Как работает компьютер?

0
35

Настольные компьютеры и ноутбуки — это устройства высокой степени сложности. Однако, чтобы понять, как работают основные элементы и как они работают вместе, вам не нужно заканчивать свои исследования в области ИТ. Мы кратко объясним наиболее важные аспекты работы компьютера.


Содержание
Основной блок, оперативная память и периферийные устройства Периферийные устройства, типы шин и прерывания Основные компоненты основной платы Внутренние периферийные устройства на основной плате Оснащенная основная плата — это (почти) весь компьютер Аппаратное и программное обеспечение

Можно было написать и прочитать много книг о функционировании компьютеров. На издательском рынке есть вакансии, доступные для профессионалов из разных областей и для людей с разными вкусами — для историков, ИТ-специалистов, программистов или даже инженеров-электриков. Некоторые даже объясняют основы полупроводниковой технологии. Однако в приведенной ниже статье вы не найдете такого контента, поэтому вам не нужно его бояться или устанавливать дозу таких специализированных знаний. Вместо этого мы представляем работу и взаимное сотрудничество таких компонентов, как процессор, оперативная память, BIOS и материнская плата. Каждый пользователь ПК, который имеет высокие стремления, рано или поздно сталкивается с этими элементами на практике.

Основной блок, оперативная память и периферийные устройства

Строго говоря, сам компьютер состоит только из двух основных аппаратных компонентов — процессора (ЦП, центрального процессора и, следовательно, основного процессора) и ОЗУ (оперативной памяти ), также называемой рабочей и оперативной памятью.

Процессор. Все данные на компьютере должны быть доступны для процессора. Накопленный здесь может быть прочитан, обработан и изменен центральным блоком. Представленное описание представляет собой огромное упрощение всех процессов, происходящих внутри компьютера, поскольку оно не учитывает многие элементы, такие как отдельный графический процессор (GPU), который подготавливает контент, отображаемый на экране монитора, или технологию DMA ( Direct Memory Access ), которая позволяет прямой доступ к оперативной памяти без вмешательства процессора. Чтобы центральное устройство могло выполнять свои назначенные задачи, они должны быть переданы ему в виде точных приказов. Это о программном обеспечении в более широком смысле. Набор заказов, поддерживаемых процессором, то есть машинный код, довольно скромен, несмотря на многочисленные расширения, такие как 3DNow!, SSE ( потоковые расширения SIMD ), SSE2 — SSE5, MMX ( мультимедийные расширения ) или AVX ( расширенные векторные расширения ). Из общего количества коллекций от двухсот до трехсот доступных заказов только около двадцати находятся в общем пользовании. Указанные инструкции выполняют такие операции, как, например, перемещение содержимого ячеек памяти с одного адреса на другой, арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление чисел), сравнение чисел или сохранение переменной на жестком диске в результате запроса прерывания.

Как работает компьютер?

Гнездо с болтом — это то место, где вставляется центральный блок, который, учитывая его важное название, имеет довольно незаметный вид.

Язык ассемблера, который очень похож на машинный код, оказывается в равной степени недоступным для программиста, а для реализации самых маленьких операций требуются сотни строк кода. Этот язык используется практически только там, где требуется максимальная производительность и эффективность. Используется, среди прочего изготовителями оборудования, чтобы избежать ненужной нагрузки при создании оптимизированного кода для специализированных процессоров. Каждый тип процессора требует соответствующей адаптированной формы языка ассемблера. Вот почему было создано много разных, хотя и похожих, сортов. В связи с тем, что на ассемблере отдельные команды соответствуют однопроцессорным командам, они включены в так называемые языки низкого уровня.

Почти без исключения читаемые человеком языки, такие как C или Java, известные как языки высокого уровня, используются для создания компьютерных приложений. Чтобы получить машинный код из исходного кода, написанного на одном из этих языков, так называемый компилятор. Это программа, которая автоматически переводит код с одного языка программирования на другой (в данном случае с языка высокого уровня на язык ассемблера). Хотя такие компиляторы не могут получить качество результирующего кода, написанного с нуля, они все же достигают очень высокой степени эффективности. Возможно, среди прочего благодаря механизмам оптимизации кода результата. Даже элементарная система ПК, BIOS (Basic Input Output System) с момента перехода на EFI (Extensible Firmware Interface) больше не должна быть написана на ассемблере.

Рабочая память. Размер адресной области (в упрощенном виде: объем) оперативной памяти, которую процессор может использовать напрямую, и, следовательно, без использования специальных расширений, зависит от архитектуры процессора. 32-разрядные процессоры теоретически способны адресовать адресное пространство ОЗУ объемом четыре гигабайта. 2 байта до степени 32 приводят к 4 294 967 296 байтов (и, следовательно, 4 ГиБ). Это ограничение в четыре гигабайта с течением времени становится все более серьезным препятствием, поскольку большинство материнских плат, используемых в настольных компьютерах и ноутбуках, не только способны работать с памятью большей емкости, но и оснащены на заводе модулями оперативной памяти объемом 6 или 8 ГБ. , С другой стороны, 64-разрядные процессоры доступны для покупки уже более десяти лет. Теоретически они могут адресовать адресную область размером 2 байта до степени 64, то есть 16 эксабайт (1 эксабайт — более одного миллиарда гигабайт). Однако современные модели CPU ограничивают количество адресных строк 35 или 36, что приводит к уменьшению области адресации до 32 ГБ (с 35 строками) и 64 ГБ (с 36 строками). Количество линий в данном рельсе определяет так называемый ширина рельса Адресная шина — это соединение между процессором и оперативной памятью. С его помощью центральный блок уведомляет память, в какой ячейке памяти он намеревается выполнить операцию записи или чтения данных. Они, однако, отправляются не через адресные рельсы, а отдельными рельсами, специально разработанными для этой цели. Они называются шинами данных. Контроль за направлением передачи данных осуществляется так называемым рулевая рейка.

Однако использования 64-битной архитектуры в процессоре и на материнской плате недостаточно. Чтобы получить возможность использовать оперативную память объемом более 4 ГБ, необходимо также использовать программное обеспечение, поддерживающее указанную технологию. Адресация большего адресного пространства требует использования 64-битной версии операционной системы (Windows или Linux). В настоящее время, однако, это не главная проблема, потому что эти типы систем становятся более широко используемыми.

Гига или гиби?

В то время как Международная система единиц измерения, называемая вкратце системой СИ, обеспечивает префиксы в десятичной системе, в ИТ необходимо использовать префиксы в двоичной системе, поскольку она основана на системе двоичных чисел (продиктовано тем фактом, что один бит может иметь только два значения — 0 или 1). , Хотя названия системы SI обычно используются для обозначения значений, соответствующих степеням двух (например, 1 КБ = 1024 В, хотя 1 КБ = 1000 В является правильным), строго говоря, следует использовать стандарт, предложенный организацией МЭК в конце прошлого века, в котором имена двоичных префиксов создаются путем замены второго слога на двухслойный (например, кибибайт вместо килобайта, мебибайт вместо мегабайта, гибибайт вместо гигабайта и тибибайт вместо терабайта) и символы путем вставки строчной буквы i (например, KiB вместо KB и , GiB, TiB и т. Д.). Чтобы не сбивать с толку читателей, мы решили использовать в этой статье не совсем корректную, хотя и часто используемую, запись, упомянутую выше.

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • strona Следующая страница