TEMAT : BUDOWA KOMPUTERA
Komputer (z ang. computer od łac. computare - obliczać, dawne nazwy: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) - urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.
Najpopularniejszym obecnie rodzajem komputera jest stacjonarny komputer osobisty (desktop), z tego powodu potocznie traktowany jest jako synonim komputera w ogóle.
Współcześnie komputery dzieli się na:
- komputery osobiste (PC) - o rozmiarach umożliwiających ich umieszczenie na biurku, używane zazwyczaj przez pojedyncze osoby,
- komputery domowe - poprzedniki komputerów osobistych, korzystający z telewizora, jako monitora,
- komputery mainframe - często o większych rozmiarach, których zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów itp.
- komputery gospodarcze - używane w gospodarstwach rolnych w celu efektywnego sterowania procesami produkcyjnymi,
- superkomputery - największe komputery o dużej mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych obliczeń naukowych i symulacji skomplikowanych systemów,
- komputery wbudowane - (lub osadzone, ang. embedded) specjalizowane komputery służące do sterowania urządzeniami z gatunku automatyki przemysłowej, elektroniki użytkowej (np. telefony komórkowe itp.) czy wręcz poszczególnymi komponentami wchodzącymi w skład komputerów.
Procesor (CPU - Central Processing Unit) jest to centralna jednostka obliczeniowa, a więc serce każdego komputera. To właśnie on zajmuje się wykonywaniem uruchamianych programów i przetwarzaniem danych. Tak naprawdę na mikroprocesor składa się wiele zintegrowanych układów scalonych. Procesor centralny składa się z trzech części: arytmometru, czyli jednostki arytmetyczno-logi - cznej (ALU-ang. Arithmetic and Logic Unit), jednostki sterującej oraz rejestrów.
W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer. Jednostka sterująca odpowiada natomiast za dostarczanie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazanie wyników z powrotem do pamięci oraz za właściwą kolejność przetwarzania danych. Rejestr składa się z niewielkich komórek pamięci, w których przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżące zakodowane polecenie dla procesora. Procesor centralny w pełni nadzoruje pracę komputera, której najmniejszą jednostką jest cykl rozkazowy. Transfer informacji między poszczególnymi sekcjami procesora odbywa się za pomocą magistral. Oddzielne kanały są przeznaczone dla danych (magistrala danych), a oddzielne dla instrukcji przesyłanych między ALU i kontrolerem (magistrala kontrolera). Magistrala adresowa służy z kolei do przekazywania informacji między jednostką arytmetyczno-logiczną, a rejestrem. Procesor wyposażony jest także w zegar wyznaczający jego własną częstotliwość, z jaką odbywają się wszystkie przeprowadzane w nim operacje. Im wyższa częstotliwość taktowania, tym procesor jest szybszy. Do skomplikowanych obliczeń matematycznych starszego typu procesory 386 lub 486 potrzebowały wsparcia w postaci koprocesora matematycznego. Jest on wyspecjalizowany w obliczeniach arytmetycznych i odciąża głowny procesor przy dokonywaniu szczególnie dużej liczby obliczeń.
Płyta główna (ang. motherboard, mainboard) najczęściej zielona, prostokątna płyta na której umieszcza się następujące układy elektroniczne komputera:
- Pamięć RAM,
- Pamięć ROM,
- BIOS,
- Chipset,
- Procesor,
- Gniazdo procesora,
- Gniazda rozszerzeń PCI,
- Złącza EIDE.
Na krawędzi płyty głównej znajdują się łącza portów szeregowych, równoległego portu klawiatury, myszy oraz portu USB, sloty (gniazda karty graficznej, muzycznej, TV itp.).
BIOS jest to program zapisany w pamięci ROM. Testuje on sprzęt po włączeniu komputera, uruchamia system operacyjny, kontroluje transfer danych pomiędzy komponentami tj. dysk twardy, procesor czy napęd CD-ROM. Za pomocą wbudowanego w BIOS programu SETUP można zmieniać standardowe ustawienia BIOSu np. parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie komputera po jego włączeniu.
