Budowa i zasady działania komputera

Komputer jest to uniwersalny system cyfrowy zdolny do wykonywania pewnego zbioru rozkazów (różnorodnych operacji elementarnych), w którym użytkownik może określić sekwencję wykonywanych rozkazów koniecznych do realizacji postanowionego zadania. Głównymi częściami składowymi komputera są: procesor, pamięć operacyjna, w której jest zapisany program określający sekwencję wykonywanych operacji oraz dane do przetworzenia oraz układy wejścia ? wyjścia, do których są przyłączone urządzenia zewnętrzne umożliwiające kontakt komputera z otoczeniem i użytkownikiem. Istotną cechą komputera, odróżniającą go od innych systemów cyfrowych, jest możliwość zupełnej zmiany realizowanych przez niego funkcji jedynie przez zmianę programu w jego pamięci.

Komputer składa się z:
? Jednostki centralnej
? Monitora
? Klawiatury
? Myszki
? Drukarki
? Głośników
? Innych dodatkowych urządzeń, coraz bardziej unowocześnianych, lecz niepotrzebnych do prawidłowego działania komputera.

Jednostka centralna - zasadnicza część komputera zawierająca w swojej
obudowie najważniejsze elementy składowe komputera, a w szczególności płytę
główną z co najmniej jednym procesorem, pamięć operacyjną oraz porty do
komunikacji z pozostałymi składnikami systemu komputerowego. W zależności od
konstrukcji danego typu komputera, w skład jego jednostki centralnej mogą
wchodzić również dalsze składniki jak np. zasilacz, karty rozszerzeń itd.

Monitor - urządzenie elektroniczne, wyposażone w kineskop lub wyświetlacz innego typu (np. ciekłokrystaliczny), służące do przedstawiania obrazów z kamery telewizyjnej, magnetowidu lub generowanych na podstawie sygnałów elektrycznych, dostarczanych z urządzeń pomiarowych albo komputerów. Monitory telewizyjne dostosowane są do przedstawiania obrazu telewizyjnego, charakteryzującego się m.in. liczbą linii, na jakie podzielony jest obraz, równą 625, 800 lub 1250. Monitory komputerowe cechuje większa dokładność i stabilność obrazu, obniżona emisja promieniowania, trwałość i niezawodność oraz zwykle większa rozdzielczość obrazu. Obraz na monitorze może być monochromatyczny (jednokolorowy) lub barwny. Monitor musi spełniać pewne wymogi bezpieczeństwa (ISO 9002, TCO'95, TCO'99, MPR-II itp.). Obecnie wszystkie monitory posiadają filtry chroniące przed promieniowaniem elektromagnetycznym.

Klawiatura - najbardziej rozpowszechnione urządzenie wejściowe komputerów służące do wprowadzania danych i poleceń do komputera. Części, które naciskamy zwane są klawiszami. Zespół klawiszy jest zwykle w układzie maszyny do pisania, z pewną liczbą dodatkowych klawiszy specjalnych - sterujących i funkcyjnych. Istnieją standardowe klawiatury (101 klawiszy) oraz klawiatury ergonomiczne, multimedialne, bezprzewodowe, z touchpadem.

Myszka- małe urządzenie popychane po podłożu, mające za zadanie kierować położeniem kursora na ekranie i wywoływaniem poleceń wskazywanych przez niego. Pierwsza mysz została szeroko rozpowszechniona wraz z komputerem Macintosh. Obecnie mysz jest integralną częścią graficznego interfejsu użytkownika (GUI). Mysz przyjęła swoją nazwę od jej rozmiaru i koloru upodobniającego ją właśnie do myszy.

Drukarka - urządzenie zewnętrzne (wyjściowe) komputera, służące do zapisywania na papierze wyprowadzanych informacji. Możemy wyróżnić:
l) drukarki alfanumeryczne (z głowicą drukującą i rozetkowe), które odbijają znaki z wybranego zestawu poprzez taśmę barwiącą;
2) drukarki graficzne, pozwalające na druk znaków i grafiki złożonych z punktów o określonej rozdzielczości na cal (dpi).
Głośnik ? urządzenie pozwalające nam słyszeć dźwięk pochodzący z komputera.

Płyta główna - to najważniejsza w komputerze karta drukowana. Na niej znajduje się procesor i pamięć operacyjna. Do płyty głównej dołączane są wszelkie elementy zestawu komputerowego.
Płyta główna jest podzespołem komputera o największych wymiarach. Wizualnie jest największym elementem, który dostrzegamy po podniesieniu obudowy komputera, jest też jednym z najważniejszych elementów decydujących o szybkości komputera. Komputery standardu PC mają budowę modułową, czyli istnieje możliwość rozbudowy konfiguracji przez umieszczenie specjalnych kart rozszerzających w odpowiednich złączach, umieszczonych właśnie na płycie głównej. Płyta główna dobierana jest w zależności od instalowanego na niej procesora, dlatego mówi się o ?płycie dla Pentium? czy ?płycie dla AMD?.

Procesor (CPU - centralna jednostka wykonawcza) to skomplikowany układ elektroniczny; układ scalony, którego działanie polega na wykonywaniu instrukcji programów. Nadzoruje on i synchronizuje prace wszystkich urządzeń w komputerze. Trzy parametry charakteryzujące procesor to klasa i jej odmiana oraz zegar. Za ich pomocą określa się szybkość pracy procesora, a więc i całego komputera.


Pamięć komputera decyduje o szybkości pracy różnych programów, a czasami także o tym, czy w ogóle będą one pracowały. Wielkość pamięci określa, ile informacji można w niej umieścić i jest ona liczona w megabajtach. Zazwyczaj instaluje się ją skokowo: 64 MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB. Elementy pamięci zwykle w postaci kości DIMM, są umieszczane na płycie głównej. Drugim, obok pojemności, parametrem decydującym o pracy pamięci jest średni czas dostępu, czyli czas w jakim pamięć podaje informację żądaną przez procesor. Istnieją dwa rodzaje pamięci komputera : RAM I ROM.

Pamięć RAM przeznaczona jest do odczytu i zapisu. Wszystkie programy i dane są najpierw umieszczane w RAM, a stamtąd przekazywane do procesora. Układy wejścia/wyjścia (I/O ? input - output) służą do komunikacji mikrokomputera z takimi urządzeniami jak: dysk twardy, klawiatura, mysz, monitor, drukarka, skaner, modem. Procesor, pamięć i układy wejścia/wyjścia połączone są za pomocą magistrali (szyn). W czasie każdej operacji wykonywanej przez mikrokomputer, po szynach przesyłane są dane (tj. wyniki działań), informacje dotyczące tego, jaka operacja ma zostać wykonana na tych danych oraz adresy miejsca w pamięci lub układu wejścia/wyjścia, w którym ma być wykonana określona operacja na danych.
Z pamięci ROM procesor może wyłącznie czytać, nie może jednak wprowadzać do niej żadnych danych. Przechowuje się w niej, między innymi, wszystkie niezbędne dla procesora informacje.

Żeby komputer mógł dobrze działać potrzebuje on karty operacyjne. Spośród tych kart wyróżniamy :
? Kartę grafiki
? Kartę dźwiękową
? Kartę modemową
Karta grafiki jest to wyspecjalizowany układ odpowiedzialny za sposób i wyświetlanie informacji na ekranie monitora. Od jej rodzaju zależy to, czy możemy używać monitora monochromatycznego czy kolorowego, a także ilość dostępnych na ekranie kolorów i rozdzielczość. Monitor może pracować w jednym z dwóch trybów: tekstowym lub graficznym. W trybie tekstowym na ekranie mieści się standardowo 25 wierszy, a w każdym wierszu mieści się do 80 znaków. Tryb graficzny jest określony przez rozdzielczość i liczbę kolorów. Monitor służy do wyświetlania danych przetworzonych przez kartę graficzną. Ich najważniejszym parametrem jest wielkość, mierzona jako przekątna monitora i podawana w calach.

Karta dźwiękowa - karta rozszerzeń służąca do konwersji analogowego sygnału dźwiękowego z dołączonego źródła (np. mikrofonu) na sygnał cyfrowy do przetworzenia lub zapisu na dysku komputera (przetwornik A/C) i odwrotnie - przetworzenia sygnału cyfrowego (np. z CD-ROM-u) na odpowiadający mu sygnał analogowy dostarczany do wyjścia i dalej, np. do głośników lub słuchawek; do generowania dźwięków wykorzystujących modulację częstotliwości (FM) lub tabelę próbek dźwiękowych (wavetable); do współpracy np. z klawiaturą muzyczną poprzez złącze MIDI; do przetwarzania sygnałów dźwiękowych za pomocą cyfrowego procesora dźwięków (DSP).

Karta modemowa ? Jest to wyspecjalizowany układ odpowiedzialny za funkcje komunikacyjne. Pozwala na łączenie się z innymi komputerami za pomocą sieci telefonicznej. Umożliwia się łączenie z Internetem.
Rodzaje pamięci masowych:
Dysk twardy - służy do przechowywania programów i danych. Dyski twarde są na stałe zamontowane w środku komputera i rzadko się je wyjmuje. Można jednak zamontować dysk w specjalnej, wysuwanej kieszeni. Ułatwia to przenoszenie dużych ilości danych pomiędzy komputerami i ich ochronę. Najważniejszą cechą dysku jest jego pojemność, mierzona w megabajtach (MB) lub gigabajtach (GB). Średnia pojemność sprzedawanych dysków rośnie z roku na rok. Na dzień dzisiejszy wynosi ona 80 GB ? 120 GB. Pojemność ta musi ciągle wzrastać, ponieważ programy komputerowe i pliki zajmują coraz więcej miejsca na dysku. O szybkości pracy dysku decyduje także inny parametr ? średni czas dostępu, mierzony w milisekundach (MS). Im jest on krótszy, tym szybciej pracuje dysk. W komputerach osobistych montowane są z reguły dyski posiadające architekturę IDE lub jej nowszą odmianę EIDE. Tam gdzie istotna jest szybkość pracy lub bezpieczeństwo danych, czyli w komputerach grafików, inżynierów czy w serwerach sieciowych, stosuje się dyski w architekturze SCSI. Dysk SCSI porozumiewa się z komputerem za pomocą sterownika dysku, który jest oddzielną kartą drukowaną; dysk IDE nie potrzebuje takiego sterownika.

Dyskietki i Stacje Dysków - Można się spotkać z dwoma rodzajami dyskietek: o średnicy 5,25 cala oraz z powszechnie stosowanymi 3,5-calowymi. Na dyskietkach 5,25-calowych można przechowywać do 1,2 MB informacji. Dyskietki 3,5-calowe mają pojemność 1,44 MB. W środku opakowania dyskietki znajduje się krążek magnetyczny. To na nim, podobnie jak na taśmie magnetofonowej, zapisują się informacje. Dyskietki są odczytywane przez stacje dysków, odpowiednio 3,5 i 5,25-calowe. Stacje są schowane w obudowie komputera, użytkownik widzi tylko otwór, do którego wkłada dyskietkę. W starszych typach komputerów osobistych montowano tylko stacje 5,25 cala, później dwie stacje ? 3,5 cala i 5,25. Dziś nowe komputery mają już tylko stacje 3,5-calowe.
Dysk CD-ROM na pierwszy rzut oka nie różni się niczym od dysku kompaktowego. Dysk CD-ROM zawiera jednak dane komputerowe, podobnie jak dyskietka lub twardy dysk, a nie muzykę, jak dysk CD. Podobnie jak dysk kompaktowy, dysk CD-ROM jest odczytywany przez promień lasera biegnący po jego powierzchni. Odbijający się promień lasera jest kierowany przez system pryzmatów i luster do fotodetektora, który rejestruje otrzymywane dane. Mechanizm stacji CD-ROM przetwarza te dane na zrozumiałe dla komputera informacje. Płyty CD-RW mają pojemność kolejno 650 MB, 700 MB, 800 MB, 900 MB.

Na czym polega start komputera?
1. Naciskamy przycisk POWER
2. Zaczyna pracować zasilacz wewnętrzny, rozpędza się dysk twardy
3. Startuje płyta główna, a przede wszystkim program BIOS
4. Po znalezieniu systemu operacyjnego, BIOS oddaje mu kontrolę nad dalszym działaniem
5. System operacyjny ładuje z dysku twardego do pamięci operacyjnej swoje kolejne moduły
6. Następnie ładuje sterowniki
7. System przenosi do RAM interfejs graficzny GUI
8. Komputery pracujące w sieci próbują nawiązać łączność z innymi jednostkami
9. Na zakończenie system uruchamia program rezydentne, wczytuje czcionki, ustawienia i tematy pulpitu oraz program Autostart.