1.08. Как работает компьютер
О компьютере
Вы, наверное, уже знаете, что компьютер - это некое устройство, используемое для работы, учёбы, вычислений или развлечений. Возможно, даже сталкивались с характеристиками - вроде частоты процессора или объёма памяти.
Вокруг нас очень много компьютеров - это ноутбуки, смарт-часы, смартфоны, МФУ, даже современные телевизоры, колонки - почти все "умные" устройства обладают всеми признаками компьютера, обладают памятью и процессором.
Посмотрите, компьютер уже может генерировать картинку про компьютер:
Теперь к компьютерам
Первое, что мы заметим - это скорость. Компьютер вычисляет намного быстрее, чем люди, и тратит в миллионы раз меньше времени (а то и миллиарды). Всю эту работу выполняет процессор, а его уже регулирует система. Современные процессоры выполняют миллиарды операций в секунду — это как если бы вы могли читать по миллиону книг одновременно.
Такая скорость возможна благодаря тому, что внутри процессора происходят простые, но чрезвычайно быстрые переключения электрических сигналов. Каждое переключение — это шаг в выполнении команды.
Второе - память. Люди способны хранить много информации, но её не так просто измерить, а наш мозг ограничен. Компьютер же имеет возможность увеличения объёма памяти за счёт подключения дополнительных устройств, от внутренних до внешних накопителей - жёсткие и твердотельные диски, переносные внешние диски, карты памяти, CD, DVD, USB-флешки и много чего ещё.
Память компьютера делится на два основных типа: оперативную (англ. "RAM", рус. "ОЗУ") и долговременную (жёсткий диск HDD или твердотельный накопитель SSD). Её можно сравнить с нашими воспоминаниями - задачи на сегодня, например сходить в магазин, сварить кофе, принять душ, хранятся во временной памяти, как бы "под рукой", на столе. Такую информацию нет нужды хранить долго (ведь зачем вам спустя годы помнить, принимали ли вы душ?). Эта временная область и называется оперативной памятью. Но некоторые данные нам нужны, так сказать, пожизненно - имена, даты, важные события, школьная программа, воспоминания о пережитом, всё это ключевая информация, которая понадобится спустя годы. Это долгосрочное хранение и есть постоянная память, которую называют хранилищем.
Отличие в том, что после выключения компьютера оперативная память будет очищена. Вы ляжете спать вечером, а на утро не вспомните те мелочи, которые нужны были вам вчера. Ваш мозг самостоятельно решает, какая информация ему нужна, а какая нет. С компьютером так же. Все файлы на вашем компьютере, вроде фотографий, музыки или документов, хранятся постоянно. Но для воспроизведения, при открытии видео, к примеру, весь файл загружается во временную оперативную память.
Третье - энергия. Люди вынуждены отдыхать, и на первый взгляд, компьютеру это не нужно, так как он питается от энергии, которая может быть почти безлимитной. Но всё не совсем так. Существует такое понятие, как энергоэффективность - настолько процессор (или иное устройство) рационально использует электроэнергию. К примеру, если слишком перегружать аппарат, он попросту сгорит. Поэтому, покупая себе мощную видеокарту, но не продумав охлаждение и энергозатраты, можно её сжечь, просто играя в новую видеоигру.
Поэтому в каждом компьютере есть система охлаждения: вентиляторы, радиаторы, а в мощных системах — даже жидкостное охлаждение. Это как потоотделение у человека, где тело само регулирует температуру, чтобы не перегреться. Можно сказать, что компьютер формируется "по образу и подобию" человеческого организма, как в части работы мозга и нейронов, так и циркуляции энергии.
Компоненты
Главное, что нужно усвоить из основных идей - что компьютер - не интеллект, он глуп и не понимает, что вы только что написали или о чём запущенный фильм. Это просто совокупность электрических сигналов, их блокировок и проведения. Компьютер ничего не чувствует, не думает и не хочет. Всё зависит лишь от того, как им задают задачи, как учат реагировать на внешние воздействия, что и делает машину инструментом. Исторически компьютеры появились не как замена человеку, а как усилители возможностей, чтобы считать налоги, строить дома, навигационные таблицы. И ничего не изменилось до сих пор - принципы те же, чудес ещё не произошло.
★ Компьютер – это просто вычислительное устройство, электронный конструктор, где все детали работают вместе по чёткому алгоритму:
Пример – при клике мышкой осуществляется ввод, процессор считает координаты и передаёт данные в вывод (видеокарте, а потом на монитор).
Рассмотрим этот процесс подробнее:
- Вы нажимаете левую кнопку мыши.
- Мышь отправляет сигнал по проводу или по Bluetooth в компьютер.
- Система определяет, где находился курсор в момент клика (например, на значке «Блокнот»).
- Процессор получает команду: «Запустить программу Блокнот».
- Операционная система находит файл программы на диске, загружает его в оперативную память.
- Процессор начинает выполнять инструкции из этого файла.
- Видеокарта получает команду нарисовать окно программы.
- Монитор отображает это окно.
Ни один из этих шагов не происходит «сам по себе». Каждый — результат заранее написанных правил, заложенных разработчиками программ и операционной системы.
Даже в смартфоне, планшете или смартчасах есть все эти компоненты — просто они миниатюрные и спрятаны под корпусом.
Теперь разберём ключевые компоненты компьютера - его базовое железо, хранилище, видеокарту, и прочее.