Gniazda rozszerzeń PCI (Peripherial Components Interconnect) - ówczesny standard gniazd rozszerzeń przeznaczonych do kart rozszerzeń wykonanych w tej architekturze. PCI spełnia normy standardu Plug and Play, obsługuje bus mastering i może przesyłać dane w porcjach po 32 jak i 64 bity. Przez PCI urządzenie może przesyłać dane z prędkością do 132 MB/s. W gnieździe rozszerzeń montuje się takie karty rozszerzeń jak:
- Karta graficzna,
- Karta muzyczna,
- Karta telewizyjna,
- Karta sieciowa.
RAM (ang. Random Access Memory) - podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej. Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwających), nazwa ta ze względów historycznych oznacza tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, które mogą być też zapisywane przez procesor, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu), pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości.
W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów oraz wyniki ich pracy. Zawartość większości pamięci RAM jest tracona kilka sekund po zaniku napięcia zasilania, niektóre typy wymagają także odświeżania, dlatego wyniki pracy programów muszą być zapisane na innym nośniku danych.
Pamięci RAM dzieli się na pamięci statyczne (ang. Static RAM, w skrócie SRAM) oraz pamięci dynamiczne (ang. Dynamic RAM, w skrócie DRAM). Pamięci statyczne są szybsze od pamięci dynamicznych, które wymagają ponadto częstego odświeżania, bez którego szybko tracą swoją zawartość. Pomimo swoich zalet są one jednak dużo droższe i w praktyce używa się pamięci DRAM.
Pamięć RAM jest stosowana głównie jako pamięć operacyjna komputera, jako pamięć niektórych komponentów (procesorów specjalizowanych) komputera (np. kart graficznych, dźwiękowych, itp.), jako pamięć danych sterowników mikroprocesorowych.
Prekursorzy współczesnych pamięci RAM:
- liczniki maszyn do księgowania i fakturowania np. komputer PARK
- pamięć mechaniczna np. komputer Z1
- pamięć na przekaźnikach np. komputer Z3
- pamięć na rurach rtęciowych np. komputer XYZ
- pamięć na drutach niklowych np. komputer ZAM-2
- pamięć bębnowa np. komputer UMC-1
- pamięć ferrytowa np. komputer Odra 1305
- pamięć drutowa np. niektóre minikomputery Mera
- pamięć półprzewodnikowa np. PC
Karta graficzna, często określana też mianem akcelerator grafiki - element komputera tworzący sygnał dla monitora. Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji o tym jak powinien wyglądać obraz na ekranie monitora i odpowiednim sterowaniu monitorem. Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb tekstowy. Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) - tryb graficzny. Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D. Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D. Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni. W komputerach PC karty graficzne są najczęściej niezintegrowane z płytą główną (jest możliwa ich wymiana), zaś w laptopach - zintegrowane. Wadą kart zintegrowanych jest niemożność ich wymiany oraz znacznie słabsze wyniki w porównaniu z kartami niezintegrowanymi (spowodowane jest to m.in. koniecznością umieszczenia karty zintegrowanej na płycie głównej, a nie jako kartę rozszerzeń - a co za tym idzie znaczne jej zmniejszenie).
Firmy produkujące karty graficzne to między innymi:
- ASUS,
- ATI Technologies (obecnie jedynie GPU),
- BFG Technologies,
- EVGA,
- Gainward,
- GALAXY Technology,
- GeCube,
- Gigabyte Technology,
- Matrox,
- Micro-Star International (MSI),
- nVidia (obecnie jedynie GPU),
- Palit,
- XFX,
- INNO3D,
- LEADTEK,
- TWINTECH,
- Zotac.
Dysk twardy (HDD - Hard Disk Drive) służy do trwałego przechowywania danych. Pojemność dysku twardego mierzona jest w gigabajtach (GB). Zbudowany jest najczęściej z 2 do 8 talerzy umieszczonych w specjalnej obudowie chroniącym je przed kurzem itp. Za pomocą specjalnego silnika są one obracane 5400 lub 7200 razy na 1 minutę. Na powierzchni talerzy znajdują się głowice odczytująco - zapisujące.
Partycja jest to wydzielony z fizycznego obszaru dysku spójny fragment, z punktu widzenia logiki komputera, traktowany jest jako osobne narzędzie (dysk).
Formatowanie dysku jest to przygotowanie dysku do współpracy z wybranym systemem plików, usuwa wszystkie informacje.
FAT (File Allocation Table - tablica alokacji plików)- tablica opisująca, w których klastrach dysku twardego lub dyskietki magnetycznej system operacyjny ma szukać każdego z zapisanych na nim plików. FAT jest tworzony podczas formatowania nośnika danych. Podczas zapisu pliku informacje o nim są automatycznie zachowywane w tablicy FAT. Potocznie przez FAT rozumie się FAT16 lub FAT32.
FAT16 - odmiana systemu plików FAT, z którego może korzystać MS-DOS i Windows. Pierwsze pecety pracujące pod systemem DOS miały architekturę 16-bitową. Oznaczało to, że ich system plików mógł opisać tylko 216, czyli 65 535 klastrów. Początkowo klastry były rozmiarowo równe fizycznym sektorom dysku twardego (512 bajtów), ale szybko okazało się, że w ten sposób można opisać pojemność tylko 32 MB. Większy dysk twardy trzeba było dzielić na partycje. W związku z tym postanowiono zwiększyć rozmiary jednostek alokacji. Problem zaczął się, gdy dyski przekroczyły rozmiar gigabajta, a jednostki alokacji rozrosły się aż do 32 kilobajtów. Przy tak dużej jednostce alokacji notatka o wielkości dwóch kilobajtów zmarnuje 30 kilobajtów miejsca. Plików tej wielkości na dysku może być tysiące, co prowadzi do dużych strat pojemności. FAT16 miał jeszcze jedno poważne ograniczenie - obsługiwał partycje tylko do wielkości 2,1 gigabajta. Konieczne stało się opracowanie nowego, lepszego systemu plików - FAT32.
FAT 32 - odmiana systemu plików FAT, z którego mogą korzystać systemy operacyjne Windows 95 OSR 2, Windows 98, Windows Millennium i Windows XP. FAT32 może rozpoznać 232 (czyli 4 294 967 296) adresów jednostek alokacji, dzięki czemu obsługuje dyski twarde do wielkości dwóch terabajtów (dwóch tysięcy gigabajtów). Dla partycji o rozmiarach poniżej 8 GB jednostka alokacji ma wielkość tylko 4 kB, dzięki czemu nie ma dużych strat pojemności. FAT32 wymaga partycji o minimalnych rozmiarach 512 MB. Jednak FAT32 ma też wady - na razie nie można kompresować dysków z takim systemem plików, a także wiele systemów operacyjnych nie rozpoznaje FAT32 (np. Windows NT czy MS-DOS) - przez co nie może go stosować ani odczytać danych na nim zapisanych.
Bad sector - uszkodzone miejsce na dysku twardym komputera. Wirujące talerze dysku twardego są pokryte materiałem magnetycznym, który z biegiem czasu ulega degradacji. W wyniku tego powstają bad sectory. Jeżeli bad sector powstanie w momencie zapisywania danych - system operacyjny zapisze je w innym, nieuszkodzonym miejscu. Gdy uszkodzenie powstanie w sektorze, w którym już coś się znajduje, najczęściej nie można już odzyskać danych. Do wyszukiwania i naprawiania bad sectorów na dysku twardym służą wyspecjalizowane programy użytkowe, takie jak ScanDisk, który dołączony jest do Windows 9x i Windows NT. Ang. zły sektor.