Как работает компьютер

Как работает компьютер

Он производит последовательности вычислений и так манипулирует данными. Вычисление – это математическое преобразование входящего потока данных в исходящий.

Компьютер выполняет инструкции программ. Для этого он обрабатывает заданную изменяемую последовательность операций.

Два вопроса. Что собой представляет информация? Как ее обрабатывает машина?

Программы пишут на высокоуровневых языках программирования. Это когда текст исходного кода похож на строки англоязычного текста. Читая качественный исходный код, программист может сразу понять, что это и как работает. Компьютер читает программу по-своему. Софт под называнием транслятор (это может быть компилятор или интерпретатор) переводит понятный человеку код высокого уровня в машинный код (то есть команды из последовательностей единиц и нулей). Компиляция кода производится под особенности операционных системы, поэтому вас и спрашивают про ОСь перед загрузкой установочного файла.

Современные компьютеры массового рынка представляют информацию в виде двоичного кода (бинарного), состоящего из битов информации – 1 и 0. Бит отражает значение сигнала: 1 или 0, да или нет, истина или ложь, включено или выключено, заряжено или разряжено, есть ток или нет тока и т. д.

Как все записывается на жесткий диск? При подаче электрического тока жесткий диск движется под головкой шпинделя. В зазоре возникает магнитное поле. Головка намагничивает миллиарды микроскопических областей кристалла в ферромагнитном слое – ячейки памяти. В зависимости от электрического сигнала их «магнитный момент» оказывается в состоянии 1 или 0.

Мы вернулись к тому, с чего начали. Абсолютно все, что вы делаете, машина воспринимает как биты информации (1 или 0), как команды в виде двоичного (бинарного) кода. Что такое 1 и 0 в машинном коде? Заряженная ячейка памяти или разряженная.

Программы, загружаемые с винчестера, дают команды процессору (микросхеме с кремниевыми транзисторами). Он делает вычисления и возвращает информацию. Но не напрямую, а через оперативная память (запоминающее устройство, ОЗУ). Она временная, сбрасывается при отключении электропитания, потому что конденсаторы ОЗУ быстро теряют электрический заряд.

Широко используется сегодня модуль DRAM, разновидность устройства оперативной памяти. Это микросхема со множеством ячеек, где временно хранится информация. У них есть адреса, по которым обращается процессор. В записи информации участвуют конденсаторы и полупроводниковые транзисторы.

В основе работы оперативной памяти тоже физика: биты данных хранятся в заряженных или разряженных ячейках полупроводникового материала. Логические 1 и 0 – это изменяемое состояние конденсатора: есть заряд или нет заряда. Конденсатор в ячейке памяти – двухполюсное токопроводящее устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Зачем нужна оперативная память? Она хранит промежуточные данные запущенных программ. Без нее обмен между процессором и жестким диском был бы медленным. Если вы покупаете дешевый ноутбук с меньшей оперативной памятью, то потом узнаете, как медленно все «думает». От объема оперативной памяти зависит, сколько команд компьютер способен выполнять параллельно. На жестком диске данные хранятся постоянно, пока вы не сотрете их или не повредите диск. Оперативная память все забывает при выключении.

Координирует описанные процессы материнская плата, к которой подключены и жесткий диск, и оперативная память, и процессор.

Не надо пугаться того, что все это физика, электроника и математика. Можно в общих чертах один раз составить представление о том, как работает «магия» IT – информационных технологий. Как сформулировал писатель-фантаст Артур Кларк в одном из Трех законов Кларка, «любая достаточно развитая технология неотличима от магии». В следующем посте ALMAMAT Blog расскажет, то такое полупроводники. almamat blog

Как работает компьютер . Заглянем внутрь и рассмотрим подробнее.

Как работает компьютер ?

