Як працює комп'ютер?

Для сучасної людини персональний комп'ютер є такою ж повсякденною річчю, як холодильник або телевізор. Ноутбуки, планшети, стаціонарні РС настільки міцно закріпилися в наших будинках, що їх відсутність починає викликати у більшості пересічних громадян почуття неповноцінності і навіть деяке відчуття власної ущербності. Адже зовсім недавно, всього 20-25 років тому, все було зовсім навпаки. Кремнієвий друг вважався розкішшю, і далеко не кожен міг собі дозволити зробити таке придбання.

• Навіщо мені це?
• Компоненти
• Включення
• Первинна завантаження
• Завантаження операційної системи
• Робота з додатками
• Підготовка до вимикання

Фахівці з ремонту РС, які знають, як працює комп'ютер, розуміючі його пристрій і розбираються в програмному забезпеченні, тоді були на вагу золота. Не дивно, що щасливий володар «дива XX століття» прагнув у міру своїх сил і можливостей піднімати власну комп'ютерну грамотність. Сьогодні все не так. Сервісне обслуговування, ремонт і налаштування персональної ЕОМ перетворилися на досить недорогі і загальнодоступні послуги. Це і добре і погано. Добре, що знято багато проблем з плечей рядового володаря ПК. Погано, що більшість нинішніх користувачів дуже схожі на блондинок з різних гумористичних програм. Вони, як правило, мають досить туманне уявлення, що ж знаходиться в закритому і злегка гудучи корпусі. І часто такий стан справ призводить до різних смішним, а іноді і неприємним ситуаціям.

Навіщо мені це?

Типовий приклад з життя. Перестав грузиться комп'ютер. Після заставки від виробника материнської плати з'являється напис приблизно такого змісту: «Hard disk drive failure». Десяток включень і виключень ПК ефекту не дали. Зняття бічний кришки і огляд нутрощів теж ні до чого не привели - начебто все ціле, блищить і крутиться, а грузиться не хоче! Вихід один - збиратися в похід до фахівця, бо комп'ютер став членом сім'ї, незамінним помічником, вікном у великий світ і без нього життя сірка і зів'яне.

Прийшовши до майстра і пояснивши ситуацію, в більшості випадків ви почуєте: «Залишайте, зайдете завтра-післязавтра». З'явившись в призначений час і заплативши енну суму за ремонт (іноді дуже немаленьку), ви щасливий і радісний летите додому, щоб швидше зануритися у світ «майнкрафт» або відразу вплутатися в палкі суперечки на вашому улюбленому форумі. При цьому ви абсолютно не підозрюєте, що вся проблема лікувалася протягом двох секунд після відкриття корпусу. Досить було тільки натиснути на HDD-кабель, щоб він щільніше увійшов в гніздо на жорсткому диску. Від постійної вібрації він мимовільно трохи вийшов з роз'єму. Цього виявилося достатньо для втрати контакту. От і все.

Чому виникла подібна ситуація, в якій ви виступаєте обдуреною стороною? Відповідь однозначна. Ваше повне незнання принципів роботи і пристрої PC призвели до такого сумного фіналу. Коли у вас відключається праска, перше, що ви робите, - це перевіряєте шнур живлення: не вискочив він з розетки. Чому ви не зробили те ж саме в описаному випадку? Відповідь ми дали двома пропозиціями вище. Тому в даній статті ми проведемо маленький лікнеп на тему принципів роботи комп'ютера і його пристрої, щоб в майбутньому ви ніколи не потрапляли в таке становище.

Компоненти

Для початку коротко і якомога простіше опишемо основні компоненти, що входять до складу ПК. Ми не включили в нашу добірку багато додаткові пристрої. Це виходить за рамки основної ідеї статті - розкласти по поличках принцип роботи персонального комп'ютера. В основному перераховані ті вузли, без яких неможливо на ньому працювати. Як виняток додані тільки описи аудіо, миші і корпусу. Без них, звичайно, можна обійтися. Однак у цьому випадку ні про яку комфортній роботі говорити не доводиться.

Процесор (CPU - Central Processing Unit)

Серце і мозок комп'ютера. Вся обробка інформації лягає на цей шматочок кремнію (процесор виготовляється з цього мінералу). Він приймає рішення, він віддає команди. Загалом, справжній генеральний директор.

Примітка. Слід враховувати, що процесор - дуже гарячий хлопець. Тому додаткове охолодження цього великого начальника обов'язково.

Оперативна пам'ять (ОП)

Майже повністю відповідає своїй назві. З маленькою поправкою. На відміну, наприклад, від людської пам'яті, інформація в оперативці знаходить тільки тимчасовий притулок. Рівно настільки, наскільки це потрібно гендиректору. Запам'ятайте - зв'язка CPU і ОП нерозривна. Будь-яка інформація поміщається спочатку в ОП і тільки потім зчитується процесором. І навпаки - від процесора в оперативну пам'ять, а далі вже за призначенням.

Напряму процесор спілкується тільки з різними контролерами.

