Počítačový hardware - Computer hardware
Počítačový hardware zahrnuje fyzické části počítače , jako je skříň , centrální procesorová jednotka (CPU), monitor , myš , klávesnice , úložiště dat počítače , grafická karta , zvuková karta , reproduktory a základní deska .
Naproti tomu software je sada pokynů, které lze ukládat a spouštět pomocí hardwaru. Hardware je takzvaný, protože je „ tvrdý “ nebo rigidní, pokud jde o změny, zatímco software je „měkký“, protože se snadno mění.
Hardware je obvykle řízen softwarem k provedení jakéhokoli příkazu nebo instrukce . Kombinace hardwaru a softwaru tvoří použitelný výpočetní systém, ačkoli jiné systémy existují pouze s hardwarem.
Von Neumannova architektura
Šablonou pro všechny moderní počítače je architektura Von Neumanna , podrobně popsaná v papíru z roku 1945 maďarského matematika Johna von Neumanna . Toto popisuje návrhovou architekturu elektronického digitálního počítače s členěním procesorové jednotky skládající se z aritmetické logické jednotky a registrů procesoru , řídicí jednotky obsahující registr instrukcí a programový čítač , paměť pro ukládání dat i instrukcí , externí velkokapacitní paměť , a vstupní a výstupní mechanismy. Význam pojmu se vyvinul tak, že znamená počítač s uloženým programem, ve kterém nemůže dojít k načtení instrukce a datové operaci současně, protože sdílejí společnou sběrnici . Toto je označováno jako úzké hrdlo společnosti Von Neumann a často omezuje výkon systému.
Typy počítačových systémů
Osobní počítač
Osobní počítač je jedním z nejčastějších typů počítače díky své všestrannosti a relativně nízkou cenu. Stolní osobní počítače mají monitor , klávesnici , myš a počítačovou skříň . Skříň počítače obsahuje základní desku , pevné nebo vyměnitelné diskové jednotky pro ukládání dat, napájení a může obsahovat další periferní zařízení, jako jsou modemy nebo síťová rozhraní. Některé modely stolních počítačů integrovaly monitor a klávesnici do stejného pouzdra jako procesor a napájecí zdroj. Oddělení prvků umožňuje uživateli uspořádat součásti do příjemného a pohodlného pole za cenu správy napájecích a datových kabelů mezi nimi.
Notebooky jsou navrženy pro přenositelnost, ale fungují podobně jako stolní počítače. Mohou používat součásti s nižším výkonem nebo menší velikostí s nižším výkonem než stolní počítač s podobnou cenou. Notebooky obsahují klávesnici, displej a procesor v jednom případě. Monitor ve sklopném horním krytu pouzdra lze pro přepravu zavřít, aby byla chráněna obrazovka a klávesnice. Notebooky mohou mít místo myši touchpad nebo ukazovátko .
Tablety jsou přenosné počítače, které používají jako primární vstupní zařízení dotykovou obrazovku . Tablety obecně váží méně a jsou menší než notebooky.
Některé tablety obsahují rozkládací klávesnice nebo nabízejí připojení k samostatným externím klávesnicím. Některé modely přenosných počítačů mají odnímatelnou klávesnici, která umožňuje konfiguraci systému jako tabletu s dotykovou obrazovkou. Někdy se jim říká „odnímatelné notebooky 2 v 1“ nebo „hybridy tablet-notebook“.
Případ
Skříň počítače uzavírá většinu součástí systému. Poskytuje mechanickou podporu a ochranu pro vnitřní prvky, jako je základní deska, diskové jednotky a napájecí zdroje, a řídí a usměrňuje tok chladicího vzduchu přes vnitřní součásti. Pouzdro je také součástí systému pro ovládání elektromagnetického rušení vyzařovaného počítačem a chrání vnitřní části před elektrostatickým výbojem. Velká věžová pouzdra poskytují prostor pro více diskových jednotek nebo jiných periferií a obvykle stojí na podlaze, zatímco stolní skříně poskytují menší prostor pro rozšíření. Styly all-in-one zahrnují video displej zabudovaný do stejného pouzdra. Přenosné a přenosné počítače vyžadují pouzdra, která zajišťují ochranu jednotky před nárazy. Fanoušci mohou pouzdra ozdobit barevnými světly, barvou nebo jinými funkcemi v rámci činnosti zvané případová modifikace .
Zdroj napájení
Napájecí jednotka (PSU) převádí střídavý proud (AC) na nízkonapěťový stejnosměrný proud (DC) pro počítač. Notebooky mohou běžet na vestavěnou dobíjecí baterii. Zdroj PSU obvykle používá spínaný napájecí zdroj (SMPS), přičemž v převodnících a regulačních obvodech SMPS jsou použity výkonové MOSFETy (výkonové tranzistory s efektem kov-oxid-polovodič s efektem pole ).
Základní deska
Základní deska je hlavní součástí počítače. Jedná se o desku s integrovanými obvody, která spojuje ostatní části počítače včetně CPU , RAM , diskových jednotek ( CD , DVD , pevný disk nebo jakékoli jiné), jakož i veškerá periferní zařízení připojená přes porty nebo rozšiřující sloty . Tyto integrovaný obvod (IC), čipy v počítači obvykle obsahují miliardy drobných kov-oxid-polovodič tranzistory řízené polem (MOSFET).
Mezi součásti přímo připojené k základní desce nebo k její části patří:
- CPU (centrální procesorová jednotka), která provádí většinu výpočtů, které umožňují počítače na funkci, a je označován jako mozek počítače. Odebírá programové instrukce z paměti RAM ( random-access memory ), interpretuje je a zpracovává a poté odesílá zpět výsledky, aby příslušné komponenty mohly pokyny provádět. CPU je mikroprocesor , který je vyroben na čipu s integrovaným obvodem (IC) s kovovým oxidem a polovodičem (MOS) . Obvykle je chlazen chladičem a ventilátorem nebo systémem vodního chlazení. Většina novějších CPU obsahuje grafickou jednotku (GPU) na desce. Hodiny rychlost CPU určuje, jak rychle se provádí příkazy a je měřena v GHz; typické hodnoty leží mezi 1 GHz a 5 GHz. Mnoho moderních počítačů má možnost přetaktovat procesor, což zvyšuje výkon na úkor vyššího tepelného výkonu, a tedy potřeby lepšího chlazení.
- Chipset , který zahrnuje severní můstek , zprostředkovává komunikaci mezi procesorem a dalších komponent systému, včetně hlavní paměti; stejně jako jižní most , který je spojen se severním mostem a podporuje pomocná rozhraní a autobusy; a konečně čip Super I/O připojený přes jižní můstek, který podporuje nejpomalejší a nejstarší komponenty, jako jsou sériové porty , monitorování hardwaru a ovládání ventilátorů .
- Paměť s náhodným přístupem (RAM), která ukládá kód a data, ke kterým CPU aktivně přistupuje. Například když je v počítači spuštěn webový prohlížeč, zabírá paměť; toto je uloženo v paměti RAM, dokud se webový prohlížeč nezavře. Obvykle se jedná o typ dynamické RAM (DRAM), jako je synchronní DRAM (SDRAM), kde paměťové čipy MOS ukládají data do paměťových buněk sestávajících z MOSFETů a kondenzátorů MOS . RAM se obvykle dodává s duálními řadovými paměťovými moduly (DIMM) o velikosti 2 GB, 4 GB a 8 GB, ale může být mnohem větší.
-
Paměť pouze pro čtení (ROM), která ukládá systém BIOS spuštěný při zapnutí počítače nebo při jiném spuštění, proces známý jako Bootstrapping nebo „ boot “ nebo „boot“. ROM je obvykle energeticky nezávislý paměťový čip BIOS , který ukládá data do paměťových buněk MOSFET s plovoucí bránou .
- Systém BIOS (Basic Input Output System) obsahuje spouštěcí firmware a firmware pro správu napájení. Novější základní desky používají místo BIOSu Unified Extensible Firmware Interface (UEFI).
- Autobusy, které spojují procesor s různými interními komponentami a rozšiřují karty pro grafiku a zvuk.
- CMOS (komplementární MOS) baterie , která pohání CMOS pamět pro datum a čas v čipu BIOS. Tato baterie je obecně hodinková baterie .