Как работает компьютер ? Ну, многие задавались этим вопросом. Лично мне всегда хотелось знать немного подробнее о том, что заставляет работать процессор, материнскую плату. Так, собственно, как работает компьютер ? Как оперативная память и жёсткий диск запоминают информацию? Для чего они нужны вообще и почему компьютер без некоторых частей вообще не работает? Как информация двигается по проводам и комплектующим внутри вашего любимца? Что такое чипсет и как понимать надписи при выборе и покупке компьютера и ноутбука? Как записывается информация на болванки в оптических дисководах? В чём разница между CD и DVD, а также другими форматами? Однослойные и двухслойные диски: в чём отличие и как их делают? Для чего служат разъёмы на материнской плате, почему они разного цвета, что ещё туда можно, извиняюсь, воткнуть? Что означают надписи на коробках или в объявлениях о предложении нового или подержанного ноутбука или компьютера?

Об этом и многом другом от технических специалистов со всего света для людей, которые просто хотят знать. Доступным и понятным языком. Перемещайтесь по ссылкам карты и основы того, как работает компьютер , вам станут понятны и доступны. А это – ступень к тому, чтобы понять новые технологии и идти в ногу со временем.

Читать еще:  Как обновить айтюнс на компьютере до последней версии

Урок 3. Как работает компьютер

Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то неожиданное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, нужно знать как он устроен и как работает.

В этом IT-уроке узнаем, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).

Во втором уроке мы разобрались, что компьютер нужен для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.

Как хранится информация на компьютере

Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», то есть используется двоичный код и двоичная система счисления.

Например, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».

В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые необходимо обработать, и все программы, которые руководят процессом обработки.

Например, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):

Так человек видит изображение:

Компьютер видит набор «0» и «1»

(первые две строчки файла):

А текст для компьютера выглядит так:

Человек видит текст:

Компьютер опять видит набор «0» и «1»:

Сегодня мы не будем разбираться в тонкостях вычислений и преобразований, посмотрим на процесс в общем.

Где хранится информация

Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. Обычно накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).

Жестким диском это устройство называется из-за конструкции. Внутри его корпуса находится один или несколько твердых блинов (металлических или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (операционная система, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).

Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные

Информация на жестком диске хранится и после выключения компьютера.

Подробнее об устройстве жесткого диска мы узнаем в одном из следующих IT-уроков.

Что обрабатывает всю информацию в компьютере

Основная задача компьютера – обрабатывать информацию, то есть выполнять вычисления. Большую часть вычислений выполняет специальное устройство – процессор. Это сложная микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).

Процессор – обрабатывает информацию

Что в данный момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные необходимо обработать и что с ними нужно сделать.

Схема обработки данных

Программы и данные загружаются с накопителя (жесткого диска).

Но жесткий дискотносительно медленное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.

Не оставим процессор без дела

Поэтому между процессором и жестким диском установили более быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это небольшая печатная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.

Оперативная память – ускоряет доступ процессора к программам и данным

В оперативную память заранее считываются с жёсткого диска все необходимые программы и данные. Во время работы процессор обращается к оперативной памяти, считывает команды программы, которая говорит какие данные нужно взять и как именно их обработать.

При выключении компьютера содержимое оперативной памяти не сохраняется в ней (в отличие от жесткого диска).

Процесс обработки информации

Итак, теперь мы знаем, какие устройства участвуют в обработке информации. Посмотрим теперь на весь процесс вычислений.

Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)

Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жестком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:

1. Программа с жесткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.

2. Процессор поочередно выполняет команды программы, порциями обрабатывая данные, взяв их из оперативной памяти.

3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет следующую порцию данных.

4. Результат работы программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.

Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).

Ввод и вывод информации

Чтобы компьютер получил информацию для обработки, её нужно ввести. Для этого используются устройства ввода данных:

  • Клавиатура (с помощью неё мы вводим текст и управляем компьютером);
  • Мышь (с помощью мыши мы управляем компьютером);
  • Сканер (заносим изображение в компьютер);
  • Микрофон (записываем звук) и т.д.
Читать еще:  Как перенести почту outlook 2007 на другой компьютер

Для вывода результата обработки информации используются устройства вывода данных:

  • Монитор (выводим изображение на экран);
  • Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
  • Акустические системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);

Кроме того, мы можем вводить и выводить данные на другие устройства с помощью:

  • Внешних накопителей(с них мы копируем уже имеющиеся данные в компьютер):
    • флэшка,
    • компакт-диск (CD или DVD),
    • переносной жесткий диск,
    • дискета;
  • Компьютерной сети (получаем данные с других компьютеров через Интернет или городскую сеть).

Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то получится вот такая диаграмма:

Ввод, обработка и вывод данных

То есть компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в привычные нам образы (изображение, звук).

Подводим итог

Итак, сегодня мы вместе с сайтом IT-uroki.ru узнали, как работает компьютер. Если кратко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, затем передает в оперативную память и обрабатывает с помощью процессора. Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, затем либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (например, монитор).

Если появились вопросы, можно задать их в комментариях к этой статье.

Обо всех перечисленных в сегодняшнем уроке устройствах Вы можете узнать подробнее из последующих уроков на сайте IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта.

Копирование запрещено

Напомню, что на сайте IT-уроки есть постоянно обновляемые справочники:

Видео-дополнение

Сегодня небольшое познавательное видео о производстве процессоров.

Как работает компьютер

  • » rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: it

Архитектура современных компьютеров была разработана еще в 1945 году. При таком методе команды и данные хранятся вместе в памяти компьютера. Набор команд, называемый программой, и данные загружаются в память. Память разделена на индивидуальные ячейки, так что и команды и данные в любой момент могут быть найдены.

Центральный процессор (ЦПУ) содержит программный счетчик, обеспечивающий порядок команд. После каждой операции программный счетчик продвигается на один шаг.
Другие компоненты ЦПУ, включают контрольный модуль, который руководит пошаговыми операциями по обработке данных; арифметический логический модуль (АЛМ), осуществляющий операции со сложением, вычитанием и сравнением.
Справа изображены шаги, объясняющие, как компьютер оперирует командами и данными, чтобы выполнить простое задание «сложение». Программа поручает компьютеру сложить два числа и запомнить их сумму — как приказано в третьей строке на экране (внизу), что читается как «30 С = А+Б». Для выполнения этой задачи требуется пройти много шагов, но каждый из них занимает всего тридцать биллионных секунды, и вычисления производятся очень быстро. Хотя внутри компьютера все числа записаны в двоичной системе исчисления, здесь они представлены в десятичной системе для облегчения чтения.

Инструктирование компьютера
Оператор записал короткую программу на компьютерном языке БЕЙСИК. Первые две строки под номерами 10 и 20 (слева) приказывают компьютеру извлечь цифры из клавиатуры. На диаграммах справа показано, как компьютер выполняет третью команду. Эта команда «С = А+Б» приказывает компьютеру сложить числа А и Б, а в четвертой строке содержится приказ запомнить результат. Строка 50 завершает программу. В данном случае А находится в ячейке 86, Б в ячейке 87, а С будет определено в ячейку 88.

1. Первые инструкции. Контрольный модуль получает команды из ячеек 78 и 79. После декодирования команд он знает, что должен доставить данные из ячейки 86.

2. Передвижение первого числа. Контрольный модуль копирует А — число «3» из ячейки 86, и помещает его в один из регистров — временное хранилище для небольшого количества данных.

3. Считывание команды «Сложение». Контрольный модуль получает следующую команду — команду «сложение» — из ячеек 80 и 81 и декодирует эти команды.

4. Считывание данных. Следуя командам, контрольный модуль копирует значение В, равное 2 из ячейки 87, и помещает его в АЛМ.

5. Сложение данных. Первое число берется из ЗУ центрального процессора и направляется в АЛМ, где осуществляются математические операции. Компьютер может сложить два числа.

6. Временное хранение. Сумма сложения временно хранится в регистре ЦПУ, пока в контрольный модуль не поступит дальнейших распоряжений от пользователя.

7. Суммирование. Контрольный модуль добывает из ячейки 82 команду сохранить данные в памяти в позиции 88, где они будут легко доступны для последующих вычислений

Читать еще:  Как открыть формат djvu на компьютере

8. Хранение. Контрольный модуль помещает сумму, число «5», в ячейку 88 в соответствии с командой, завершив восемь операций, необходимых для выполнения одной стооки тоогоаммы.

Принцип работы компьютера

Принцип работы компьютера

Сведения, приведенные в этом разделе, при повседневной работе с компьютером могут не понадобиться. Однако общее представление о принципе действия компьютера иметь необходимо – это может помочь при решении некоторых внезапных проблем.

