Принцип роботи комп'ютера. Комп'ютер для "чайників"

Сьогодні комп'ютерні пристрої настільки міцно увійшли в наше життя, що уявити собі наше існування без них здається неможливим. Однак більшість користувачів практично ніколи не замислюється про те, як працюють всі ці системи. Далі буде розглянуто, як влаштований комп'ютер (для «чайників», так сказати). Звичайно, описати всі докладно й освітити всі технічні сторони не вийде (та це більшості і не потрібно). Тому обмежимося основними аспектами, говорячи простою «людською» мовою.

Комп'ютер для «чайників»: основні компоненти

Говорячи про пристрої будь-якого комп'ютерного пристрою, слід чітко розуміти, що в основі своїй він складається з апаратної і програмної частини. Під апаратною частиною розуміють всі підключені пристрої, які, якщо можна так висловитися, можна помацати руками (процесори, планки пам'яті, жорсткі диски, монітори, відео-, аудіо - та звукові адаптери, клавіатуру, мишу, периферійні пристрої на кшталт принтерів, сканерів і т. д.). У народі усі ці компоненти інколи називають «комп'ютерним залізом». Програмна частина складається з багатьох компонентів, серед яких головну роль грає операційна система, на основі якої здійснюється взаємодія між апаратною частиною та іншими програмами і встановлюються в ній драйвери пристроїв – спеціальні програми, за допомогою яких ОС може взаємодіяти з самим «залізом» і задіяти його при виконанні певних завдань.


Звідси неважко зробити висновок про те, що головний принцип роботи комп'ютера будь-якого типу полягає у взаємодії «залізних» і програмних компонентів. Але це лише поверхове уявлення. Ці процеси будуть описані дещо пізніше.

Комп'ютерне «залізо»

В апаратній частині, як вважають багато хто, на першому місці стоять процесор і оперативна пам'ять. Частково це так і є. Саме вони забезпечують виконання всіх програмних команд і дають можливість запускати ті чи інші процеси. З іншого боку, якщо копнути глибше, ні один «залізний» компонент сам по собі нічого не варто, адже його для використання треба кудись підключити. І тут першорядне значення приділяється так званим материнським платам (в народі – «материнкам») – спеціальним пристроям, на які монтуються всі інші компоненти, мікросхеми і т. д. В цьому сенсі основний принцип роботи комп'ютера (коректного функціонування без збоїв) полягає в тому, щоб правильно підключити всі апаратні компоненти через відповідні контролери до спеціальним слотів або роз'ємів на самій платі. Тут є свої правила, наприклад, по коректному використанню шин PCI, підключення жорстких дисків і знімних пристроїв з використанням принципу Master/Slave і т. д. Окремо варто сказати про постійному запам'ятовуючому пристрої (ПЗП), на якому записана інформація, як би навіки, і оперативному запам'ятовуючому пристрої (ОЗП), що служить для виконання програмних компонентів.

Види програмного забезпечення

Програмний принцип роботи комп'ютера передбачає використання відповідного програмного забезпечення для виконання поставлених завдань. В загальному розумінні ділиться на кілька категорій, серед яких окремо можна виділити системне і прикладне ПЗ. До системного програмного забезпечення відносять самі операційні системи, драйвери пристроїв, іноді сервісні утиліти, необхідні для забезпечення коректної роботи всієї системи. Це, так би мовити, загальна оболонка, в яку вбудовуються прикладні програми. ЗА цього типу має строгу спрямованість, тобто, орієнтоване на виконання певної задачі. Але раз мова йде саме про те, що являють собою основні принципи роботи комп'ютера в загальному сенсі, на перше місце виходить саме системне ПЗ. Далі розглянемо, як запускається вся комп'ютерна система.

Урок інформатики. Комп'ютер: включення і перевірка пристроїв

Напевно, багато користувачів стаціонарних ПК помічали, що при включенні комп'ютера лунає характерний звук системного динаміка. Мало хто звертає на нього уваги, проте факту його появи можна зробити висновок про те, що всі «залізні» пристрої працюють нормально. Що виходить? Принцип роботи комп'ютера полягає в тому, що при подачі живлення на спеціальну мікросхему, звану пристроєм первинного введення/виведення, проводиться тестування всіх пристроїв. В першу чергу йде виявлення неполадок у роботі відеоадаптера, адже якщо він не в порядку, система просто не зможе вивести на екран візуальну інформацію. Тільки потім визначається тип процесора і його характеристики, параметри оперативної пам'яті, жорсткі диски та інші пристрої. По суті, в BIOS спочатку зберігається інформація по всьому «залозу».

Варіанти завантаження

Крім того, завантаження теж може трактуватися як програмний принцип роботи комп'ютера, оскільки перевірка відбувається саме програмним, а не фізичним способом. Тут же є і система вибору завантажувального пристрою (жорсткий диск, оптичний носій, USB-пристрій, мережу, тощо). У будь-якому випадку подальший принцип роботи комп'ютера в плані завантаження полягає в тому, щоб на пристрої була, так звана, завантажувальний запис, необхідна для старту системи.

Старт операційної системи

Для завантаження ОС необхідний спеціальний завантажувач, який ініціалізує ядро системи, записане на жорсткому диску, і поміщає його в оперативну пам'ять, після чого управління процесами передається вже самої ОС. Крім того, mbr може мати і більш гнучкі налаштування, надаючи право вибору завантажуваної системи користувачеві. Якщо ж старт проводиться зі знімного носія, виконуваний завантажувальний код зчитується з нього, але завантаження в будь-якому варіанті проводиться тільки в тому випадку, якщо BIOS визначить виконуваний код як дійсний. В протилежному випадку на екрані з'явиться повідомлення про неможливість старту, на зразок того, що завантажувальний розділ не знайдено. При цьому іноді використовується таблиця розділів, що містить інформацію про всіх логічних дисках, на які може бути поділений вінчестер. Крім усього іншого, доступ до інформації безпосередньо залежить від структури організації файлів, яка носить назву файлової системи FAT, NTFS і ін). Зауважте, це найпримітивніша інтерпретація процесу завантаження, оскільки насправді все набагато складніше.

Пам'ять комп'ютера: запуск програм

Отже, операційна система завантажилася. Тепер зупинимося на питаннях функціонування програм і додатків. За їх виконання в першу чергу відповідають центральний процесор і оперативна пам'ять, не кажучи про задіяних драйвери інших пристроїв. Принцип роботи пам'яті комп'ютера полягає в тому, що при запуску виконуваного файлу програми або іншого об'єкта з ПЗП або знімного носія, коли додаток виконує як би доповнює роль, в оперативну пам'ять (ОЗП) через ядро системи містяться деякі супутні компоненти, найчастіше представляють собою динамічні бібліотеки (хоча для простих програм їх наявність може бути і не передбачено), і необхідні для роботи драйвери пристроїв. Вони забезпечують зв'язок між операційною системою, самою програмою і користувачем. Зрозуміло, що чим більший обсяг має оперативна пам'ять, тим більше компонентів в неї можна завантажити і тим швидше буде відбуватися їх обробка. При надходженні команд взаємодії в справу вступає центральний процесор, який і виробляє всі обчислювальні дії в системі. По завершенні роботи програми або при вимиканні комп'ютера всі компоненти з «оперативки» вивантажуються. Але так буває не завжди.

Зміна параметрів системи

Деякі процеси можуть перебувати в оперативній пам'яті постійно. Тому їх потрібно зупиняти вручну. У Windows-системах багато служби стартують автоматично, а от користувачеві вони виявляються абсолютно непотрібними. У цьому випадку застосовується налаштування автозапуску. У найпростішому варіанті застосовуються програми-оптимізатори, які очищають непотрібні процеси, видаляють комп'ютерний сміття в автоматичному режимі. Але це вже окрема розмова.