Відеокарта (адаптер, VC)

Очний нерв ПК. Саме він перетворює фантастичні сни процесора в реальні зорові образи.

Жорсткий диск (вінчестер, HDD)

Склад, база, сховище - називайте, як хочете. Головне, щоб відповідало основній ідеї, - місце для зберігання інформації.

Аудіоконтролер

Чіп, кодек: назв багато, суть одна - звуковий і слуховий апарат. Звичайно, для того щоб відчути (почути) його роботу, будуть потрібні додатково колонки або навушники, але це вже деталі.

Клавіатура і миша

Компоненти, які дозволяють передавати наші бажання комп'ютера. Образно кажучи, це продовження наших рук, за допомогою яких ми спілкуємося з нашим залізним другом.

Материнська плата (motherboard, МВ)

Основа всього, планета, на якій розташовані або пов'язані з нею через кабелі, шлейфи всі вищеперелічені мешканці комп'ютера. Вона як родюча нива для фруктового саду. Вона їх живить і підтримує, об'єднує в одну спільноту. Якщо MB захворіє, то захворіє весь ПК, і, на жаль, дуже часто її хвороба загрожує загибеллю всьому комп'ютерному колективу, що знаходиться в системному блоці (стрибок напруги, який спалює материнську плату, часто призводить до смерті всіх вузлів, підключених до неї).

Блок живлення (БП)

Джерело енергії. Мабуть, самий необхідний елемент. Без нього просто нічого не запуститься.

Системний блок (корпус)

Оболонка, в яку упаковані всі перераховані вище компоненти. За великим рахунком, PC буде працювати і без нього, але це все одно що бігати по снігу босоніж - холодно, мокро і неприємно, одним словом - некомфортно.

Монітор (може замінюватися ТБ)

Тут все зрозуміло. Без нього ми просто не побачимо, що хотів сказати нам ПК, і самі не зможемо почати діалог.

Тепер, коли ми отримали базове уявлення про пристрій комп'ютера, можна приступати до вивчення його роботи. Постараємося простежити, як же все це взаємодіє.

Включення

Життя ПК починається після того, як ви натиснули кнопку живлення на корпусі. Стартує БП, підключений до загальної електромережі, він перетворить надходять 220 В в потрібні для комп'ютера: 3,3 В- 5 В- 12 В. Після цього ток біжить по дротах від БП до материнке, і вона вже починає розподіляти: кому що дати в першу чергу. Паралельно, незалежно від МВ, отримує харчування в нашій схемі тільки HDD. Потім починається наступний етап.

Первинна завантаження

Само собою, першим включається в роботу процесор. На відміну від реального життя, в комп'ютері без головного начальника не обійтися. CPU телефонує мікросхемою BIOS (basic input / output system - «базова система введення-виведення»), розташованої на MB, і отримує від неї інструкцію щодо подальших дій.

Починається самотестування (POST), і полягає воно в наступному:

• перевірка наявності всіх пристроїв, записаних в BIOS;
• тестування цих пристроїв на предмет правильної роботи;
• виконання окремих команд, що знаходяться у флеш-пам'яті цієї найважливішої мікросхеми.

Врахуйте, тут дано дуже короткий опис первинних кроків роботи ПК. На ділі їх значно більше і вони набагато складніше. Але пересічному користувачеві досить розуміти сенс того, що відбувається. В ході проходження тестів одним з перших запускається відеоадаптер. Через кабель він починає виводити зображення на екран монітора, і ми можемо наочно спостерігати подальше тестування, при відповідній настройці в BIOS (за замовчуванням зазвичай виводиться заставка від виробника MB).

Закінчивши початкове тестування і ініціалізацію всіх пристроїв, підключених до материнської плати, процесор приступає до завантаження операційної системи. Також слід знати, що практично з перших кроків вся взаємодія CPU з іншими елементами ПК будується через оперативну пам'ять, тому від її справності, якості і швидкості роботи багато залежить.

Примітка. Якщо в процесі самотестування виникають збої і неполадки, комп'ютер повідомить вас про це певним звуковим сигналом. Значення таких сигналів можна легко знайти в інтернеті або в спеціальній літературі.

Завантаження операційної системи

Отже, початковий опитування і перевірка пройшли успішно. Можна впритул зайнятися тим, заради чого все затівалося, - запуском ОС. CPU зчитує з BIOS, який пристрій стоїть першим у списку завантаження (в нашій схемі воно одне - це HDD), і починає шукати код завантаження MBR (master boot record, головна запис), який зазвичай знаходиться в першому фізичному секторі HDD. Тобто до роботи активно підключається вінчестер комп'ютера. На цьому сфера впливу BIOS закінчується, і в справу вступає MBR.

Цей товариш звертається до завантажувача операційної системи, який теж знаходиться в першому секторі активного розділу жорсткого диска. Уточнимо. Перший сектор активного розділу зовсім не обов'язково буде першим сектором HDD фізично. Після обробки даних з завантажувача ОС процесор дає відмашку на старт системних файлів, які вже безпосередньо входять в компетенцію операційної системи.