«Сердцем» компьютера без преувеличения является процессор. Его часто обозначают английской аббревиатурой CPU, то есть Central Processor Unit. Процессор – очень сложное устройство, основная функция которого – выполнение программ.

Каждый тип процессора имеет свою систему команд. Процессору передаются специальные числовые последовательности, которые в соответствии с его внутренней таблицей интерпретируются им как определенные команды. Например, в системе команд процессора PDP-11 двоичное число 0110000001000000 означает «сложить число, находящееся в регистре № 1 с числом из регистра № 0 и результат поместить в регистр № 0» (регистры – специальная область процессора для хранения временных данных). В других системах команд то же самое число может интерпретироваться совершенно по-другому или вообще не означать никакой команды. Любая программа поступает в процессор в виде таких двоичных команд, поэтому программу, написанную для одного типа процессора, процессор с другой системой команд исполнить не сможет.

Еще одной важнейшей частью компьютера является запоминающее устройство, или память. Запоминающие устройства можно условно разделить на две категории:

? ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (в нем хранятся неизменяемые данные);

? ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (используется для записи и чтения данных).

В ОЗУ могут записываться, например, результаты работы программы для последующего их вывода на какое-либо внешнее устройство. В ПЗУ данные хранятся «вечно», записанные в ОЗУ – безвозвратно теряются при выключении электропитания.

В популярной сегодня английской терминологии ПЗУ называется ROM (ReadOnly Memory), а ОЗУ – RAM (Random Access Memory). В некоторых случаях может использоваться также особый тип памяти, информация из которой не уничтожается при выключении питания, как в ПЗУ, и при этом есть возможность программной записи данных в эту память (как в ОЗУ, только медленнее). Такой тип памяти ранее почти не использовался, но в последние годы получил широкое распространение. Его называют Flash-памятью.

Чтобы процессор мог ориентироваться «на просторах» запоминающего устройства, вся память разделена на ячейки. Каждая ячейка имеет свой уникальный адрес, записанный в виде чисел. Обычно память организована в виде матрицы, и для обращения к ячейке памяти процессор должен задать номер ее столбца и строки. Этим управляют системные сигналы CAS и RAS.

Перед запуском любая программа должна быть целиком или частично загружена с внешнего устройства в оперативную память. Процессор в определенной последовательности считывает из оперативной памяти команды и исполняет их. Для этого в нем имеется специальный регистр – счетчик команд, который всегда содержит адрес ячейки памяти, где расположена команда, которая будет исполняться следующей. Перед началом работы программы этот регистр содержит адрес ячейки памяти, в которую загружена первая команда программы, а во время исполнения каждой команды содержимое счетчика команд автоматически увеличивается до исполнения очередной операции.

Приведенная схема поверхностно описывает процесс выполнения программы. Современные процессоры способны начинать исполнение новой команды до завершения предыдущей, инициировать исполнение нескольких команд сразу и т. п. Но общий принцип остается прежним.

Чтобы «общаться» с человеком, компьютеру необходимы устройства для ввода и вывода информации. В качестве основного устройства ввода сейчас применяется клавиатура с буквенно-цифровыми и управляющими клавишами. Каждая клавиша передает в компьютер уникальный двоичный код, а специальная программа, которая обычно записана в ПЗУ компьютера, преобразует эти коды в вид, приемлемый для использования в программах. Результат работы программы выводится на экран монитора.

Почти всегда результат работы требуется сохранить, чтобы иметь возможность вернуться к нему в другой раз. Для этого, а также для записи самих текстов программ (программного кода) предназначены внешние накопители информации. Сейчас с этой целью, как правило, используются накопители на гибких и жестких магнитных дисках, а также лазерные оптические диски.

Теперь вы имеете представление о принципе работы компьютера и пора перейти к подробному описанию его составляющих. Напомню, что в зависимости от аппаратной платформы и компании-производителя расположение некоторых деталей компьютера может отличаться. Поэтому будем считать, что у пользователя имеется PC в стандартном вертикальном корпусе, таком, как MidiTower.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector