PC-hardwarevejledninger: en komplet guide fra bunden

Hvis du nogensinde har tænkt "Jeg vil gerne forstå Sådan fungerer pc-hardware i virkeligheden"Men hver bog du åbner lyder som volapyk, bare rolig: du er ikke alene. Hardwareverdenen kan virke som et virvar af akronymer, tal og elektriske begreber, men med en klar forklaring og enkle eksempler bliver det meget lettere at forstå."

I denne guide finder du en komplet rundvisning i de fysiske komponenter i en computer, dens interne sprog og hvordan alting hænger sammenFra de mest grundlæggende koncepter (hvad er en bit eller en byte) til specifikke komponenter som bundkort, RAM, CPU, porte og harddiske, der dækker nøgleaspekter som systemhastighed, databus og cachehukommelse. Den er designet, så du kan læse den i ro og mag, uden at forhaste dig og uden at have brug for nogen forudgående viden.

Hvordan en computer kommunikerer: bits, bytes og målesystemer

For at forstå pc-hardware skal du starte fra bunden: computeren "taler" kun elektricitetInternt koger det hele ned til, om der er strøm (1) eller ej (0) i millioner af bittesmå kontakter integreret i chips.

Hver af disse mulige tilstande, tændt eller slukket, kaldes bit, den mindste informationsenhed som en computer håndterer. En bit kan kun være 0 eller 1 værd, men når vi sætter flere bits sammen, begynder vi at kunne repræsentere bogstaver, tal og symboler.

Det næste skridt er byte, en gruppe på 8 bitsMed 8 switches (bits) kan vi danne mange forskellige kombinationer af nuller og ettaller, og hver kombination tildeles et tegn. For eksempel kan bogstavet A i den velkendte ASCII-kode repræsenteres med en specifik 8-bit sekvens, såsom 10100001.

Når du trykker på en tast på tastaturet, "ser" computeren ikke bogstavet som sådan, men modtager snarere en kombination af 0 og 1 svarende til den pågældende tastHardwaren oversætter dit tastetryk til bits, og skærmen ender med at vise bogstavet takket være dette kodningssystem.

Da en byte er for lille til at måle store mængder data, bruges dens multipla. De mest almindelige opbevaringsenheder inden for datalogi er:

• 1 byte = 8 bit (et tegn, tal eller mellemrum).
• 1 kilobyte (KB) = 1024 bytes.
• 1 megabyte (MB) = 1024 KB.
• 1 gigabyte (GB) = 1024 MB.
• 1 terabyte (TB) = 1024 GB.

Bemærk at multipla af altid bruges 1024 og ikke 1000For eksempel optager et dokument på 1 KB faktisk 1024 tegn, inklusive bogstaver, tal, symboler og mellemrum.

Udover kapacitet er der inden for hardware meget snak om dataoverførselshastighedHer ser du enheder som B/s, KB/s, MB/s eller GB/s (bytes per sekund). Og nogle gange finder du bits per sekund (b/s, Kbps, Mbps), som er 8 gange mindre end værdierne i bytes per sekund, fordi 1 byte er 8 bits.

Ideen om frecuenciasom måles i hertz (Hz, MHz, GHz). En komponent, der opererer ved 1 MHz, udfører én operation pr. million gange i sekundet. I moderne processorer taler vi om gigahertz (GHz), det vil sige milliarder af cyklusser i sekundet.

Hvad bestemmer en computers faktiske hastighed

Når nogen siger "denne pc er meget hurtig", kigger de normalt kun på processoren, men i virkeligheden En computers hastighed afhænger af flere faktorer tilsammen.Mikrofonen er vigtig, ja, men det er ikke den eneste.

Først og fremmest er der antal interne bits som CPU'en arbejder medDette angiver, hvor meget information den kan behandle på én gang (dens interne båndbredde). Tidligere var der 16-bit eller 32-bit processorer; i dag er stort set alle hjemmecomputere 64-bit, hvilket giver mulighed for at håndtere flere data samtidigt og udnytte hukommelsen bedre (se præstationssammenligning).

