Pedeorelha | Slik fungerer PC-er

Jacob Hoover
0
1639
118

De fleste av oss bruker en datamaskin hver eneste dag, men få mennesker vet om den indre funksjonen til denne viktige delen av livene våre. © iStockphoto.com / spxChrome

Ordet datamaskin refererer til et objekt som kan godta noen innspill og produsere noe output. Faktisk er menneskets hjerne i seg selv en sofistikert datamaskin, og forskere lærer mer om hvordan det fungerer med hvert år som går. Vår vanligste bruk av ordet datamaskin er imidlertid å beskrive en elektronisk enhet som inneholder en mikroprosessor.

En mikroprosessor er en liten elektronisk enhet som kan utføre komplekse beregninger med et øyeblikk. Du kan finne mikroprosessorer på mange enheter du bruker hver dag, for eksempel biler, kjøleskap og TV-apparater. Den mest anerkjente enheten med en mikroprosessor er den personlige datamaskinen eller PC-en. Faktisk har konseptet med en datamaskin blitt nesten synonymt med begrepet PC.

Når du hører PC, ser du sannsynligvis for deg en lukket enhet med en vedlagt videoskjerm, tastatur og en slags pekeenhet, for eksempel en mus eller berøringspute. Du kan også se for deg forskjellige former for PC-er, for eksempel stasjonære datamaskiner, tårn og bærbare datamaskiner. Begrepet PC har blitt assosiert med visse merker, for eksempel Intel-prosessorer eller Microsoft-operativsystemer. I denne artikkelen definerer vi imidlertid en PC som en mer generell dataenhet med disse egenskapene:

designet for bruk av en person om gangen
kjører et operativsystem for å grensesnitt mellom brukeren og mikroprosessoren
har visse interne komponenter som er beskrevet i denne artikkelen, for eksempel en CPU og RAM
kjører programvare designet for spesifikk arbeids- eller lekeaktiviteter
gir mulighet for å legge til og fjerne maskinvare eller programvare etter behov

PC-er sporer historien tilbake til 1970-tallet da en mann ved navn Ed Roberts begynte å selge datasett basert på en mikroprosessorbrikke designet av Intel. Roberts kalte datamaskinen sin Altair 8800 og solgte de umonterte settene for 395 dollar. Popular Electronics kjørte en historie om settet i utgaven fra januar 1975, og til overraskelse for omtrent alle, ble settene en øyeblikkelig hit. Dermed begynte tiden for den personlige datamaskinen [kilder: Cerruzi, Lasar].

Mens Altair 8800 var den første virkelige personlige datamaskinen, var det utgivelsen av Apple II et par år senere som signaliserte starten på PC-en som et etterspurt hjemmeapparat. Apple II, fra oppfinnerne Steve Jobs og Steve Wozniak, beviste at det var etterspørsel etter datamaskiner i hjem og skoler. Like etter hoppet mange etablerte dataselskaper som IBM og Texas Instruments inn på PC-markedet, og nye merker som Commodore og Atari hoppet inn i spillet.

I denne artikkelen skal vi se på PCen for å finne ut om delene og hva de gjør. Vi vil også sjekke den grunnleggende programvaren som brukes til å starte opp og kjøre en PC. Deretter vil vi dekke mobile PC-er og undersøke fremtiden for PC-teknologi.

innhold

Core PC-komponenter
Porter, periferiutstyr og spor for utvidelse
Slå på en PC
PC-operativsystemer
Fremtiden til PC-er
Bærbar personlig databehandling

For å se hvordan en PC fungerer, la oss begynne med brikkene som kommer sammen for å gjøre opp maskinen. Følgende er komponentene som er felles for PCer i den rekkefølgen de vanligvis er montert:

Sak -- Hvis du bruker en bærbar datamaskin, inkluderer datamaskinens kasse tastatur og skjerm. For stasjonære PCer er saken vanligvis en type boks med lys, ventilasjonsåpninger og steder for å feste kabler. Størrelsen på saken kan variere fra små bordplater til høye tårn. En større sak innebærer ikke alltid en kraftigere datamaskin; det er det inni som teller. PC-utbyggere designer eller velger en sak basert på typen hovedkort som skal passe inni.

hovedkort -- Det primære kretskortet på PCen er hovedkortet. Alle komponenter, innvendig og utvendig, kobles gjennom hovedkortet på noen måte. De andre komponentene som er oppført på denne siden er flyttbare og dermed utskiftbare uten å erstatte hovedkortet. Flere viktige komponenter er imidlertid festet direkte på hovedkortet. Disse inkluderer den komplementære metalloksyd-halvlederen (CMOS), som lagrer noe informasjon, for eksempel systemklokken, når datamaskinen slås av. Hovedkort leveres i forskjellige størrelser og standarder, det vanligste av dette forfatterskapet er ATX og MicroATX. Derfra varierer hovedkort etter type flyttbare komponenter de er designet for å håndtere internt og hvilke porter som er tilgjengelige for å koble til eksterne enheter.

Strømforsyning -- Bortsett fra dets CMOS, som drives av et utskiftbart CMOS-batteri på hovedkortet, er alle komponenter på PCen avhengig av strømforsyningen. Strømforsyningen kobles til en slags strømkilde, enten det er et batteri når det gjelder mobile datamaskiner, eller en stikkontakt for stasjonære PC-er. På en stasjonær PC kan du se strømforsyningen montert inne i saken med en strømkabeltilkobling på utsiden og en håndfull festede kabler inni. Noen av disse kablene kobles direkte til hovedkortet, mens andre kobles til andre komponenter som stasjoner og vifter.

Sentral prosesseringsenhet (CPU) -- CPU-en, ofte bare kalt prosessoren, er komponenten som inneholder mikroprosessoren. Denne mikroprosessoren er kjernen i all PC-en, og ytelsen til både maskinvare og programvare er avhengig av prosessorens ytelse. Intel og AMD er de største CPU-produsentene for PC-er, selv om du også finner andre på markedet. De to vanlige CPU-arkitekturene er 32-bit og 64-bit, og du vil oppdage at viss programvare er avhengig av denne arkitekturdifferansen.

Tilfeldig tilgang minne (RAM) -- Selv den raskeste prosessoren trenger en buffer for å lagre informasjon mens den behandles. RAM-en er til CPU-en som en benkeplate for en kokk: Den fungerer som stedet der ingrediensene og verktøyene du jobber med venter til du trenger å hente og bruke dem. Både en rask CPU og en god mengde RAM er nødvendig for en rask PC. Hver PC har en maksimal mengde RAM den kan håndtere, og spor på hovedkortet indikerer hvilken type RAM datamaskinen trenger.

Drives -- En stasjon er en enhet beregnet på å lagre data når den ikke er i bruk. En harddisk eller solid state-stasjon lagrer en PCs operativsystem og programvare, som vi vil se nærmere på senere. Denne kategorien inkluderer også optiske stasjoner som de som brukes til å lese og skrive CD, DVD og Blu-ray-medier. En stasjon kobles til hovedkortet basert på typen stasjonskontrollteknologi den bruker, inkludert den eldre IDE-standarden og den nyere SATA-standarden.

Kjøleinnretninger -- Jo mer datamaskinen behandler, jo mer varme genererer den. CPU og andre komponenter kan håndtere en viss mengde varme. Imidlertid, hvis en PC ikke er avkjølt ordentlig, kan den overopphetes og forårsake kostbar skade på dens komponenter og kretsløp. Vifter er den vanligste enheten som brukes til å kjøle en PC. I tillegg er CPU-en dekket av en metallisk blokk som kalles en kjøleribbe, som trekker varmen bort fra CPU-en. Noen seriøse databrukere, som spillere, har noen ganger dyrere varmestyringsløsninger, for eksempel et vannkjølt system, designet for å takle mer intense kjølingskrav..

kabler -- Alle komponentene vi har nevnt så langt, er koblet sammen med en eller flere kabler. Disse kablene er designet for å frakte data, strøm eller begge deler. PC-er skal være konstruert slik at kablene brettes pent inn i saken og ikke blokkerer luftstrøm gjennom det.

En PC er vanligvis mye mer enn disse kjernekomponentene. Deretter skal vi se på portene og periferiutstyrene som lar deg samhandle med datamaskinen og hvordan du kan legge til enda flere komponenter ved å bruke utvidelsesspor.

Ideelt sett vil datamaskinen ha nok porter til at du ikke trenger å virke sammen alt tilbehøret. Hvis du befinner deg i et syltetøy som dette, bør du vurdere om du trenger alle disse periferiutstyrene. © iStockphoto.com / andres balcazar

Kjernekomponentene vi har sett på så langt utgjør en PCs sentrale prosessorkraft. En PC trenger imidlertid flere komponenter for å samhandle med menneskelige brukere og andre datamaskiner. Følgende er PC-delene som får dette til å skje:

Grafikkomponenter -- Mens noen hovedkort har grafikk om bord, inkluderer andre det som kalles et utvidelsesspor, der du kan skyve inn et separat skjermkort. I begge tilfeller behandler videokomponentene på en PC noen av de komplekse grafikkdataene som kommer til skjermen, og tar noe av belastningen fra CPU-en. Et hovedkort godtar skjermkort basert på et spesifikt grensesnitt, for eksempel den eldre AGP-standarden eller en av de nyere PCI-standardene.

porter -- Ordet port brukes ofte for å beskrive et sted på utsiden av PC-en der du kan koble til en kabel. Beskriv en port ved bruk av den, for eksempel en USB-port eller en Ethernet-port. (Merk at ordporten også brukes til å beskrive en programvaretilkobling når to maskinvarestykker prøver å kommunisere.) Mange porter er festet direkte på hovedkortet. Noen av portene du finner på en PC inkluderer følgende:

USB-porter
nettverksporter, typisk Ethernet og FireWire
videoporter, vanligvis en kombinasjon av VGA, DVI, RCA / komponent, S-Video og HDMI
lydporter, vanligvis noen mini-analoge lydkontakter eller RCA
gamle porter, eller porter som følger gamle standarder som sjelden brukes i moderne datamaskiner, for eksempel parallelle skriverporter og PS2-porter for et tastatur og mus

Periferi -- Enhver maskinvare som ikke er montert inne i PC-en, kalles periferiutstyr. Dette inkluderer de grunnleggende inngangs- og utgangsenhetene dine: skjermer, tastaturer og mus. Det inkluderer også skrivere, høyttalere, hodetelefoner, mikrofoner, webkameraer og USB-flash-stasjoner. Alt du kan koble til en port på PCen, er en av PC-ens perifere utstyr. De nødvendige perifere utstyrene (for eksempel skjermer) er ikke nødvendige på bærbare datamaskiner, som har dem innebygd i stedet.

Utvidelsesspor -- Noen ganger vil du legge til komponenter til en PC som ikke har en bestemt spalte et sted på hovedkortet. Det er derfor hovedkortet vil inneholde en serie utvidelsesspor. De flyttbare komponentene som er designet for å passe inn i utvidelsesspor kalles kort, sannsynligvis på grunn av deres flate, kortlignende struktur. Ved hjelp av utvidelsesspor kan du legge til ekstra skjermkort, nettverkskort, skriverporter, TV-mottakere og mange andre tilpassede tillegg. Kortet må samsvare med utvidelsessporttypen, enten det er arv ISA / EISA-typen eller de mer vanlige PCI-, PCI-X- eller PCI Express-typene.

Nå som vi har sett på delene av en PC, la oss trykke på av / på-knappen og se hva som får den til å starte opp.

Når du først slår på en PC, går maskinen gjennom flere interne prosesser før den er klar for bruk. Dette kalles startprosessen, eller oppstart av PC-en. Boot er forkortelse for bootstrap, en referanse til det gamle ordtaket, "Dra deg opp med bootstraps," som betyr å starte noe helt fra begynnelsen. Oppstartprosessen styres av PCens grunnleggende input-output system (BIOS).

BIOS er programvare som er lagret på en flash-minnebrikke. På en PC er BIOS innebygd på hovedkortet. Noen ganger vil en PC-produsent gi ut en oppdatering for BIOS, og du kan nøye følge instruksjonene for å "blinke BIOS" med den oppdaterte programvaren.

I tillegg til å kontrollere oppstartsprosessen, gir BIOS et grunnleggende konfigurasjonsgrensesnitt for PC-ens maskinvarekomponenter. I det grensesnittet kan du konfigurere ting som rekkefølgen på å lese stasjoner under oppstart og hvor raskt prosessoren skal få lov til å kjøre. Sjekk datamaskinens dokumentasjon for å finne ut hvordan du går inn i BIOS-grensesnittet. Denne informasjonen vises ofte når du også starter opp datamaskinen, med en melding som "Trykk DEL for å gå inn i Setup Menu."

Følgende er et sammendrag av oppstartsprosessen på en PC:

På / av-knappen aktiverer strømforsyningen på PC-en, og sender strøm til hovedkortet og andre komponenter.
PC-en utfører en selvtest (POST). POST er et lite dataprogram i BIOS som sjekker for maskinvarefeil. Et eneste pip etter POST signaliserer at alt er i orden. Andre pipesekvenser signaliserer maskinvarefeil, og PC-reparasjonsspesialister sammenligner disse sekvensene med et diagram for å bestemme hvilken komponent som har mislyktes.
PC-en viser informasjon på den vedlagte skjermen som viser detaljer om oppstartsprosessen. Disse inkluderer BIOS-produsenten og revisjonen, prosesserspesifikasjoner, mengden RAM som er installert og stasjonene som er oppdaget. Mange PC-er har byttet ut å vise denne informasjonen med en sprutskjerm som viser produsentens logo. Du kan slå av sprutskjermen i BIOS-innstillingene hvis du heller vil se teksten.
BIOS prøver å få tilgang til den første sektoren på stasjonen som er utpekt som startdisk. Den første sektoren er de første kilobytene på disken i rekkefølge, hvis stasjonen leses sekvensielt med start fra den første tilgjengelige lagringsadressen. Oppstartsdisken er vanligvis den samme harddisken eller solid state-stasjonen som inneholder operativsystemet. Du kan endre oppstartsdisken ved å konfigurere BIOS eller avbryte oppstartsprosessen med en nøkkelsekvens (ofte indikert på oppstartsskjermene).
BIOS bekrefter at det er en bootstrap loader, eller boot loader, i den første sektoren av oppstartsdisken, og den laster den oppstartslasteren inn i minnet (RAM). Oppstartladeren er et lite program designet for å finne og starte PC-ens operativsystem.
Når oppstartslasteren er i minnet, overlater BIOS arbeidet til oppstartslasteren, som igjen begynner å laste operativsystemet i minnet.
Når boot loader er ferdig med oppgaven, overfører den kontrollen over PC-en til operativsystemet. Deretter er operativsystemet klart for brukerinteraksjon.

Nå som vi alle er oppe, hva er det neste? Mye av hvordan PC-er fungerer, avhenger av operativsystemet du bruker. I neste avsnitt, la oss undersøke hvordan operativsystemer fungerer på en PC.

Microsoft Windows fortsetter å være det mest populære operativsystemet i verden. © iStockphoto.com / Tuomas Kujansuu

Etter at en PC har startet, kan du styre den gjennom et operativsystem, eller OS for kort. Fra dette tidspunktet kjører de fleste PC-er som ikke er Apple, en versjon av Microsoft Windows eller en Linux-distribusjon. Disse operativsystemene er designet for å kjøre på forskjellige typer PC-maskinvare, mens Mac OS X først og fremst er designet for Apple-maskinvare.

Et operativsystem er ansvarlig for flere oppgaver. Disse oppgavene faller inn i følgende brede kategorier:

Prosessorstyring -- bryter prosessorens arbeid i håndterbare biter og prioriterer dem før du sender dem til CPU.
Minnehåndtering -- koordinerer strømmen av data inn og ut av RAM, og bestemmer når det virtuelle minnet skal brukes på harddisken for å supplere en utilstrekkelig mengde RAM.
Enhetshåndtering -- gir et programvarebasert grensesnitt mellom datamaskinens interne komponenter og hver enhet som er koblet til datamaskinen. Eksempler inkluderer tolking av tastatur- eller musinndata eller justering av grafikkdata til riktig skjermoppløsning. Nettverksgrensesnitt, inkludert administrasjon av internettforbindelsen, faller også inn i enhetsadministrasjonsbøtten.
Lagringsstyring -- leder hvor data skal lagres permanent på harddisker, solid state-stasjoner, USB-stasjoner og andre former for lagring. For eksempel hjelper lagringsadministrasjonsoppgaver når du oppretter, leser, redigerer, flytter, kopierer og sletter dokumenter.
Søknadsgrensesnitt -- gir datautveksling mellom programmer og PC-en. En applikasjon må programmeres for å fungere med applikasjonsgrensesnittet for operativsystemet du bruker. Applikasjoner er ofte designet for spesifikke versjoner av et OS. Du ser dette i applikasjonens krav med setninger som "Windows Vista eller nyere" eller "fungerer bare på 64-biters operativsystemer."
Brukergrensesnitt (UI) - gir deg en måte å samhandle med datamaskinen på.

Derfra kan du notere hvordan du ser artikkelen vår Hvordan operativsystemer fungerer for mer informasjon om hvordan et operativsystem fungerer på en PC. Ta også kontakt med når du vil vite hvordan spesifikke applikasjoner og enheter fungerer på din PC.

La oss nå se på fremtiden til PC-er generelt og måten PC-produsenter har erobret portabilitetsutfordringene med mobil databehandling.

Siden den første PC-en traff markedet, har nyere og bedre modeller gjort eldre modeller foreldet i løpet av måneder etter produksjonen. Drive-teknologier som SATA erstattet IDE, og PCI-utvidelsesspor erstattet ISA og EISA. Den mest fremtredende måleren for teknologisk fremgang på en PC er imidlertid CPU-en og mikroprosessoren i CPU-en.

Mikroprosessorer av silisium har vært kjernen i databehandlingsverdenen siden 1950-tallet. I løpet av den tiden har produsenter av mikroprosessorer proppet flere transistorer og forbedringer på mikroprosessorer. I 1965 spådde Intel-grunnlegger Gordon Moore at mikroprosessorer ville doble i kompleksitet hvert annet år. Siden den gang har den kompleksiteten doblet seg hver 18. måned, og bransjeeksperter kalte spådommen Moores lov. Mange eksperter har spådd at Moores lov snart vil ta slutt på grunn av de fysiske begrensningene til silisiummikroprosessorer [kilde: PBS].

Fra dette tidspunktet fortsetter prosessorenes transistorkapasitet å øke. Dette fordi brikkeprodusenter stadig finner nye måter å etse transistorer på silisiumet. De bittesmå transistorene måles nå i nanometer, som er en milliarddel meter. Atomer i seg selv er omtrent 0,5 nm, og de mest aktuelle produksjonsprosessene for mikroprosessorer kan produsere transistorer som måler 45 nm eller 32 nm. Jo mindre antall går, jo flere transistorer vil passe på en brikke, og desto mer prosessorkraft er brikken i stand til. Fra mai 2011 jobbet Intel med en 22-nm produksjonsprosess, kodenavnet Ivy Bridge, som bruker transistorer med et energibesparende design kalt Tri-Gate [kilder: BBC, Intel].

Så hva skjer når vi kommer til slutten av Moore's Law? Et nytt middel til behandling av data kan sikre at fremdriften fortsetter. Potensielle etterfølgere er de som viser seg å være et kraftigere middel til å utføre de grunnleggende beregningsfunksjonene til en prosessor. Mikroprosessorer av silisium har stole på den tradisjonelle to-statstransistoren i mer enn 50 år, men oppfinnelser som kvantecomputere endrer spillet.

Kvantedatamaskiner er ikke begrenset til de to tilstandene på 1 eller 0. De koder for informasjon som kvantebits eller qubits. En kvbit kan være en 1 eller en 0, eller den kan eksistere i en superposisjon som er samtidig 1 og 0 eller et sted i mellom. Qubits representerer atomer som jobber sammen for å fungere som datamaskinminne og mikroprosessor. Fordi en kvantecomputer kan inneholde disse flere tilstandene samtidig, har den potensialet til å være millioner ganger kraftigere enn dagens kraftigste superdatamaskiner. Kvanteberegningsteknologi er fremdeles i sine tidlige stadier, men forskere beviser allerede konseptet med reelle, målbare resultater. Husk å sjekke hvordan kvantedatamaskiner jobber for mer om dette fantastiske gjennombruddet.

