Handledningar för PC-hårdvara: en komplett guide från grunden

Om du någonsin tänkt "Jag skulle vilja förstå Hur PC-hårdvara verkligen fungerar"Men varje bok du öppnar låter som nonsens, oroa dig inte: du är inte ensam. Hårdvaruvärlden kan verka som en röra av akronymer, siffror och elektriska begrepp, men med en tydlig förklaring och enkla exempel blir det mycket lättare att förstå."

I den här guiden hittar du en komplett rundtur i de fysiska komponenterna i en dator, dess interna språk och hur allting passar ihopFrån de mest grundläggande koncepten (vad är en bit eller en byte) till specifika komponenter som moderkort, RAM, processor, portar och hårddiskar, som täcker viktiga aspekter som systemhastighet, databuss och cacheminne. Den är utformad så att du kan läsa den när du vill, utan att stressa och utan att behöva några förkunskaper.

Hur en dator kommunicerar: bitar, byte och mätsystem

För att förstå PC-hårdvara måste du börja från början: datorn "talar" bara elektricitetInternt handlar allt om huruvida det finns ström (1) eller inte (0) i miljontals små omkopplare integrerade i chips.

Vart och ett av dessa möjliga tillstånd, på eller av, kallas bit, den minsta informationsenheten som en dator hanterar. En bit kan bara vara värd 0 eller 1, men när vi sätter ihop flera bitar börjar vi kunna representera bokstäver, siffror och symboler.

Nästa steg är byte, en grupp av 8 bitarMed 8 omkopplare (bitar) kan vi bilda många olika kombinationer av nollor och ettor, och varje kombination tilldelas ett tecken. Till exempel, i den välkända ASCII-koden, kan bokstaven A representeras med en specifik 8-bitarssekvens, till exempel 10100001.

När du trycker på en tangent på tangentbordet "ser" inte datorn bokstaven som sådan, utan tar emot den. en kombination av 0 och 1 som motsvarar den nyckelnHårdvaran översätter ditt tangenttryck till bitar, och skärmen visar bokstaven tack vare det kodningssystemet.

Eftersom en byte är för liten för att mäta stora mängder data används dess multiplar. De vanligaste förvaringsenheterna inom datavetenskap är:

• 1 byte = 8 bitar (ett tecken, en siffra eller ett mellanslag).
• 1 kilobyte (KB) = 1024 byte.
• 1 megabyte (MB) = 1024 kB.
• 1 gigabyte (GB) = 1024 MB.
• 1 terabyte (TB) = 1024 GB.

Observera att multiplar av alltid används 1024 och inte 1000Till exempel upptar ett 1 KB-dokument faktiskt 1024 tecken, inklusive bokstäver, siffror, symboler och mellanslag.

Förutom kapacitet talas det mycket om hårdvara dataöverföringshastighetHär ser du enheter som B/s, KB/s, MB/s eller GB/s (byte per sekund). Och ibland hittar du bitar per sekund (b/s, Kbps, Mbps), vilka är 8 gånger mindre än värdena i byte per sekund eftersom 1 byte är 8 bitar.

Idén om frecuenciavilket mäts i hertz (Hz, MHz, GHz). En komponent som arbetar vid 1 MHz utför en operation per miljon gånger per sekund. I moderna processorer talar vi om gigahertz (GHz), det vill säga miljarder cykler per sekund.

Vad avgör en dators faktiska hastighet

När någon säger "den här datorn är väldigt snabb" tittar de oftast bara på processorn, men i verkligheten En dators hastighet beror på flera faktorer tillsammans.Mikrofonen är viktig, ja, men det är inte den enda.

Först och främst finns det antal interna bitar som processorn arbetar medDetta indikerar hur mycket information den kan bearbeta samtidigt (dess interna bandbredd). Tidigare fanns det 16-bitars eller 32-bitars processorer; idag är praktiskt taget alla hemdatorer 64-bitars, vilket möjliggör hantering av mer data samtidigt och bättre användning av minne (se prestationsjämförelse).

Den andra nyckelfaktorn är driftsfrekvens eller maskincykelInuti datorn finns en "klocka" som ställer in hastigheten med vilken instruktioner exekveras. En 2 GHz-processor kan till exempel utföra cirka 2.000 miljarder cykler per sekund. Ju högre frekvens, desto fler instruktioner per sekund... förutsatt att resten av systemet hänger med.

Följande har också en betydande inverkan databussarDet här är "motorvägarna" längs vilka information färdas från en komponent till en annan (processor, RAM, disk, grafikkort etc.). Ju bredare bussen är (desto fler bitar den kan bära samtidigt) och ju högre dess frekvens är, desto smidigare blir datatrafiken inom datorn.

För att använda en jordbruksanalogi är det som en skördetröska: om den kan skära flera rader majs i varje överfart och lossa dem i stora, snabba lastbilar, blir jobbet gjort snabbare. Om bussarna vore trånga eller långsamma, Flaskhalsar skulle uppstå även om processorn var mycket kraftfull.

Sammanfattningsvis bestäms lagets totala hastighet av kombinationen av:

• Antal interna bitar av mikroprocessorn (intern bandbredd).
• Arbetsfrekvens processorns hastighet (MHz eller GHz).
• Databusshastighet och bredd som förbinder komponenterna.
• Hårddiskprestanda eller SSD-disk och moderkortets chipset.
• Mängd och hastighet på RAM-minne.

Chassit, nätaggregatet och moderkortet

Varje stationär dator börjar med en torn eller hölje med tillräckligt utrymme och ventilationChassits storlek avgör hur många fack och platser du kommer att behöva för att installera lagringsenheter, fläktar och andra komponenter.

Inuti lådan hittade vi strömförsörjningStrömförsörjningen omvandlar växelströmmen från elnätet (till exempel 220 V) till lägre, mer stabila spänningar som datorn kan använda, vanligtvis +5 V och +12 V. En bra strömförsörjning är nyckeln till utrustningens stabilitet och för att undvika oväntade problem orsakade av otillräcklig ström eller spänningstoppar.

Den centrala komponenten där praktiskt taget allting sammankopplas är moderkortModerkortet innehåller processorn, RAM-minnet, expansionskorten, SATA-kontakter för hårddiskar, USB-portar, BIOS, chipset och många andra komponenter. Moderkortet måste vara kompatibelt med processorn (sockeltyp etc.). moderkortets kompatibilitet, minnesstöd, etc.).

På tallriken hittar du olika expansionsplatservilka är plastkontakter med metallkontakter där korten sätts in:

• PCI- och PCIe-platserDen moderna standarden. De flesta moderna kort, inklusive 3D-grafikkort, ansluts till PCI Express (PCIe). De är snabbare och finns i olika storlekar (x1, x4, x8, x16) beroende på antalet stift och databanor.
• DIMM-platser: för RAM-minnesmoduler. Äldre SIMM-kort är nu föråldrade.
• SATA-kontakterFör anslutning av moderna hårddiskar och optiska enheter med SATA-kablar.
• IDE-kontakter: den gamla standarden för PATA-diskar, praktiskt taget utrotad i dagens datorer.

Förutom kortplatserna integrerar moderkortet olika controllers eller styrenheter som hanterar datatrafik mellan processor, RAM, diskar och kringutrustning. Tidigare fanns det många separata styrenheter; idag är de flesta grupperade i chipset.

El chipset Det är en chipset som avgör hur mikroprocessorn, minnet, cachen, USB-portarna, PCIe-bussarna etc. kommunicerar med varandra. Dess kvalitet och egenskaper påverkar saker som:

• Den faktiska prestandan du får från processorn.
• Maximal RAM-kapacitet som kan installeras.
• Kompatibilitet med modern teknik (RAM-typer, disktyper, avancerade portar).
• Möjligheten till framtida uppgraderingar och stödet för vissa processorer.

Minne: ROM, BIOS, RAM, cache och virtuellt minne

En dator har inte bara en typ av minne, utan flera, var och en med sin egen funktion. Att förstå dem hjälper mycket för att se Varför går min dator ibland snabbt och andra gånger är den långsam?.