Den anden nøglefaktor er driftsfrekvens eller maskincyklusInde i computeren er der et "ur", der bestemmer hastigheden, hvormed instruktioner udføres. En 2 GHz-processor er for eksempel i stand til at udføre omkring 2.000 milliarder cyklusser pr. sekund. Jo højere frekvensen er, desto flere instruktioner pr. sekund ... forudsat at resten af ​​systemet holder trit.

Følgende har også en betydelig indflydelse databusserDisse er "motorvejene", hvorigennem information bevæger sig fra en komponent til en anden (CPU, RAM, disk, grafikkort osv.). Jo bredere bussen er (jo flere bits den kan bære på én gang) og jo højere dens frekvens er, desto mere jævn vil datatrafikken i computeren være.

For at bruge en landbrugsanalogi er det ligesom en mejetærsker: Hvis den kan skære flere rækker majs i hver overkørsel og læsse dem af i store, hurtige lastbiler, bliver arbejdet gjort hurtigere. Hvis busserne var trange eller langsomme, Flaskehalse ville opstå, selvom processoren var meget kraftfuld.

Kort sagt bestemmes holdets samlede hastighed af kombinationen af:

• Antal interne bits af mikroprocessoren (intern båndbredde).
• Arbejdsfrekvens af processoren (MHz eller GHz).
• Databushastighed og -bredde der forbinder komponenterne.
• Harddisk ydeevne eller SSD-drev og bundkortets chipsæt.
• RAM-mængde og -hastighed.

Kabinettet, strømforsyningen og bundkortet

Enhver stationær computer starter med en tårn eller kabinet med tilstrækkelig plads og ventilationKabinettets størrelse bestemmer, hvor mange båse og slots du skal bruge til at installere lagringsdrev, blæsere og andre komponenter.

Inde i kassen fandt vi strømforsyningStrømforsyningen omdanner vekselstrømmen fra elnettet (f.eks. 220V) til lavere, mere stabile spændinger, som computeren kan bruge, typisk +5V og +12V. En god strømforsyning er nøglen til udstyrets stabilitet og til at undgå uventede problemer forårsaget af utilstrækkelig strøm eller spændingsspidser.

Den centrale komponent, hvor stort set alt forbinder sig, er bundkortBundkortet indeholder processor, RAM, udvidelseskort, SATA-stik til harddiske, USB-porte, BIOS, chipsæt og mange andre komponenter. Bundkortet skal være kompatibelt med processoren (sokkeltype osv.). bundkortkompatibilitet, hukommelsesunderstøttelse osv.).

På tallerkenen finder du forskellige udvidelsespladsersom er plastikstik med metalkontakter, hvor kortene indsættes:

• PCI- og PCIe-slotsDen moderne standard. De fleste nuværende kort, inklusive 3D-grafikkort, kan tilsluttes PCI Express (PCIe). De er hurtigere og fås i forskellige størrelser (x1, x4, x8, x16) afhængigt af antallet af pins og databaner.
• DIMM-pladser: til RAM-hukommelsesmoduler. Ældre SIMM-kort er nu forældede.
• SATA stikTil tilslutning af moderne harddiske og optiske drev ved hjælp af SATA-kabler.
• IDE-stik: den gamle standard for PATA-diske, praktisk talt uddød i nuværende pc'er.

Ud over slots integrerer bundkortet forskellige controllere eller controllere, der styrer datatrafik mellem CPU, RAM, diske og periferiudstyr. Tidligere var der mange separate controllere; i dag er de fleste grupperet i chipset.

El chipset Det er et chipsæt, der bestemmer, hvordan mikroprocessor, hukommelse, cache, USB-porte, PCIe-busser osv. kommunikerer med hinanden. Dets kvalitet og egenskaber påvirker ting som:

• Den faktiske ydeevne, du får fra CPU'en.
• Maksimal RAM-kapacitet der kan installeres.
• Kompatibilitet med moderne teknologier (RAM-typer, disktyper, avancerede porte).
• Muligheden for fremtidige opgraderinger og understøttelsen af ​​visse processorer.

Hukommelse: ROM, BIOS, RAM, cache og virtuel hukommelse

En computer har ikke kun én type hukommelse, men flere, hver med sin egen funktion. At forstå dem hjælper meget med at se Hvorfor kører min pc nogle gange hurtigt og andre gange langsomt?.

Den gamle ROM-hukommelse (skrivebeskyttet hukommelse) Det var en skrivebeskyttet hukommelse, hvor producenten gemte de grundlæggende systemstart- og konfigurationsinstruktioner. Dens indhold blev ikke slettet, når computeren blev slukket. I dag varetages denne rolle næsten udelukkende af BIOS/UEFI.

La BIOS (Basic Input/Output System) Det er et program, der er gemt på en chip på bundkortet. Det kører, så snart computeren tændes, registrerer hukommelse, diske, CPU og andre enheder og udfører indledende kontroller, før... indlæse operativsystemetEn del af dens konfiguration kan ændres af brugeren (opstartsrækkefølge, hardwareparametre osv.).

For at sikre, at BIOS bevarer sine indstillinger, selv når pc'en er slukket, har bundkortet et batteri eller en lille akkumulatorNår dette batteri løber tør, begynder dato, klokkeslæt eller opstartsindstillinger at gå tabt, og det er normalt et tegn på, at det skal udskiftes.

La hovedhukommelse eller RAM (Random Access Memory) Det er det område, hvor computeren midlertidigt lagrer de data og programmer, der er i brug. Det er en hurtig hukommelse, men ustabil: når computeren slukkes, slettes alt dens indhold.

Når du vælger RAM, er det vigtigt at se på dets kapacitet (for eksempel 8 GB, 16 GB, 32 GB) og i dens overførselshastighed, normalt udtrykt i MHz eller ved hjælp af DDR-nomenklaturen (DDR2, DDR3, DDR4…). Jo hurtigere og bredere kommunikationen mellem RAM og CPU er, desto mere responsivt vil systemet være.

Hvis du installerer flere RAM-moduler med forskellige hastigheder, Alle vil arbejde med den langsomste persons hastighed.Derfor er det bedst at bruge lignende moduler. Original DRAM og tidlig DDR-hukommelse bruges ikke længere; i dag er DDR3, DDR4 eller højere normen.

Ud over den primære RAM har processorerne cachehukommelseEn særlig type meget hurtig hukommelse, der er placeret inde i eller meget tæt på CPU'en. Den lagrer ofte brugte data og instruktioner, hvilket undgår behovet for konstant at skulle tilgå den langsommere RAM.

Vi kan forestille os cachen som en opslagstavle, hvor du sætter noter op, som du altid konsultererHvis det, du leder efter, er der, læser du det med det samme; hvis ikke, skal du gå til cachen (RAM), hvilket tager længere tid. Takket være cachen kan CPU'en arbejde med hastigheder meget tæt på sin maksimale frekvens.

Der er flere niveauer af cache:

• L1-cacheDen hurtigste og mindste hukommelseschip, placeret ved siden af ​​hver CPU-kerne. Dens typiske størrelse varierer fra 256 KB til 512 KB eller 1 MB pr. kerne.
• L2-cache: noget langsommere og større i størrelse, mellem et par hundrede KB og flere MB.
• L3-cachestørre (fra et par til ti MB) og noget langsommere end L1 og L2, men stadig meget hurtigere end RAM.

Når RAM begynder at løbe tør, Operativsystemet reserverer en del af harddisken til at simulere ekstra hukommelse. Når der ikke er plads til fysisk RAM, flytter Windows (eller et andet system) nyligt ubrugte data til harddisken.

Dette giver dig mulighed for at fortsætte med at åbne programmer, selvom der ikke er nok RAM, men det kommer med en pris: Harddisken er meget langsommere end RAMHvis virtuel hukommelse overforbruges, bliver computeren træg, fordi den konstant udveksler data mellem RAM og disk (pagefil).

Det er muligt at konfigurere den virtuelle hukommelsesstørrelse fra de avancerede systemindstillinger, men den rigtige løsning til intensiv brug er installer mere fysisk RAM, i stedet for at stole på disken som en patch.

Mikroprocessoren (CPU) og dens kølesystem

El mikroprocessor eller CPU Det er computerens "hjerne". Den er ansvarlig for at udføre beregninger og koordinere, hvad de andre komponenter gør, læse data fra RAM eller cache og udføre instruktioner efter hinanden med fuld hastighed.