Ви можете сказати, мовляв, процесор не такий вже і великий начальник - він робить тільки те, що йому наказують інструкції. Правильно. А де ви бачили начальника, якому не потрібні інструкції?

Робота з додатками

Завантаживши системні файли в оперативну пам'ять (не забули? Все йде через ОП), процесор читає шляхи і дії, там прописані, і, природно, досконально їх виконує. В результаті перед нами постає звичний і добре обжитий інтерфейс нашої ОС.

Робота в самій ОС, в общем-то, будується за тим же принципом, що і завантажувальні дії. CPU отримує коди-інструкції від додатків, обробляє їх і виводить результати на екран монітора. Звичайно, все це ми розповідаємо гранично спрощено і примітивно. На ділі йде обробка величезних масивів інформації, в якій беруть участь всі компоненти ПК. В оперативну пам'ять безперервно надходять дані, частина яких миттєво вивантажується (щодо використання), а частина може залишатися в кеші до вимикання комп'ютера.

До інформації, записаної на магнітних пластинах жорсткого диска, які обертаються на шалених швидкостях (5200 і 7200 об / хв - сьогоднішній стандарт), йдуть постійні запити від різних програм. Отримана інформація через оперативну пам'ять надходить в CPU, де, у свою чергу, проходить через складну архітектуру сучасних багатоядерних процесорів, складаючись на виході в чітке рішення або команду. Не відстає від усього цього стовпотворіння і відеокарта, яка має свої CPU, не менш складні, ніж центральний процесор, і свою дуже швидку пам'ять. Адже кінцевий результат праці всього ПК з'являється на моніторі, що без відеоадаптера просто неможливо.

Щоб хоч приблизно оцінити обсяг роботи тільки одного центрального процесора, наведемо такі показники для далеко вже не нового представника Intel - Core 2 Quad Q6600 (2400 МГц), що має в своєму складі 4 ядра: у піковій активності цей дідок встигає виробити 38,4 млрд операцій в секунду. Напевно, людському мозку усвідомити подібну цифру так само важко, як уявити нескінченність Всесвіту.

Підготовка до вимикання

Ну ось, потихеньку, не поспішаючи, ми підібралися до заключного етапу роботи комп'ютера - вимикання. Правильне виключення комп'ютера повинно бути абеткою для будь-якого користувача. Воно нескладна. Закрийте всі програми і натисніть програмну кнопку «Пуск», в меню, клацніть на строчці «Завершення роботи».

На цьому ваша участь у завершенні робочого сеансу ПК закінчиться. Все інше він зробить сам:

• закриє додатки, які діють у фоновому режимі;
• дасть команду оперативної пам'яті про те, що «вечірка закінчена і пора прибирати пляшки», це очистить оперативну пам'ять від резидентних програм (акуратно зберігши дані) і різного сміття (теж програмного);
• правильно зупинить пластини HDD;
• проведе ще цілий комплекс щодо дбайливого відключенню різних пристроїв, навіть не підозрюють, що ось-ось згасне світло;
• ну і останнім покине зал відеоадаптер, клацнувши за собою вимикачем.

Чому саме так слід вимикати комп'ютер? Чому б, наприклад, сильно не напружуючись, взяти і висмикнути шнур з розетки, як у того ж праски? Не можна. Комп'ютер не праска і таке «варварське» вимикання відгукується дуже болісно на його здоров'ї. І якщо спочатку це і не буде помітно, то, будьте певні, коли-небудь воно - погіршення самопочуття - обов'язково себе проявить. Перерахуємо кілька причин, за якими не слід ставити комп'ютер в один ряд з праскою. Раптове відключення живлення призводить до наступних проблем:

• з оперативної пам'яті програми видаляються миттєво, без всякого збереження;
• HDD замре в тому положенні, в якому його застане апокаліпсис, а це недобре - він так влаштований, що всі рухаються в ньому деталі повинні зупинятися в строго відведених для цього місцях;
• несподіване зникнення електрики згубно позначається на різних мікросхемах, конденсаторах і т. д.

Відомі випадки, коли різке відключення ПК призводило до фізичного виходу з ладу окремих комплектуючих. Висновок один: НІКОЛИ не відключайте комп'ютер шляхом «висмикування шнура з розетки».

Тепер, коли ви знаєте, як працює комп'ютер, спілкування з ним стане значно більш продуктивним. Коли він завмре на кілька секунд, шарудячи вінчестером, вам не потрібно буде неспокійно соватися на стільці. Ви будете знати, що комп'ютер не завис і не помер. Просто йде обмін даними між процесором і жорстким диском або, кажучи більш зрозумілою мовою, - комп'ютер напружено думає, як найбільш правильно і точно вирішити поставлене перед ним завдання. Чи не втримаємося і закінчимо статтю гаслом: «Взаєморозуміння між людиною і розумною машиною - запорука довгого і продуктивного співробітництва». Удачі!