Den gamla ROM-minne (skrivskyddat minne) Det var ett skrivskyddat minne där tillverkaren lagrade grundläggande instruktioner för systemstart och konfiguration. Dess innehåll raderades inte när datorn stängdes av. Idag tas den rollen nästan helt över av BIOS/UEFI.

La BIOS (Basic Input/Output System) Det är ett program som lagras på ett chip på moderkortet. Det körs så snart datorn slås på, identifierar minne, diskar, processor och andra enheter och utför inledande kontroller innan... ladda operativsystemetEn del av dess konfiguration kan modifieras av användaren (startordning, hårdvaruparametrar etc.).

För att säkerställa att BIOS behåller sina inställningar även när datorn är avstängd har moderkortet ett batteri eller en liten ackumulatorNär batteriet tar slut börjar datum, tid eller startinställningar att försvinna, och det är oftast ett tecken på att det behöver bytas ut.

La huvudminne eller RAM (Random Access Memory) Det är det utrymme där datorn tillfälligt lagrar data och program som används. Det är ett snabbt minne, men flyktigt: när datorn stängs av raderas allt innehåll.

När du väljer RAM-minne är det viktigt att titta på dess kapacitet (till exempel 8 GB, 16 GB, 32 GB) och i dess överföringshastighet, vanligtvis uttryckt i MHz eller med hjälp av DDR-nomenklaturen (DDR2, DDR3, DDR4…). Ju snabbare och bredare kommunikationen mellan RAM-minnet och processorn är, desto snabbare kommer systemet att vara.

Om du installerar flera RAM-moduler med olika hastigheter, Alla kommer att arbeta i den långsammaste personens hastighet.Därför är det bäst att använda liknande moduler. Original DRAM och tidigt DDR-minne används inte längre; numera är DDR3, DDR4 eller högre normen.

Förutom det huvudsakliga RAM-minnet har processorerna cacheminneEn speciell typ av mycket snabbt minne som sitter inuti eller mycket nära processorn. Det lagrar ofta använda data och instruktioner, vilket gör att man inte behöver ständigt använda det långsammare RAM-minnet.

Vi kan föreställa oss cachen som en anslagstavla där du sätter upp anteckningar som du alltid konsulterarOm det du letar efter finns där läser du det direkt; annars måste du gå till cachen (RAM), vilket tar längre tid. Tack vare cachen kan processorn arbeta med hastigheter mycket nära sin maximala frekvens.

Det finns flera nivåer av cache:

• L1-cacheDet snabbaste och minsta minneskretsen, placerad bredvid varje processorkärna. Dess typiska storlek varierar från 256 KB till 512 KB eller 1 MB per kärna.
• L2-cache: något långsammare och större i storlek, mellan några hundra KB och flera MB.
• L3-cachestörre (från några till tiotals MB) och något långsammare än L1 och L2, men fortfarande mycket snabbare än RAM.

När RAM-minnet börjar ta slut, Operativsystemet reserverar en del av hårddisken för att simulera extra minne. När fysiskt RAM-minne inte får plats flyttar Windows (eller ett annat system) nyligen oanvänd data till hårddisken.

Detta gör att du kan fortsätta öppna program även om det inte finns tillräckligt med RAM, men det har ett pris: Hårddisken är mycket långsammare än RAM-minnetOm virtuellt minne överanvänds blir datorn trög eftersom den ständigt växlar data mellan RAM och disk (växlingsfil).

Att konfigurera den virtuella minnesstorleken är möjligt från de avancerade systemalternativen, men den verkliga lösningen för intensiv användning är installera mer fysiskt RAM-minne, istället för att förlita sig på disken som en patch.

Mikroprocessorn (CPU) och dess kylsystem

El mikroprocessor eller CPU Det är datorns "hjärna". Den ansvarar för att utföra beräkningar och koordinera vad de andra komponenterna gör, läsa data från RAM eller cache och utföra instruktioner efter varandra i full hastighet.

Internt består processorn huvudsakligen av två funktionella block:

• Aritmetisk-logisk enhet (ALU)utför matematiska operationer (addition, subtraktion, multiplikation, division) och logiska operationer (jämförelser, villkor som "OM detta, så det").
• StyrenhetDen ansvarar för att bestämma i vilken ordning instruktionerna exekveras, vilka data som läses eller skrivs och hur informationen flödar inom processorn.

När du väljer en processor är det viktigt att tänka på flera detaljer: CPU-typ och familj (Intel, AMD, specifikt sortiment), (fysisk sockel, chipset), driftsfrekvens, antal kärnor, 64-bitarsstöd och intern cachestorlek.

CPU:n genererar mycket värme, särskilt när den arbetar med höga frekvenser, så en bra kylare är avgörande. avlednings- och ventilationssystemVanligtvis monteras en metallkylfläns i direkt kontakt med processorn och en fläkt ovanpå som leder ut värmen.

Om processorfrekvensen ökas utöver specifikationen (överklockning), temperaturen stiger ännu merOch om kylningen inte är tillräcklig kan det uppstå krascher, fel och minskad livslängd för komponenterna. Därför är kylpasta och korrekt fläktinstallation inte bara en lyx, utan nödvändigt.

Portar, anslutningar och dataöverföring

För att datorn ska kunna kommunicera med omvärlden behöver den inlopps- och utloppsportarDet här är de fysiska kontakterna där vi ansluter möss, tangentbord, bildskärmar, skrivare, externa hårddiskar, nätverk etc.

Några av de vanligaste du kan hitta på en modern dator är:

• Ljudportar (RCA eller minijack)Ingångar och utgångar för mikrofoner, högtalare och andra ljudenheter. Varje färg indikerar vanligtvis en funktion (utgång, linjeingång, mikrofon, etc.).
• PS/2-portarGamla runda kontakter för tangentbord och mus. I stort sett föråldrade, ersatta av USB.
• USB-port (Universal Serial Bus)USB är de facto-standarden för nästan alla typer av kringutrustning. Den stöder hot-swapping (plug and play), så att du kan ansluta och koppla ifrån enheter medan datorn är påslagen. Versioner som USB 1.1, 2.0, 3.0 och högre skiljer sig åt i hastighet: ju högre siffra, desto snabbare överföring.
• Ethernet-port (RJ45): den trådbundna nätverkskontakten för åtkomst till internet eller lokala nätverk.
• Externa SATA-portar: används för att ansluta externa hårddiskar som är kompatibla med denna standard.
• FireWire-port (IEEE 1394): utformad för snabb dataöverföring, använd flitigt på sin tid för digitala videokameror.
• VGA-, DVI- och HDMI-kontakterVideoutgångar för bildskärmar och projektorer. VGA är analogt och äldre; DVI erbjuder digital kvalitet; HDMI har blivit den mest använda eftersom den överför digitalt ljud och video i hög upplösning över samma kabel, med hög bandbredd.

Förutom fysiska portar är moderna bärbara datorer och datorer fulla av... trådlös teknik såsom infraröd (äldre), Bluetooth eller Wi-Fi. De gör det möjligt att överföra data trådlöst med hjälp av elektromagnetiska vågor eller ljus, med mottagare och antenner integrerade i själva kortet eller som tilläggskort.

Kringutrustning och lagringsenheter

mycket perifer Det här är alla externa enheter som ansluts till datorn för att kommunicera med den eller utöka dess möjligheter: tangentbord, möss, skrivare, skannrar, högtalare, kameror etc. De kan vara inmatningsenheter (mus, tangentbord), utmatningsenheter (skärm, skrivare) eller in- och utmatningsenheter (pekskärmar, externa hårddiskar, multifunktionsskrivare).

När det gäller intern lagring är stjärnkomponenten hårddiskTraditionellt har magnetiska diskenheter (HDD) använts, bestående av flera aluminiumplattor belagda med magnetiserbart material som roterar med hög hastighet inuti ett förseglat hölje.

Dessa rätter är indelade i koncentriska spårsom i sin tur är uppdelade i sektorer (vanligtvis 512 byte). Flera sektorer bildar tillsammans en klunga eller allokeringsenhet, vilket är den minsta delen av diskutrymmet som är reserverat för en fil.

Om klusterstorleken är 4 KB och du sparar en fil på endast 1 KB, Det kommer faktiskt att ta upp 4 KB på disken.Om den upptar 5 KB kommer den att använda två kluster (8 KB). Därför är det viktigt att klusterstorleken inte är för stor för att undvika att slösa utrymme med små filer.

När du väljer en klassisk hårddisk är två saker viktiga: dess kapacitet i GB eller TB och rotationshastighetDe äldre modellerna roterade med 3 600 rpm, sedan blev de på 7 200 rpm populära, och det finns ännu snabbare enheter på 10 000 rpm eller mer, avsedda för krävande användningsområden.

I åratal samexisterade hårddiskar och gränssnitt. IDE/EIDE/ATA och skivor SCSI eller FireWireIDE har försvunnit till förmån för SATA-standarder, medan SCSI och FireWire har bestått för mer specialiserade miljöer eller har ersatts av andra tekniker.

Idag är de också mycket vanliga SSD-enheterDessa funktioner, som inte beskrevs i detalj i originaltexten, men är värda att nämna, lagrar data på flashminneskretsar istället för roterande plattor, vilket erbjuder mycket kortare åtkomsttider och en läs-/skrivhastighet som är vida överlägsen traditionella mekaniska diskar.

När det gäller optiska medier inkluderar många torn fortfarande CD/DVD-läsare och brännareDe skiljer sig åt i sina läs-, skriv- och omskrivningshastigheter, uttryckta som ett tal följt av "x" (till exempel 52x/24x/52x). DVD-skivor erbjuder också olika hastigheter för CD-skivor och DVD-skivor, och möjligheten att spela in i [konfiguration saknas]. dubbelt lager, vilket praktiskt taget fördubblar diskkapaciteten.

En annan intressant parameter i inspelare är intern buffertstorlekEtt litet minne som lagrar data medan inspelning pågår. Om datorn tillfälligt slutar skicka data använder hårddisken denna buffert för att undvika att avbryta inspelningen och förhindra fel.

Bildskärmar och skärmar

Datorns visuella utdata visas i bildskärmOch även här finns det flera viktiga hårdvarukoncept. CRT-skärmar (rör) var de första som blev populära; deras kvalitet berodde på storleken i tum, upplösningen och uppdateringsfrekvensen (antalet gånger per sekund bilden "ritas om").

En mycket låg uppdateringsfrekvens (till exempel 60 Hz) kan orsaka ögonansträngning och märkbart flimmer, medan bilden ser mer stabil ut vid högre frekvenser. Med tiden har CRT-skärmar gradvis fått ge vika för plattskärmar.

den TFT/LCD-skärmar De använder flytande kristallteknik och erbjuder en mycket tunnare och lättare design. I den här typen av skärm blir följande viktigt: responstid, vilket är den tid det tar för en pixel att ändra sig från ett tillstånd till ett annat. Värden under 20 ms anses acceptabla för att undvika spår i snabba rörelser.

Dessa skärmar har också en ursprunglig upplösning (till exempel 1920×1080). Om olika upplösningar används skalas bilden om och kan förlora definition. När du väljer en skärm är det lämpligt att ta hänsyn till paneltyp, maximal upplösning som stöds, svarstid, uppdateringsfrekvens (i spelmodeller) och pixeltäthet eller pixeltäthet.

Branschen har fortsatt att röra sig mot teknologier som LED-, OLED-, 3D-skärmar och HD-TV-apparatervilket förbättrar kontrast, färgåtergivning och energieffektivitet, även om dessa detaljer faller mer inom ramen för konsumentelektronik än grundläggande PC-hårdvara.

I slutändan, när du tittar på en öppen stationär dator, är allt du ser olika delar som tillsammans bildar ett system: Tornet som ger utrymme och ventilation, nätaggregatet som ger stabil energi, moderkortet som kopplar ihop allt, processorn som beställer och beräknar, RAM-minnet och cachen som matar data till processorn, diskarna som lagrar din information, grafikkortet och skärmen som visar den för dig, och portarna och kringutrustningen som låter dig interagera.Att förstå var och en av dessa delar och hur de relaterar till varandra är det mest direkta sättet att bemästra hårdvara från grunden, utan att behöva vara ingenjör eller gå igenom omöjliga kurser.