Internt består CPU'en hovedsageligt af to funktionelle blokke:

• Aritmetisk logisk enhed (ALU)udfører matematiske operationer (addition, subtraktion, multiplikation, division) og logiske operationer (sammenligninger, betingelser som "HVIS dette, så dat").
• StyreenhedDen er ansvarlig for at bestemme rækkefølgen, hvori instruktioner udføres, hvilke data der læses eller skrives, og hvordan information flyder i processoren.

Når du vælger en processor, er det vigtigt at overveje flere detaljer: CPU-type og -familie (Intel, AMD, specifik serie), (fysisk sokkel, chipsæt), driftsfrekvens, antal kerner, 64-bit understøttelse og intern cachestørrelse.

CPU'en genererer meget varme, især når den arbejder ved høje frekvenser, så en god køler er essentiel. aflednings- og ventilationssystemDen sædvanlige praksis er at montere en metalkøleplade i direkte kontakt med processoren og en blæser ovenpå, der udstøder varmen.

Hvis processorfrekvensen øges ud over specifikationen (overclocking), temperaturen stiger endnu mereOg hvis kølingen ikke er tilstrækkelig, kan der forekomme nedbrud, fejl og reduceret levetid for komponenterne. Derfor er kølepasta og korrekt installation af ventilator ikke bare en luksus, men essentielt.

Porte, forbindelser og dataoverførsel

For at computeren kan kommunikere med omverdenen, er det nødvendigt indgangs- og udgangsportDette er de fysiske stik, hvor vi tilslutter mus, tastaturer, skærme, printere, eksterne drev, netværk osv.

Nogle af de mest almindelige, du kan finde på en moderne pc, er:

• Lydporte (RCA eller minijack)Indgange og udgange til mikrofoner, højttalere og andre lydenheder. Hver farve angiver normalt en funktion (udgang, linjeindgang, mikrofon osv.).
• PS/2-porteGamle runde stik til tastatur og mus. Næsten forældede, erstattet af USB.
• USB-port (Universal Serial Bus)USB er de facto-standarden for næsten alle typer eksterne enheder. Den understøtter hot-swapping (plug and play), så du kan tilslutte og frakoble enheder, mens pc'en er tændt. Versioner som USB 1.1, 2.0, 3.0 og højere varierer i hastighed: jo højere tallet er, desto hurtigere er overførslen.
• Ethernet-port (RJ45): det kabelbaserede netværksstik til adgang til internettet eller lokale netværk.
• Eksterne SATA-portebruges til at tilslutte eksterne harddiske, der er kompatible med denne standard.
• FireWire-port (IEEE 1394): designet til hurtig dataoverførsel, i vid udstrækning brugt i sin tid til digitale videokameraer.
• VGA-, DVI- og HDMI-stikVideoudgange til skærme og projektorer. VGA er analog og ældre; DVI tilbyder digital kvalitet; HDMI er blevet den mest anvendte, fordi den transmitterer digital lyd og video i høj opløsning over det samme kabel med høj båndbredde.

Udover fysiske porte er bærbare computere og moderne computere fulde af... trådløse teknologier såsom infrarød (ældre), Bluetooth eller Wi-Fi. De gør det muligt at overføre data trådløst ved hjælp af elektromagnetiske bølger eller lys, med modtagere og antenner integreret i selve kortet eller som tilføjelseskort.

Periferiudstyr og lagerenheder

masse perifer Dette er alle de eksterne enheder, der opretter forbindelse til computeren for at kommunikere med den eller udvide dens muligheder: tastaturer, mus, printere, scannere, højttalere, kameraer osv. De kan være inputenheder (mus, tastatur), outputenheder (skærm, printer) eller input- og outputenheder (berøringsskærme, eksterne harddiske, multifunktionsprintere).

Med hensyn til intern lagring er stjernekomponenten harddiskTraditionelt har man brugt magnetiske diskdrev (HDD'er), der består af flere aluminiumsplader belagt med magnetiserbart materiale, som roterer med høj hastighed inde i et forseglet kabinet.

Disse retter er opdelt i koncentriske sporsom igen er opdelt i sektorer (normalt 512 bytes). Flere sektorer danner tilsammen en klynge eller allokeringsenhed, som er den mindste del af diskpladsen, der er reserveret til en fil.

Hvis klyngestørrelsen er 4 KB, og du gemmer en fil på kun 1 KB, Det vil faktisk optage 4 KB på diskenHvis den optager 5 KB, vil den bruge to klynger (8 KB). Derfor er det vigtigt, at klyngestørrelsen ikke er for stor for at undgå at spilde plads med små filer.

Når du vælger en klassisk harddisk, er to ting vigtige: dens kapacitet i GB eller TB og rotationshastighedDe ældre modeller roterede med 3.600 o/min, derefter blev dem med 7.200 o/min populære, og der findes endnu hurtigere enheder på 10.000 o/min eller mere, beregnet til krævende anvendelser.

I årevis har harddiske og grænseflader eksisteret side om side. IDE/EIDE/ATA og diske SCSI eller FireWireIDE er forsvundet til fordel for SATA-standarder, mens SCSI og FireWire er forblevet til mere specialiserede miljøer eller er blevet erstattet af andre teknologier.

I dag er de også meget almindelige SSD-drevDisse funktioner, som ikke blev beskrevet i detaljer i den originale tekst, men som er værd at nævne, lagrer data på flash-hukommelseschips i stedet for roterende plader, hvilket giver meget kortere adgangstider og en læse-/skrivehastighed, der er langt bedre end traditionelle mekaniske diske.

Hvad angår optiske medier, inkluderer mange tårne ​​stadig CD/DVD-læsere og -brændereDe adskiller sig i deres læse-, skrive- og omskrivningshastigheder, udtrykt som et tal efterfulgt af "x" (for eksempel 52x/24x/52x). DVD'er tilbyder også forskellige hastigheder for cd'er og dvd'er, og muligheden for at optage i [konfiguration mangler]. Dobbelt lag, hvilket praktisk talt fordobler diskkapaciteten.

En anden interessant parameter i optagere er intern bufferstørrelseEn lille hukommelse, der lagrer data, mens de optages. Hvis pc'en midlertidigt stopper med at sende data, bruger drevet denne buffer til at undgå at afbryde optagelsen og forhindre fejl.

Skærme og skærme

Computerens visuelle output vises i overvågeOg også her er der flere vigtige hardwarekoncepter. CRT-skærme (rør) var de første, der blev populære; deres kvalitet afhang af størrelsen i tommer, opløsningen og opdateringshastigheden (antallet af gange billedet "tegnes om" pr. sekund).

En meget lav opdateringshastighed (for eksempel 60 Hz) kan forårsage øjenbelastning og mærkbar flimmer, mens billedet virker mere stabilt ved højere hastigheder. Med tiden har CRT-skærme gradvist måttet give plads til fladskærme.

den TFT/LCD-skærme De bruger flydende krystalteknologi og tilbyder et meget tyndere og lettere design. I denne type skærm er følgende vigtigt: responstid, hvilket er den tid det tager for en pixel at skifte fra én tilstand til en anden. Værdier under 20 ms anses for acceptable for at undgå spor i hurtige bevægelser.

Disse skærme har også en indfødt opløsning (for eksempel 1920×1080). Hvis der bruges forskellige opløsninger, skaleres billedet igen og kan miste definition. Når du vælger en skærm, er det tilrådeligt at overveje paneltypen, den maksimalt understøttede opløsning, responstiden, opdateringshastigheden (i spilmodeller) og pixelafstanden eller pixeltætheden.

Branchen har fortsat bevæget sig mod teknologier som f.eks. LED-, OLED-, 3D-skærme og HD-fjernsynhvilket forbedrer kontrast, farvegengivelse og energieffektivitet, selvom disse detaljer falder mere inden for forbrugerelektronik end grundlæggende pc-hardware.

I sidste ende, når du ser på en åben stationær computer, er alt, hvad du ser, forskellige dele, der tilsammen danner et system: Tårnet, der giver plads og ventilation, strømforsyningen, der leverer stabil energi, bundkortet, der forbinder alt, CPU'en, der bestiller og beregner, RAM og cache, der sender data til processoren, diskene, der gemmer dine oplysninger, grafikkortet og skærmen, der viser dem for dig, og portene og periferiudstyret, der giver dig mulighed for at interagere.At forstå hver af disse dele og hvordan de relaterer sig til hinanden er den mest direkte måde at mestre hardware fra bunden, uden at skulle være ingeniør eller gennemgå umulige kurser.