Tiden vil vise om kraften til kvantecomputere noensinne vil komme seg til den gjennomsnittlige PC-en. I mellomtiden kan du fremdeles ha mye prosessorkraft med deg takket være mobile PC-er, som vi vil se på neste.

Allerede før PC-en konseptualiserte datamaskinprodusenter bærbare datamaskiner. Det var 12 pund IBM PC Cabriolet som brakte bærbare konseptet i produksjon i 1986. Siden da har bærbare datamaskiner blitt mindre og lettere, og prosessorkraften deres har blitt bedre ved siden av stasjonære PC-er [kilde: IBM].

I dag anerkjenner databransjen andre klasser av mobile datamaskiner. Én klasse, den bærbare datamaskinen, har blitt nesten synonymt med den bærbare datamaskinen. Begrepet ble opprinnelig brukt for å indikere en mindre, lettere fetter til den bærbare datamaskinen. En annen klasse, netbook, er enda mindre enn bærbare PC-er, samtidig som den er billigere og mindre kraftig. Klassifiseringen er sannsynligvis oppkalt etter sin målgruppe: de som ønsker et veldig grunnleggende grensesnitt for bruk av Internett.

Mobil databehandling går enda lenger enn bærbare og netbooks. Mange smarttelefoner og nettbrett har like mye prosessorkraft som bærbare PC-er, pakket i mindre pakker. De viktigste forskjellene inkluderer en mindre skjermstørrelse og oppløsning, færre eksterne porter, mobiltelefonfunksjon og berøringsskjermteknologi, i tillegg til eller i stedet for et tastatur.

På programvaresiden forbedrer PC-operativsystemer også portabiliteten. For eksempel minimerer Google Chrome OS behovet for harddiskplass ved å stole på tilgang til webapplikasjoner og skylagring. Dette betyr at en netbook som er begrenset til en 64 GB solid state-stasjon, har potensialet til å være like nyttig som en bærbar datamaskin med en 500 GB diskstasjon. Naturligvis er store applikasjoner som ikke er nettaktivert, unntaket av denne plassbesparende fordelen.

I denne artikkelen har vi sett på hvordan en PC fungerer og hvor PC-teknologien går. En ting er sikkert: PC-en vil utvikle seg. Det vil komme raskere. Det vil ha mer kapasitet. Og det vil fortsette å være en integrert del av livene våre.

For mye mer om datamaskiner, klikk på neste side.

relaterte artikler

Slik fungerer BIOS
Slik fungerer dataminne
Slik fungerer Ethernet
Slik fungerer EUVL-brikkeproduksjon
Slik fungerer FireWire
Hvordan harddisker fungerer
Hvordan bærbare datamaskiner fungerer
Hvordan mikroprosessorer fungerer
Hvordan modemer fungerer
Hvordan Moores lov fungerer
Slik fungerer Netbooks
Slik fungerer PCI
Slik fungerer flyttbar lagring
Hvordan transistorer fungerer
Slik fungerer USB-porter
10 typer datamaskiner
Hvor små kan CPU-er få?
Hva er forskjellen mellom bærbare datamaskiner, netbooks og ultra-mobile PC-er?

Flere gode lenker

IBM Archives: IBM Personal Computer
Microsoft: En historie med Windows

kilder

BBC nyheter. "Intel avdekker 22nm 3D Ivy Bridge-prosessor." BBC. 4. mai 2011. (1. november 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
Ceruzzi, Paul E. "A History of Modern Computing, 2nd Edition." Massachusetts Institute of Technology. 2003.
Lenovo. "Firmahistorie." (1. november 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
Intel. "Fra sand til silisium: Making of a Chip: 32nm prosessteknologi." Intel Corporation. (1. november 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
Lasar, Matthew. "Hvem oppfant den personlige datamaskinen? (Hint: ikke IBM)." Ars Technica. Condé Nast Digital. Juni 2011. (31. oktober 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2011/06/did-ibm-invent-the-personal-computer-answer-no.ars
PBS.org. "Den første silisiumtransistoren." ScienCentral, Inc. og American Institute of Physics. 1999. (1. nov. 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html