι;

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα