Hvordan fungerer en computer, og hvad er der indeni?

Computere har udviklet sig fra simple enheder til en hæfte i det 21. århundrede på få årtier. Men på trods af at det er en relativt ny teknologi, har de fleste mennesker ingen idé om, hvordan et simpelt rektangel - lille nok til at passe din rygsæk – er i stand til alt fra kompleks matematik til at afspille video, lyd og køre sofistikeret software.

Så hvordan fungerer en computer, og hvilke komponenter skal du bruge for at lave en?

Hvad er en computer?

En computer er en programmerbar elektronisk enhed, der er i stand til at behandle information. Sammensat af hardware og software fungerer computere på to niveauer: de modtager data via en inputrute, enten live eller gennem en digital lagerenhed, og sender et output ud.

Moderne computere bør ikke blandes sammen med den forældede jobbesættelse af computere i det 19. århundrede. Mens de begge udfører lange og kedelige matematiske beregninger og informationsbehandling, er den ene en person, og den anden er en maskine.

Hvordan fungerer en computer?

En computer behandler inputtet for at producere det ønskede output, men hvordan udkonkurrerer en maskine den menneskelige hjerne?

Konventionelle computere forsøger ikke at efterligne den menneskelige hjerne. I stedet kører de kommandoer sekventielt, hvor data konstant flytter fra input og hukommelse til enhedens processor. Neuromorfe computere behandler på den anden side data på samme tid, hvilket gør dem hurtigere, energieffektive og tættere på strukturen af ​​den menneskelige hjerne.

Alt i alt fungerer en computer i fire trin:

1. Input: Input er data før behandling. Det kommer fra musen, tastaturet, mikrofonen og andre eksterne sensorer.
2. Opbevaring: Lageret er, hvordan computeren opbevarer inputdata. Harddisken bruges til langtids- og masselagring af data, mens datasættet til øjeblikkelig behandling gemmes midlertidigt i Random Access Memory (RAM).
3. Forarbejdning: Forarbejdning er hvor input bliver omdannet til output. Computerens Central Processing Unit (CPU) er dens hjerne. Det er ansvarligt for at udføre instruktioner og udføre matematiske operationer på inputdataene.
4. Produktion: Output er det endelige resultat af databehandling. Det kan være alt fra billeder, video eller lydindhold, selv de ord, du skriver ved hjælp af et tastatur. Du kan også modtage output gennem en printer eller en projektor i stedet for direkte gennem din enhed.

Hardwarekomponenterne i en computer

Jo mere enkel opgave en computer skal udføre, jo nemmere er den at bygge. Derfor ældre computere er forenklede sammenlignet med deres moderne modstykker, med begrænsede muligheder.

Hardwarekomponenterne er alt, hvad du fysisk kan røre ved og se i en computer, inklusive alle input- og outputenheder fra tastaturer, mikrofoner og mus til skærme og højttalere.

Hardware er også de fysiske behandlingsdele som lager, CPU, grafikkort, lydkort, RAM og bundkort, som alle spiller en vigtig rolle i moderne computere.

Bundkort

Bundkortet er den primære kommunikationshub mellem computerens hardwarekomponenter. Det er hovedkredsløbet, hvor alt skal fysisk forbindes - undtagen dem, der er afhængige af Bluetooth eller Wi-Fi. Uden et bundkort er det umuligt at have en fungerende moderne computer.

CPU

Hvis bundkortet er kommunikationshubben, så er CPU'en kommunikationsdirektøren. Den modtager og fortolker input og instruktioner og udsender signaler til andre komponenter om præcis, hvad der skal gøres med dataene til det ønskede output. Jo flere kerner en CPU har, jo flere operationer kan den udføre på samme tid.

vædder

RAM'en er CPU'ens vigtigste assistent. I stedet for at skulle fiske efter data i en betydeligt stor lagerenhed, gemmer RAM de data, der bruges af operativsystemet, enhver kørende software og indgående input. Jo større RAM-kapaciteten er, jo mere tung software kan den køre uden at bremse enheden.

HDD/SSD

HDD står for Hard Disk Drive. Det er den komponent, der permanent gemmer dine medier og apps, inklusive operativsystemet (OS). De varierer i størrelse og ydeevne fra et par hundrede gigabyte (GB) til flere terabyte (TB).

Du kan også støde på Solid State Drives (SSD'er), som er en anden type lagerhardware. SSD'er og HDD'er er nyttige til forskellige ting, og mange brugere kombinerer drev for at maksimere ydeevnen.

Grafikbehandlingsenhed

Graphics Processing Unit (GPU) er dedikeret til at behandle visuelle billeder på din computer. Kraftige GPU'er er afgørende for at gengive billeder og grafik i høj kvalitet eller spille videospil. Grafikbehandling kan enten være sine egne komponenter eller være integreret med CPU'en.

Lyd kort

Lydkort er ansvarlige for at behandle auditive data og sende dem til dine højttalere. På samme måde kan lydkortet enten være dets separate stykke eller integreret med CPU'en.

Softwarekomponenterne i en computer

Moderne computere bruger en kombination af hardware- og softwarekomponenter, der arbejder sammen om at behandle komplekse input og output.

Software er en forudskrevet samling af instruktioner, der fortæller din computer, hvad den skal gøre. Det er et digitalt program, ikke en fysisk komponent, der kan ses, når du åbner dækslet på en computer eller bærbar computer.

Og ligesom din computerhardware spiller forskellige typer software forskellige roller i din computers funktion.

Firmware

Firmware er, hvor grænsen mellem hardware og software bliver sløret. Det er software, der er fysisk ætset ind i et stykke hardware.

Firmware er det første, der kickstarter din computer, når du tænder den, et simpelt program, der instruerer din computer til at starte operativsystemet. Uden det vil din computer ikke starte dit operativsystem eller andre komponenter, og du vil sidde fast med hardware, som du ikke kan kommunikere med.

Operativsystem (OS)

Et operativsystem er et stykke software, der styrer din computers hardware- og softwareressourcer. På samme måde, uden et OS, kan du ikke kommunikere med din computer, selv ved at bruge dine input-enheder.

Computernes fremtid

Computere, der følger den sekventielle behandlingsmodel, bliver kun billigere, mindre, hurtigere og mere effektive. Konventionelt computerdesign og -arkitektur er dog ved at nå deres grænse. I stedet kan du forvente en stigning i moderne computerarkitektur, der ikke først er afhængig af teknologi designet for over 50 år siden, fra udsigten til neuromorfe computere til mere tilgængelige Quantum computere.

Nanocomputing: Kan computere virkelig være mikroskopiske?

Computere bliver mindre, men vil de nogensinde være så små, at de er usynlige for det blotte øje?

Læs Næste

Om forfatteren