- Grafická karta (také známý jako grafickou kartou), která zpracovává počítačové grafiky. Výkonnější grafické karty se lépe hodí pro zvládání náročných úkolů, jako je hraní intenzivních videoher nebo běh softwaru pro počítačovou grafiku . Grafická karta obsahuje grafickou procesorovou jednotku (GPU) a video paměť (typicky typ SDRAM ), obě vyrobené na čipech MOS s integrovaným obvodem (MOS IC).
- Výkonové MOSFETy tvoří modul regulátoru napětí (VRM), který řídí, jaké napětí přijímají ostatní hardwarové komponenty.
Rozšiřující karty
Rozšiřující karta v počítači je deska s plošnými spoji, které mohou být vloženy do rozšiřujícího slotu na základní desky počítače nebo základní desce, aby Funkčnost počítačového systému přes expanzní sběrnici. Rozšiřující karty lze použít k získání nebo rozšíření funkcí, které základní deska nenabízí.
Úložná zařízení
Úložným zařízením je jakýkoli výpočetní hardware a digitální média, která se používají k ukládání, přenášení a extrahování datových souborů a objektů. Může uchovávat a ukládat informace dočasně i trvale a může být interní nebo externí pro počítač, server nebo jakékoli podobné výpočetní zařízení. Ukládání dat je základní funkcí a základní součástí počítačů.
Opravená média
Data ukládá počítač pomocí různých médií. Pevné disky (HDD) se díky vysoké kapacitě a nízkým nákladům nacházejí prakticky ve všech starších počítačích, ale disky SSD jsou rychlejší a energeticky účinnější, i když v současné době jsou dražší než pevné disky, pokud jde o dolar na gigabajty, takže se často nacházejí v osobních počítačích postavených po roce 2007. SSD používají flash paměť , která ukládá data na paměťové čipy MOS sestávající z paměťových buněk MOSFET s plovoucí bránou . Některé systémy mohou pro vyšší výkon nebo spolehlivost používat řadič diskového pole .
Vyměnitelná média
K přenosu dat mezi počítači lze použít externí paměťové zařízení typu flash (například paměťová karta nebo jednotka USB flash ) nebo optický disk (například disk CD-ROM , DVD-ROM nebo BD-ROM ). Jejich užitečnost závisí na tom, zda jsou čitelné jinými systémy; většina počítačů má optickou diskovou jednotku (ODD) a prakticky všechny mají alespoň jeden port Universal Serial Bus (USB). Paměťové karty USB jsou navíc obvykle předformátovány v systému souborů FAT32 , který je široce podporován napříč operačními systémy .
Vstupní a výstupní periferie
Vstupní a výstupní zařízení jsou obvykle umístěna externě na šasi hlavního počítače. Následující jsou buď standardní, nebo velmi běžné pro mnoho počítačových systémů.
Vstupní zařízení
Vstupní zařízení umožňují uživateli zadávat informace do systému nebo řídit jeho provoz. Většina osobních počítačů má myš a klávesnici , ale přenosné systémy obvykle místo myši používají touchpad . Mezi další vstupní zařízení patří webové kamery , mikrofony , joysticky a skenery obrázků .
Výstupní zařízení
Výstupní zařízení jsou navržena kolem smyslů lidských bytostí. Monitory například zobrazují text, který lze číst, reproduktory produkují zvuk, který je slyšet. Taková zařízení mohou také zahrnovat tiskárny nebo Braillovo razítko .
Sálový počítač
Hlavní počítač je mnohem větší počítač, který obvykle vyplňuje prostor a může stát stovky nebo tisíce krát tolik jako osobní počítač. Jsou určeny k provádění velkého počtu výpočtů pro vlády a velké podniky.
.jpg)
Oddělení výpočetní techniky
V 60. a 70. letech začalo stále více oddělení používat levnější a specializované systémy pro specifické účely, jako je řízení procesů a laboratorní automatizace . Minipočítač , nebo hovorově mini , je třída malých počítačů , který byl vyvinut v polovině 1960 a prodávají za mnohem méně, než sálových a středních počítačích ze společnosti IBM a jejích přímých konkurentů.
Superpočítač
Superpočítač je povrchně podobný mainframe, ale místo toho je určena pro extrémně náročné výpočetní úlohy. V červnu 2020 je nejrychlejším superpočítačem v seznamu superpočítačů TOP500 japonský Fugaku se srovnávacím skóre LINPACK 415 PFLOPS, který nahrazuje druhý nejrychlejší summit v USA zhruba o 294 PFLOPS.
Termín superpočítač neodkazuje na konkrétní technologii. Označuje spíše nejrychlejší dostupné výpočty v daném čase. V polovině roku 2011 se nejrychlejší superpočítače pyšnily rychlostmi přesahujícími jeden petaflop neboli 1 quadrillion (10^15 nebo 1 000 bilionů) operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu. Superpočítače jsou rychlé, ale extrémně nákladné, takže je obecně používají velké organizace k provádění výpočetně náročných úkolů zahrnujících velké soubory dat. Superpočítače obvykle používají vojenské a vědecké aplikace. Ačkoli jsou nákladné, používají se také pro komerční aplikace, kde je třeba analyzovat obrovské množství dat. Velké banky například používají superpočítače k výpočtu rizik a výnosů různých investičních strategií a zdravotnické organizace je využívají k analýze obřích databází údajů o pacientech, aby určily optimální léčbu různých nemocí a problémů, které v zemi vznikají.
Aktualizace hardwaru
Pokud používáte počítačový hardware, znamená upgrade upgrade přidání nového nebo dalšího hardwaru do počítače, což zvyšuje jeho výkon, zvyšuje jeho kapacitu nebo přidává nové funkce. Uživatel může například provést upgrade hardwaru a vyměnit pevný disk za rychlejší nebo Solid State Drive (SSD), aby získal vyšší výkon. Uživatel může také nainstalovat více paměti RAM ( Random Access Memory ), aby počítač mohl ukládat další dočasná data nebo je načítat rychleji. Uživatel může přidat rozšiřující kartu USB 3.0, aby plně využíval zařízení USB 3.0, nebo by mohl upgradovat grafickou procesorovou jednotku (GPU) pro čistší, pokročilejší grafiku nebo více monitorů . Provádění takovýchto upgradů hardwaru může být nutné u starších počítačů, aby byly splněny nové nebo aktualizované systémové požadavky programu.
Odbyt
Globální příjmy z počítačového hardwaru v roce 2016 dosáhly 408 miliard EUR.
Recyklace
Protože součásti počítače obsahují nebezpečné materiály, dochází k rostoucímu pohybu recyklace starých a zastaralých součástí. Počítačový hardware obsahuje nebezpečné chemikálie, jako jsou: olovo, rtuť, nikl a kadmium. Podle EPA mají tyto elektronické odpady škodlivý účinek na životní prostředí, pokud nejsou řádně zlikvidovány. Výroba hardwaru vyžaduje energii a recyklace dílů sníží znečištění ovzduší , znečištění vody a také emise skleníkových plynů. Likvidace neoprávněného počítačového vybavení je ve skutečnosti nezákonná. Legislativa stanoví povinnost recyklovat počítače prostřednictvím zařízení schválených vládou . Recyklaci počítače lze usnadnit vyjmutím určitých opakovaně použitelných součástí. Lze znovu použít například paměť RAM , jednotku DVD, grafickou kartu , pevný disk nebo SSD a další podobné vyměnitelné části.
Mnoho materiálů použitých v počítačovém hardwaru lze získat recyklací pro použití v budoucí výrobě. Opětovné použití cínu , křemíku , železa , hliníku a různých plastů, které jsou hromadně obsaženy v počítačích nebo jiné elektronice, může snížit náklady na výstavbu nových systémů. Komponenty často obsahují měď , zlato , tantal , stříbro , platinu , palladium a olovo a další cenné materiály vhodné k rekultivaci.
Toxické počítačové komponenty
Základní jednotka obsahuje mnoho toxických materiálů. V kovových deskách obsahuje olovo a chrom. Rezistory, polovodiče, infračervené detektory, stabilizátory, kabely a vodiče obsahují kadmium. Desky s obvody v počítači obsahují rtuť a chrom. Při nesprávné likvidaci těchto typů materiálů a chemikálií se mohou stát nebezpečnými pro životní prostředí.
Účinky na životní prostředí
Podle Agentury pro ochranu životního prostředí Spojených států je ve skutečnosti recyklováno pouze asi 15% elektronického odpadu . Když se vedlejší produkty elektronického odpadu vyluhují do podzemních vod, jsou spáleny nebo se s nimi při recyklaci zachází špatně, způsobuje to škodu. Zdravotní problémy spojené s takovými toxiny zahrnují zhoršený mentální vývoj, rakovinu a poškození plic, jater a ledvin. Proto je třeba i dráty recyklovat. Různé společnosti mají různé techniky recyklace drátu. Nejoblíbenější je bruska, která odděluje měděné dráty od plastového/gumového pláště. Když jsou procesy hotové, zbývají dvě různé hromádky; jedna obsahuje měděný prášek a druhá obsahuje kousky plastu/gumy. Počítačové monitory, myši a klávesnice mají podobný způsob recyklace. Například nejprve se rozdělí každá z částí a poté se všechny vnitřní části oddělí a umístí do vlastního koše.
Počítačové komponenty obsahují mnoho toxických látek, jako jsou dioxiny , polychlorované bifenyly (PCB), kadmium , chrom , radioaktivní izotopy a rtuť . Typický počítačový monitor může obsahovat více než 6% hmotnostních olova, mnoho z nich je v olovnatého skla na katodové trubice (CRT). Typický počítačový monitor o úhlopříčce 15 palců (38 cm) může obsahovat 1,5 kg (1 kg) olova, ale u jiných monitorů byl odhadován obsah až 4 kg olova. Desky s obvody obsahují značné množství pájek olova a cínu, u nichž je větší pravděpodobnost, že se vyluhují do podzemních vod nebo způsobí znečištění ovzduší v důsledku spalování. Na amerických skládkách pochází asi 40% obsahu olova z elektronického odpadu. Zpracování (např. Spalování a úpravy kyselinou) požadované k regeneraci těchto vzácných látek může uvolňovat, generovat nebo syntetizovat toxické vedlejší produkty.
Recyklace počítačového hardwaru je považována za šetrnou k životnímu prostředí, protože brání vstupu nebezpečného odpadu, včetně těžkých kovů a karcinogenů, do atmosféry, na skládky nebo do vodních toků. Zatímco elektronika tvoří malý zlomek celkového vyprodukovaného odpadu, je mnohem nebezpečnější. Existují přísné právní předpisy, jejichž cílem je prosazovat a podporovat udržitelnou likvidaci spotřebičů, přičemž nejpozoruhodnější je směrnice o odpadních elektrických a elektronických zařízeních Evropské unie a americký národní zákon o recyklaci počítačů.
Úsilí o minimalizaci plýtvání počítačovým hardwarem
Vzhledem k tomu, že počítačový hardware obsahuje velké množství kovů, agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států (EPA) podporuje sběr a recyklaci počítačového hardwaru. „ E-cycling “, recyklace počítačového hardwaru, se týká darování, opětovného použití, skartování a obecné sbírky použité elektroniky. Obecně se termín týká procesu sběru, zprostředkování, rozebírání, opravy a recyklace součástí nebo kovů obsažených v použitém nebo vyřazeném elektronickém zařízení, jinak známém jako elektronický odpad (elektronický odpad). Položky „E-cyklovatelné“ zahrnují, ale nejsou omezeny na: televize, počítače, mikrovlnné trouby, vysavače, telefony a mobilní telefony, stereofonní zařízení, videorekordéry a DVD téměř cokoli, co má kabel, světlo nebo vyžaduje nějaký druh baterie .
Recyklaci počítače usnadňuje několik vnitrostátních služeb, jako jsou Dell a Apple . Obě společnosti si vezmou zpět počítač své značky nebo jakékoli jiné značky. V opačném případě může být počítač darován společnosti Computer Aid International, což je organizace, která recykluje a renovuje staré počítače pro nemocnice, školy, univerzity atd.
Viz také
Reference
externí odkazy
-
Média související s počítačovým hardwarem na Wikimedia Commons -
Počítačový hardware na Wikibooks -
Učební materiály související s počítačovým hardwarem na Wikiversity
