Sådan fungerer pc'er

De fleste af os bruger en computer hver eneste dag, men de færreste kender til den indre funktion i denne vigtige del af vores liv. © iStockphoto.com / spxChrome

Ordet computer henviser til et objekt, der kan acceptere noget input og producere noget output. Faktisk er den menneskelige hjerne i sig selv en sofistikeret computer, og forskere lærer mere om, hvordan det fungerer med hvert år, der går. Vores mest almindelige brug af ordet computer er dog at beskrive en elektronisk enhed, der indeholder en mikroprocessor.

En mikroprocessor er en lille elektronisk enhed, der kan udføre komplekse beregninger med et øjeblik. Du kan finde mikroprocessorer på mange enheder, du bruger hver dag, såsom biler, køleskabe og fjernsyn. Den mest anerkendte enhed med en mikroprocessor er den personlige computer eller pc. Faktisk er begrebet computer blevet næsten synonymt med udtrykket PC.

Når du hører pc, ser du sandsynligvis en lukket enhed med en vedhæftet videoskærm, et tastatur og en slags pegeredskab, som en mus eller berøringsplade. Du kan også forestille dig forskellige former for pc'er, såsom stationære computere, tårne ​​og laptops. Udtrykket PC er blevet knyttet til bestemte mærker, såsom Intel-processorer eller Microsoft-operativsystemer. I denne artikel definerer vi imidlertid en pc som en mere generel computerenhed med disse egenskaber:

• designet til brug af en person ad gangen
• kører et operativsystem til interface mellem brugeren og mikroprocessoren
• har visse fælles interne komponenter beskrevet i denne artikel, f.eks. en CPU og RAM
• kører software applikationer designet til specifikt arbejde eller leg aktiviteter
• muliggør tilføjelse og fjernelse af hardware eller software efter behov

PC'er sporer deres historie tilbage til 1970'erne, da en mand ved navn Ed Roberts begyndte at sælge computersæt baseret på en mikroprocessorchip designet af Intel. Roberts kaldte sin computer Altair 8800 og solgte de umonterede sæt til $ 395. Popular Electronics kørte en historie om sættet i dets nummer i januar 1975, og til overraskelsen for næsten alle blev sætene et øjeblik hit. Således begyndte den personlige computers æra [kilder: Cerruzi, Lasar].

Mens Altair 8800 var den første rigtige personlige computer, var det frigivelsen af ​​Apple II et par år senere, der signaliserede starten af ​​pc'en som et efterspurgt hjemmeapparat. Apple II, fra opfinderne Steve Jobs og Steve Wozniak, beviste, at der var et efterspørgsel efter computere i hjem og skoler. Kort efter sprang længe etablerede computerselskaber som IBM og Texas Instruments ind på pc-markedet, og nye mærker som Commodore og Atari sprang ind i spillet.

I denne artikel skal vi kigge inde i pc'en for at finde ud af om dens dele og hvad de gør. Vi tjekker også den grundlæggende software, der bruges til at starte og køre en pc. Derefter dækker vi mobile pc'er og undersøger fremtiden for pc-teknologi.

Indhold

1. Core PC-komponenter
2. Porte, perifere enheder og udvidelsesslot
3. Tænd for en pc
4. PC-operativsystemer
5. Fremtiden for pc'er
6. Bærbar personlig computing

For at se, hvordan en pc fungerer, lad os starte med de stykker, der kommer sammen for at udgøre maskinen. Følgende er de komponenter, der er fælles for pc'er i den rækkefølge, de typisk er samlet:

Sag -- Hvis du bruger en bærbar computer, inkluderer computertasken tastatur og skærm. På stationære pc'er er kassen typisk en type boks med lys, ventilationsåbninger og steder til montering af kabler. Størrelsen på sagen kan variere fra små bordplader til høje tårne. En større sag indebærer ikke altid en mere magtfuld computer; det er hvad der indeni tæller. PC-bygherrer designer eller vælger en sag baseret på typen bundkort, der skal passe indvendigt.

Bundkort -- Det primære kredsløbskort inde i din pc er bundkortet. Alle komponenter indvendigt og udvendigt forbinder via bundkortet på en eller anden måde. De andre komponenter, der er anført på denne side, er aftagelige og dermed udskiftelige uden at udskifte bundkortet. Flere vigtige komponenter er dog knyttet direkte til bundkortet. Disse inkluderer den komplementære metaloxid-halvleder (CMOS), der gemmer nogle oplysninger, f.eks. Systemuret, når computeren slukkes. Bundkort findes i forskellige størrelser og standarder, de mest almindelige i denne skrivning er ATX og MicroATX. Derfra varierer bundkort efter den type flytbare komponenter, de er designet til at håndtere internt, og hvilke porte der er tilgængelige til at tilslutte eksterne enheder.

Strømforsyning -- Bortset fra dets CMOS, der drives af et udskifteligt CMOS-batteri på bundkortet, er alle komponenter på din pc afhængige af dens strømforsyning. Strømforsyningen tilsluttes en eller anden type strømkilde, hvad enten det er et batteri i tilfælde af mobile computere eller en stikkontakt i tilfælde af stationære pc'er. På en stationær pc kan du se strømforsyningen monteret inde i sagen med en strømkabelforbindelse på ydersiden og en håndfuld tilsluttede kabler indeni. Nogle af disse kabler sluttes direkte til bundkortet, mens andre opretter forbindelse til andre komponenter som drev og ventilatorer.

Central behandlingsenhed (CPU) -- CPU'en, ofte bare kaldet processoren, er den komponent, der indeholder mikroprocessoren. Denne mikroprocessor er hjertet i alle pc's operationer, og ydelsen af ​​både hardware og software er afhængig af processorens ydelse. Intel og AMD er de største CPU-producenter til pc'er, skønt du også finder andre på markedet. De to almindelige CPU-arkitekturer er 32-bit og 64-bit, og du vil opdage, at visse software er afhængige af denne arkitekturskelnen.

Tilfældig adgangshukommelse (RAM) -- Selv den hurtigste processor har brug for en buffer til at gemme information, mens den behandles. RAM'en er til CPU'en, da en bordplade er en kok: Det fungerer som det sted, hvor ingredienserne og værktøjerne, du arbejder med, venter, indtil du har brug for at hente og bruge dem. Både en hurtig CPU og en rigelig mængde RAM er nødvendige for en hurtig pc. Hver pc har en maksimal mængde RAM, den kan håndtere, og slots på bundkortet angiver den type RAM, pc'en kræver.

Drev -- Et drev er en enhed, der er beregnet til at gemme data, når det ikke er i brug. En harddisk eller solid state-drev gemmer en pc's operativsystem og software, som vi vil se nærmere på senere. Denne kategori inkluderer også optiske drev, såsom dem, der bruges til læsning og skrivning af CD, DVD og Blu-ray-medier. Et drev opretter forbindelse til bundkortet baseret på den type drevkontrolteknologi, det bruger, inklusive den ældre IDE-standard og den nyere SATA-standard.

Køleenheder -- Jo mere din computer behandler, desto mere varme genererer den. CPU'en og andre komponenter kan håndtere en vis mængde varme. Hvis en pc imidlertid ikke afkøles korrekt, kan den overophedes og forårsage kostbar skade på dens komponenter og kredsløb. Ventilatorer er den mest almindelige enhed, der bruges til at køle en pc. Derudover er CPU'en dækket af en metalblok kaldet en køleplade, der trækker varmen væk fra CPU'en. Nogle seriøse computerbrugere, såsom gamere, har undertiden dyrere varmestyringsløsninger, som et vandkølet system, designet til at håndtere mere intense kølekrav.

Kabler -- Alle de komponenter, vi hidtil har nævnt, er forbundet med en eller anden kombination af kabler. Disse kabler er designet til at bære data, strøm eller begge dele. PC'er skal konstrueres, så kablerne foldes pænt ind i kabinettet og ikke blokerer for luftstrøm gennem det.

En pc er typisk meget mere end disse kernekomponenter. Dernæst skal vi se på de porte og perifere enheder, der lader dig interagere med computeren, og hvordan du kan tilføje endnu flere komponenter ved hjælp af ekspansionsspor.

Ideelt set har din computer nok porte, så du ikke behøver at virke sammen alt dit tilbehør. Hvis du befinder dig i et papirstop som dette, skal du overveje, om du har brug for alle disse perifere enheder. © iStockphoto.com / andres balcazar

De kernekomponenter, vi hidtil har set på, udgør en pc's centrale processorkraft. En pc har dog brug for yderligere komponenter til at interagere med menneskelige brugere og andre computere. Følgende er de pc-dele, der får dette til at ske:

Grafikkomponenter -- Mens nogle bundkort har grafik ombord, indeholder andre, hvad der kaldes en udvidelsesplads, hvor du kan glide i et separat videokort. I begge tilfælde behandler videokomponenterne på en pc nogle af de komplekse grafikdata, der går til skærmen, og tager noget af belastningen fra din CPU. Et bundkort accepterer videokort baseret på en bestemt grænseflade, såsom den ældre AGP-standard eller en af ​​de nyere PCI-standarder.

Havne -- Ordet port bruges ofte til at beskrive et sted på ydersiden af ​​din pc, hvor du kan tilslutte et kabel. Beskriv en port ved dens anvendelse, f.eks. En USB-port eller en Ethernet-port. (Bemærk, at ordporten også bruges til at beskrive en softwareforbindelse, når to hardwarestykker forsøger at kommunikere.) Mange porte er fastgjort direkte på bundkortet. Nogle af de porte, du finder på en pc, inkluderer følgende:

• USB-porte
• netværksporte, typisk Ethernet og FireWire
• videoporte, typisk en kombination af VGA, DVI, RCA / komponent, S-Video og HDMI
• lydporte, typisk nogle kombinerede mini-analoge lydstik eller RCA
• ældre porte eller porte, der følger gamle standarder, som sjældent bruges i moderne computere, såsom parallelle printerporte og PS2-porte til et tastatur og en mus

tilbehør -- Ethvert stykke hardware, der ikke er monteret i en pc's sag, kaldes en periferiudstyr. Dette inkluderer dine grundlæggende input- og outputenheder: skærme, tastaturer og mus. Det inkluderer også printere, højttalere, hovedtelefoner, mikrofoner, webcams og USB-flashdrev. Alt, hvad du kan tilslutte til en port på pc'en, er en af ​​pc's perifere enheder. De væsentlige perifere enheder (f.eks. Skærme) er ikke nødvendige på bærbare computere, som har dem indbygget i stedet.

Udvidelses slots -- Lejlighedsvis ønsker du at føje komponenter til en pc, der ikke har et udpeget slot et sted på bundkortet. Derfor inkluderer bundkortet en række ekspansionsspor. De aftagelige komponenter, der er designet til at passe ind i udvidelsesåbninger kaldes kort, sandsynligvis på grund af deres flade, kortlignende struktur. Ved hjælp af ekspansionsspalter kan du tilføje ekstra videokort, netværkskort, printerporte, tv-modtagere og mange andre tilpassede tilføjelser. Kortet skal matche ekspansionsspaltetypen, hvad enten det er den arv ISA / EISA type eller de mere almindelige typer PCI, PCI-X eller PCI Express.

Nu hvor vi har kigget på dele af en pc, lad os trykke på tænd / sluk-knappen og se, hvad der får den til at starte.

Når du først tænder for en pc, gennemgår maskinen flere interne processer, før den er klar til at bruge dig. Dette kaldes startprocessen eller opstart af pc'en. Boot er en forkortelse for bootstrap, en henvisning til det gamle ordsprog, "Træk dig selv op med bootstraps", hvilket betyder at starte noget helt fra begyndelsen. Opstartprocessen styres af pc's grundlæggende input-output-system (BIOS).

BIOS er software, der er gemt på en flashhukommelseschip. På en pc er BIOS integreret på bundkortet. Lejlighedsvis frigiver en pc-producent en opdatering til BIOS, og du kan nøje følge instruktionerne for at "flash BIOS" med den opdaterede software.

Udover at styre startprocessen leverer BIOS en grundlæggende konfigurationsgrænseflade til pc's hardwarekomponenter. I denne grænseflade kan du konfigurere ting som ordren til at læse drev under opstart, og hvor hurtigt processoren skal have tilladelse til at køre. Tjek din pcs dokumentation for at finde ud af, hvordan du indtaster dens BIOS-interface. Disse oplysninger vises ofte, når du også først starter computeren med en meddelelse som "Tryk på DEL for at åbne installationsmenuen."

Følgende er en oversigt over startprocessen på en pc:

1. Tænd / sluk-knappen aktiverer strømforsyningen på pc'en og sender strøm til bundkortet og andre komponenter.
2. Pc'en udfører en tændt selvtest (POST). POST er et lille computerprogram inden for BIOS, der kontrollerer for hardwarefejl. Et enkelt bip efter POST signaliserer, at alt er i orden. Andre bip-sekvenser signaliserer en hardwarefejl, og pc-reparationsspecialister sammenligner disse sekvenser med et diagram for at bestemme, hvilken komponent der er mislykket.
3. PC'en viser information på den vedhæftede skærm, der viser detaljer om startprocessen. Disse inkluderer BIOS-producenten og revisionen, processor specs, mængden af ​​RAM installeret og detekterede drev. Mange pc'er har erstattet visning af disse oplysninger med en stænkskærm, der viser producentens logo. Du kan slå stænkskærmen fra i BIOS-indstillingerne, hvis du hellere vil se teksten.
4. BIOS forsøger at få adgang til den første sektor på drevet, der er udpeget som startdisk. Den første sektor er den første kilobyte af disken i rækkefølge, hvis drevet læses sekventielt startende med den første tilgængelige lagringsadresse. Opstartsdisken er typisk den samme harddisk eller solid-state drev, der indeholder dit operativsystem. Du kan ændre boot-disken ved at konfigurere BIOS eller afbryde boot-processen med en nøglesekvens (ofte angivet på boot-skærmbillederne).
5. BIOS bekræfter, at der er en bootstrap-loader, eller boot loader, i den første sektor af boot-disken, og den indlæser denne boot loader i hukommelsen (RAM). Boot loader er et lille program designet til at finde og starte pc'ens operativsystem.
6. Når boot loader er i hukommelsen, overleverer BIOS sit arbejde til boot loader, som igen begynder at indlæse operativsystemet i hukommelsen.
7. Når boot loader er færdig med sin opgave, overfører den kontrollen over pc'en til operativsystemet. Derefter er operativsystemet klar til brugerinteraktion.

Nu hvor vi alle er tændt, hvad er det næste? En hel del af, hvordan pc'er fungerer, afhænger af det operativsystem, du bruger. I det næste afsnit, lad os undersøge, hvordan operativsystemer fungerer på en pc.

Microsoft Windows er fortsat det mest populære operativsystem i verden. © iStockphoto.com / Tuomas Kujansuu

Efter en pc starter, kan du styre det gennem et operativsystem eller OS kort. Fra denne skrivning kører de fleste ikke-Apple-pc'er en version af Microsoft Windows eller en Linux-distribution. Disse operativsystemer er designet til at køre på forskellige typer pc-hardware, mens Mac OS X primært er designet til Apple-hardware.

Et operativsystem er ansvarlig for flere opgaver. Disse opgaver falder inden for følgende brede kategorier:

• Processorstyring -- nedbryder processorens arbejde i håndterbare bidder og prioriterer dem, før de sendes til CPU'en.
• Hukommelsesadministration -- koordinerer strømmen af ​​data ind og ud af RAM og bestemmer, hvornår der skal bruges virtuel hukommelse på harddisken til at supplere en utilstrækkelig RAM-mængde.
• Enhedsstyring -- leverer en softwarebaseret interface mellem computerens interne komponenter og hver enhed, der er tilsluttet computeren. Eksempler inkluderer tolkning af tastatur- eller musinput eller justering af grafikdata til den rigtige skærmopløsning. Netværksgrænseflader, herunder styring af din internetforbindelse, falder også ind i enhedens styringsspand.
• Opbevaring -- dirigerer, hvor data skal lagres permanent på harddiske, solid state-drev, USB-drev og andre former for opbevaring. For eksempel hjælper opbevaringsadministrationsopgaver, når du opretter, læser, redigerer, flytter, kopierer og sletter dokumenter.
• Applikationsgrænseflade -- leverer dataudveksling mellem softwareprogrammer og pc'en. En applikation skal programmeres til at arbejde med applikationsgrænsefladen til det operativsystem, du bruger. Applikationer er ofte designet til specifikke versioner af et operativsystem. Du kan se dette i applikationens krav med sætninger som "Windows Vista eller nyere" eller "fungerer kun på 64-bit operativsystemer."
• Brugergrænseflade (UI) - giver dig en måde at interagere med computeren på.

Derfra skal du notere for at se vores artikel Sådan fungerer operativsystemer for flere detaljer om, hvordan et operativsystem fungerer på en pc. Kontroller også, hvornår du vil vide, hvordan specifikke applikationer og enheder fungerer på din pc.

Lad os nu se på fremtiden for pc'er generelt og den måde, pc-producenter har erobret bærbarhedsudfordringerne ved mobil computing.

Siden den første pc ramte markedet, har nyere og bedre modeller gjort ældre modeller forældede inden for måneder af produktionen. Drevteknologier som SATA erstattede IDE, og PCI-udvidelsesslots erstattede ISA og EISA. Den mest fremtrædende måler for teknologisk fremgang på en pc er imidlertid dens CPU og mikroprocessoren i denne CPU.

Siliciummikroprocessorer har været hjertet i computerværden siden 1950'erne. I løbet af denne tid har mikroprocessorproducenter proppet flere transistorer og forbedringer på mikroprocessorer. I 1965 forudsagde Intel-grundlægger Gordon Moore, at mikroprocessorer ville fordobles i kompleksitet hvert andet år. Siden da er denne kompleksitet fordoblet hver 18. måned, og industrieksperter kaldte forudsigelsen af ​​Moore's Law. Mange eksperter har forudsagt, at Moore's lov snart kommer til at ende på grund af de fysiske begrænsninger af siliciummikroprocessorer [kilde: PBS].

Fra denne skrivning fortsætter processorenes transistorkapacitet dog fortsat. Dette skyldes, at chipproducenter konstant finder nye måder at etse transistorer på siliconen. De små transistorer måles nu i nanometer, som er en milliarddel af en meter. Atomer i sig selv er ca. 0,5 nm, og de mest aktuelle produktionsprocesser for mikroprocessorer kan producere transistorer, der måler 45 nm eller 32 nm. Jo mindre antallet går, jo flere transistorer passer på en chip, og desto mere processorkraft er chippen i stand til. Fra maj 2011 arbejdede Intel på en 22-nm fremstillingsproces, kodenavnet Ivy Bridge, der bruger transistorer med et energibesparende design kaldet Tri-Gate [kilder: BBC, Intel].

Så hvad sker der, når vi når slutningen af ​​Moore's Law? Et nyt middel til behandling af data kunne sikre, at fremskridtene fortsætter. Potentielle efterfølgere er dem, der viser sig at være et mere kraftfuldt middel til at udføre en processor's basale beregningsfunktioner. Silicon-mikroprocessorer har været afhængige af den traditionelle to-statstransistor i mere end 50 år, men opfindelser som kvantecomputere ændrer spillet.

Kvantecomputere er ikke begrænset til de to tilstande på 1 eller 0. De koder information som kvantebits eller qubits. En kvbit kan være en 1 eller en 0, eller den kan eksistere i en superposition, der er samtidig 1 og 0 eller et eller andet sted imellem. Qubits repræsenterer atomer, der arbejder sammen for at fungere som både computerhukommelse og mikroprocessor. Fordi en kvantecomputer kan indeholde disse flere tilstande samtidig, har den potentialet til at være millioner gange stærkere end dagens mest magtfulde supercomputere. Kvantecomputerteknologi er stadig i sine tidlige stadier, men forskere beviser allerede konceptet med reelle, målbare resultater. Sørg for at tjekke, hvordan kvantecomputere arbejder for mere om dette fantastiske gennembrud.

Tiden viser, hvorvidt kvantecomputternes magt nogensinde vil nå det til den gennemsnitlige pc. I mellemtiden kan du stadig have en masse behandlingskraft med dig takket være mobile pc'er, som vi vil se på næste.

Mobile computerenheder vil fortsat blive mere og mere fremtrædende på pc-markedet. © iStockphoto.com / Oleksiy Mark

Allerede før pc'en konceptualiserede computerproducenter bærbare computere. Det var den 12 pund IBM PC Cabriolet, der bragte bærbar konceptet i produktion i 1986. Siden da er bærbare computere blevet mindre og lettere, og deres behandlingskraft er forbedret sammen med stationære pc'er [kilde: IBM].

I dag genkender computerbranchen andre klasser af mobile computere. En klasse, den bærbare computer, er blevet næsten synonym med den bærbare computer. Udtrykket blev oprindeligt brugt til at indikere en mindre, lettere fætter til den bærbare computer. En anden klasse, netbook, er endnu mindre end bærbare computere, mens den også er billigere og mindre kraftfuld. Klassificeringen er sandsynligvis navngivet efter dens målgruppe: dem, der ønsker en meget grundlæggende grænseflade til brug af Internettet.

Mobil computing går endnu længere end notebooks og netbooks. Mange smartphones og tablets har lige så meget behandlingskraft som notebooks, pakket i mindre pakker. De vigtigste forskelle inkluderer en mindre skærmstørrelse og opløsning, færre eksterne porte, mobiltelefonefunktion og berøringsskærmsteknologi ud over eller i stedet for et tastatur.

På softwaresiden forbedrer pc-operativsystemer også portabiliteten. F.eks. Minimerer Google Chrome OS behovet for harddiskplads ved at stole på adgang til webapplikationer og skylagring. Dette betyder, at en netbook, der er begrænset til et 64 GB solid-state drev, har potentialet til at være så nyttig som en bærbar computer med et 500 GB diskdrev. Naturligvis er store applikationer, der ikke er webbaserede, undtagelsen fra denne pladsbesparende fordel.

I denne artikel har vi set på, hvordan en pc fungerer, og hvor pc-teknologien går. Én ting er sikker: pc'en vil udvikle sig. Det bliver hurtigere. Det vil have mere kapacitet. Og det vil fortsat være en integreret del af vores liv.

For meget mere om personlige computere skal du klikke på næste side.

relaterede artikler

• Sådan fungerer BIOS
• Sådan fungerer computerhukommelse
• Sådan fungerer Ethernet
• Sådan fungerer EUVL-chipproduktion
• Sådan fungerer FireWire
• Sådan fungerer harddiske
• Sådan fungerer laptops
• Sådan fungerer mikroprocessorer
• Sådan fungerer modemer
• Sådan fungerer Moore's Law
• Sådan fungerer Netbooks
• Sådan fungerer PCI
• Sådan fungerer flytbar opbevaring
• Sådan fungerer transistorer
• Sådan fungerer USB-porte
• 10 typer computere
• Hvor små kan CPU'er få?
• Hvad er forskellen mellem bærbare computere, netbooks og ultra-mobile pc'er?

Flere gode links

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

Kilder

• BBC nyheder. "Intel afslører 22nm 3D Ivy Bridge-processor." BBC. 4. maj 2011. (1. nov. 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
• Ceruzzi, Paul E. "A History of Modern Computing, 2. udgave." Massachusetts Tekniske Institut. 2003.
• Lenovo. "Virksomhedens historie." (1. november 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
• Intel. "Fra sand til silicium: Oprettelse af en chip: 32 nm procesteknologi." Intel Corporation. (1. november 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
• Lasar, Matthew. "Hvem opfandt den personlige computer? (Tip: 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 siliciumtransistor." ScienCentral, Inc. og American Institute of Physics. 1999. (1. nov. 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html