Budowa i dzialanie komputera.

Komputery PC są coraz częściej spotykane zarówno w domach jak i w miejscach pracy. Pomagają, uczą, bawią, niejednokrotnie ułatwiają nam pracę. Odznaczają się precyzją i szybkością wykonywania zadań. Pozornie można stwierdzić, że są niezastąpione. Jednak żadna z tych maszyn nie ruszyłaby z miejsca gdyby nie człowiek wydający polecenia. Choć dla wielu ludzi komputery to „potwory”, które są wprost nieobliczalne to w rzeczywistości działają na w bardzo prosty sposób.
Zasadniczo komputery dzielą się na hardware i software.
Sprzęt określany z angielskiego jako hardware stanowi wszystko to co , można fizycznie dotknąć i co wchodzi w skład działającej maszyny, jest to:
· procesor,
· płyta główna,
· dysk twardy,
· stacja dyskietek,
· pamięć RAM,
· napęd CD-ROM,
· monitor,
· karta dźwiękowa,
· karta graficzna,
· drukarka,
· skaner,
· modem,
· głośniki,
· mysz,
· klawiatura...

Software określa druga istotna część działającego komputera, jest nią oprogramowanie, czyli ciąg liczb, które stanowią rozkazy lub dane dla programu komputerowego.



Płyta główna jest podstawowym elementem każdego komputera, która stanowi bazę do instalowania pozostałych części. Za jej pośrednictwem odbywa się komunikacja między poszczególnymi urządzeniami, a ponieważ w świecie informatyków obowiązuje zasada „otwartej architektury”, tzn. że części różnych producentów powinny bezkolizyjnie ze sobą współpracować, na płycie głównej znajduje się wiele złącz przeznaczonych do różnych celów zwanych gniazdami rozszerzającymi. Oprócz tych gniazd płyta główna zawiera inne złącza tzw. porty wejścia/wyjścia, umożliwiające podłączenie różnego rodzaju urządzeń zewnętrznych ( drukarka, skaner...)

Procesor jest układem elektronicznym, zawierającym gęsto upakowane miniaturowe mikroprzełączniki - tranzystory - realizujące funkcje logiczne. Połączenia pomiędzy poszczególnymi elementami wewnątrz procesora stanowią tzw. ścieżki. Ścieżkę można postrzegać jako odpowiednik drucianego przewodu, w którym płynie prąd. Jeśli spojrzymy na płytę główna komputera to również ujrzymy miedziane ścieżki łączące układy scalone. Operacje logiczne wykonywane przez procesor wymagają współpracy wielu pojedynczych tranzystorów. Liczba ta zwiększa się tym bardziej, im doskonalszy i szybszy jest procesor, gdyż zastosowanie nowoczesnych mechanizmów oraz metod optymalizacji wymaga zastosowania dodatkowej porcji tranzystorów. Procesor jest sercem komputera, a zarazem najzwyklejszym układem scalonym, czyli elementem elektronicznym, którego działanie oparte jest na systemie dwójkowym. Rozwiązanie takie zastosowano ponieważ elektroniczne urządzenia cyfrowe działają podobnie do tranzystora.
System dwójkowy ułatwia maszynie rozpoznanie tylko dwóch stanów, gdy jest napięcie elektryczne, i gdy jest brak napięcia. Zmuszenie tranzystora do rozróżniania aż 10 stanów napięć (w systemie dziesiętnym) w dużej mierze obniżyło by efektywność jego pracy.
Procesor świetnie wykonuje natomiast operacje na pojedynczych bitach
( każda jedynka i każde zero to jeden bit, ciąg ośmiu bitów określa się jako bajt ). Cała filozofia jego działania opiera się na logice dwuwartościowej algebry Boolowskiej - prostych operacjach sumy, iloczynu oraz negacji zer i jedynek, z których można ułożyć dowolną operacje liczbową, np. potęgowanie.

Pamięć operacyjna RAM jest to obszar roboczy komputera, z którego w trakcie realizacji określonych zadań procesor pobiera dane, instrukcje wykonywanego programu. W odróżnieniu od pamięci ROM, która służy np. do przechowywania programów BIOS-u, w pamięci RAM dane przechowywane są tymczasowo. Oznacza to, że w przypadku odłączenia zasilania wszystkie informacje znajdujące się w pamięci operacyjnej giną bezpowrotnie. Pamięci RAM produkowane są w postaci układów scalonych, które łączone są w tzw. moduły. Ze względów praktycznych - możliwość łatwej rozbudowy, wymiany - pamięci nie są montowane na stałe na płycie głównej. Zamiast tego na płycie znajdują się odpowiednie złącza, w których umieszcza się moduły pamięci. Złącza na płycie zorganizowane są w tzw. „banki pamięci”. W zależności od rodzaju płyty głównej, typu procesora, a także rodzaju modułu liczba banków oraz wchodzących w ich skład modułów jest różna.

Karta graficzna jest to układ elektroniczny, który zajmuje się zamiana informacji z komputera na zrozumiały dla monitora sygnał, dzięki czemu na ekranie otrzymujemy obraz. Zanim obraz ukarze sie na ekranie, przesyłany jest w postaci sygnału cyfrowego do przetwornika cyfrowo-analogowego, gdzie zostaje zamieniony na sygnał analogowy, który jest przesyłany do monitora. Jakość tego obrazu zależy od parametrów technicznych karty. Urządzenie to należy do grupy tych komponentów, które bezpośrednio wpływają na jakość pracy z komputerem.

Karta dźwiękowa działa na tej samej zasadzie co karta graficzna zaopatrzone jest też zazwyczaj w dodatkowy przetwornik analogowo cyfrowy, który służy do rejestrowania dźwięku i zamienia sygnały analogowe na dane cyfrowe.

Monitor komputerowy zalicza się do grupy urządzeń określanych skrótem CRT ( Cathode Ray Tube ), czyli urządzeń wyświetlających, w których obraz jest tworzony za pomocą lampy kineskopowej. Lampa kineskopowa pokryta jest wewnątrz specjalna substancją zwaną luminoforem, która pod wpływem bombardowania strumieniem elektronów zaczyna świecić. Skupiona wiązka elektronów jest kierowana za pomocą oddziaływania elektromagnetycznego cewek odchylania poziomego i pionowego w odpowiednie miejsce ( wybrany punkt na powierzchni ekranu). Zanim taki punkt zgaśnie, działo elektronowe może zbombardować wiele innych punktów, co człowiek odbiera subiektywnie jako świecenie kilku pikseli ( im mniejsza średnica plamki tym ostrzejszy i wyraźniejszy obraz), całych kryształów albo nawet obszarów naraz. W ten sposób oszukany wzrok ludzki widzi dowolny obraz - i o to właśnie chodzi.




Dysk twardy jest centrum przechowywania danych każdego komputera, który składa się z :
§ talerze - na nich fizycznie znajdują się dane,
§ silnik napędzający talerze,
§ głowice odczytująco - zapisujące,
§ pozycjoner głowic.
Talerz jest miejscem wewnątrz dysku, gdzie fizycznie przechowywane są informacje. Wykonany jest z bardzo lekkiego, a jednocześnie bardzo sztywnego materiału, będącego najczęściej stopem aluminium. Materiał ten jest pokrywany warstwa magnetyczna i dopiero na niej można zapisywać impulsy magnetyczne symbolizujące pojedyncze bity. Dzieje się tak pod wpływem wrażliwości materiału z którego wykonany jest talerz, który pod wpływem działania magnesu zmienia swój stan elektrostatyczny - z minusa na plus i na odwrót. Na pojedynczym talerzu znajdują się współosiowe ścieżki zawierające dane. Każda taka ścieżka podzielona jest dodatkowo na określona liczbę sektorów, typowo o rozmiarze 512 bajtów każdy, które są najmniejszymi pojedynczymi jednostkami dysku. W odniesieniu do dysku twardego właściwie nawet częściej używa się określenia cylinder zamiast ścieżka. Określenie to oznacza zbiór analogicznych ścieżek na odrębnych talerzach. Lokalizując pojedynczy sektor na dysku, musimy podać numer cylindra, numer głowicy i numer sektora. Za pomocą takich współrzędnych można precyzyjnie określić miejsce, z którego chcemy odczytać lub w którym chcemy zapisać informacje.
Większość dysków posiada kilka talerzy, a nie jeden. Oprócz tego każdy z talerzy zapisywany jest dwustronnie. Pozwala to proporcjonalnie zwiększyć pojemność pojedynczej jednostki dyskowej. Każda z powierzchni ma swoja własna głowicę do odczytu/zapisu, dlatego jeśli dysk ma dwa talerze, to jednocześnie posiada cztery głowice.
Talerze wirują wokół wspólnej osi napędzane silnikiem. Dysk pracuje ze stałą prędkością obrotową, najczęściej na poziomie ponad 5000 obrotów na minutę. Im większa prędkość obrotowa talerzy, tym szybciej dysk działa, bo przeciętnie musi krócej czekać, aż określony jego fragment znajdzie się pod głowicą.

Głowica odczytująco-zapisująca jest jednym z najważniejszych elementów całego dysku. Początkowo głowica dysku twardego nie różniła się zbytnio od głowicy stosowanej w napędach dysków elastycznych. Kawałek metalu z nawiniętym wokół niego drutem generował zmienne sterowane prądem pole magnetyczne, które odpowiednio polaryzowało powierzchnie dysku. Była to głowica ferrytowa. Ewolucja tej technologii była głowica MIG ( Metal In Gap ) pozwalająca zmniejszyć szczelinę, która pozostawiała magnetyczny ślad na nośniku. Zastosowanie głowicy TF ( Thin Film ) pozwoliło jeszcze bardziej zwiększyć upakowanie danych na powierzchni dysku.
Prawdziwym przełomem stały sie jednak dopiero głowice magnetorezystywne MR, które są przeznaczone wyłącznie do odczytywania danych. Głowice te używają materiału, który zmienia rezystancję pod wpływem pola magnetycznego, a nie sam generuje prąd. To pozwala odczytywać dokładnie znacznie słabsze impulsy magnetyczne, a w konsekwencji upakować jeszcze bardziej dane na dysku twardym. Do zapisywania danych służy w tym przypadku zwykła głowica TF. Z tego wynika, że tak naprawdę dysk posiadający dwa talerze ma osiem głowic, a nie cztery - po dwie na każda powierzchnie talerza. Taki podział funkcji umożliwił dodatkowo znaczna optymalizacje konstrukcji głowicy TF, ponieważ wszystkie jej cechy mogą być zoptymalizowane wyłącznie pod kątem zapisu.
Aby głowica trafiła dokładnie nad wybrany cylinder, a następnie stała tam nieruchomo zastosowano mechanizm pozycjonujący wykorzystujący sprzężenie zwrotne. Na dysku, na specjalnie przeznaczonych ścieżkach znajdują sie zamiast danych specjalne impulsy, które służą do „przywoływania” głowic dokładnie ponad ścieżkę z danymi. Dysk na bieżąco kontroluje te sygnały i koryguje ustawienie silnika ( głowic ).
Dysk jest zasilany czteropinowym kablem dostarczającym mu napięcie +5V oraz +12V.

Stacja dyskietek jest to urządzenie zdolne pracować z dyskietką 3,5 calową o pojemności 1,44 MB. Stacja dyskietek i dyskietka w dużej mierze zachowuje sie i jest zbudowana tak jak bardzo wolny, uproszczony dysk twardy z jednym talerzem. Dane są zapisywane na elastycznej powierzchni dyskietki z obu jej stron i umieszczane są również na współosiowych ścieżkach podzielonych na sektory po 512 bajtów. Ponieważ prędkość obrotowa nośnika nie jest tak wielka jak w przypadku dysków twardych, głowica zamiast się unosić suwa się po jego magnetycznej powierzchni.

Modem zamienia dane komputera w sygnały akustyczne przesyłane liniami telefonicznymi. Komputer- odbiorca po drugiej stronie linii też musi być wyposażony w modem, który przetworzy sygnały z powrotem do postaci impulsów zrozumiałych dla maszyny. W taki sposób mozliwe jest na przykład przesłanie plików, jakie zwykle zapisujemy na dyskietkach. Oczywiście transmisja wiekszych ilości danych nie przebiega zbyt szybko: najnowsze modele są w stanie przesyłać zbiory z prędkością 57600 bitów na sekundę.

Skaner to urządzenie, które pozwala skopiować płaski, dwuwymiarowy obraz ( np. zdjęcie ) tak, aby móc go przechowywać i/lub przetwarzać w postaci cyfrowej za pomocą komputera. Istnieją różne technologie skanowania obrazów, lecz najbardziej rozpowszechniona jest metoda stosowana w skanerach stołowych lub ręcznych. Decydująca rolę pełnia w niej elementy CCD - elementy o sprzężeniu ładunkowym. Światło pada na skanowany oryginał i odbijając się od jego powierzchni, trafia do elementu CCD, który pod wpływem padającego światła wytwarza ładunek elektryczny proporcjonalny do stopnia, w jakim został oświetlony. Następnie za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego uzyskiwana jest n-bitowa reprezentacja odcienia naświetlanego punktu. Gdy zatem mamy do dyspozycji 8 bitów wówczas każdy punkt może przybrać w obrazie cyfrowym jedna z 256 wartości ( człowiek rozpoznaje około 250 odcieni jednej barwy ).

Klawiatura jest urządzeniem, które umożliwia komunikację człowieka z komputerem. Wszystkim klawiszom przyporządkowane są kody, które spełniają rolę numerów identyfikacyjnych. Po naciśnięciu klawisza klawiatura informuje procesor o zmianie swojego stanu - wykonywany jest automatycznie skok do procedury obsługi klawiatury. Standardowe klawiatury mają 105 klawiszy.

Mysz wyposażona jest w metalową, obleczona cienką warstwą gumy ( kauczuku ) kulkę, która jest tak umieszczona w myszy, że dotyka podłoża. Poruszając myszką, sprawiamy, że owa kulka się obraca. Ruch ten jest przekazywany poprzez układ rolek do czujników fotoelektrycznych. W ten sposób każdemu ruchowi kulki ( rolki ) odpowiada wygenerowanie sygnału elektrycznego ( ciągu impulsów ), które są rozpoznawane przez kontroler myszy i odpowiednio przetwarzane na ruch kursora po ekranie monitora.


Szybki rozwój techniki powoduje, że to, co jeszcze wczoraj było nowością dziś stanowi standardowe wyposażenie każdego komputera.
Nikogo nie dziwi już kamera internetowa, czy aparat cyfrowy, które są kompatybilne z każdym komputerem. Producenci sprzętu komputerowego prześcigają się nawzajem w pomysłach i rozwiązaniach technologicznych, które maja ułatwić i uprzyjemnić nam życie.

---