Сегодняшние компьютеры существуют в множестве разных форматов — десктопы, ноутбуки, смартфоны, беспилотники, умные часы и даже чайники. У всех этих устройств, какими бы разными они ни были, один и тот же принцип действия, который и позволяет им выполнять предписанную задачу. Сегодня мы расскажем, как работает любое компьютерное устройство и какие функциональные элементы лежат в их основе. Без этих знаний учиться программированию невозможно, поскольку создавать эффективные программы можно только с пониманием внутренней механики компьютера.
Если разобраться, любой компьютер — это просто очень умный калькулятор. Слово to compute в переводе с английского и означает «вычислять». Но если обычный калькулятор справляется лишь с некоторыми математическими операциями, то компьютер умеет применять результаты своих расчетов для выполнения команд. Сами по себе эти команды достаточно простые — возьми данные оттуда, поработай с ними здесь, сохрани сюда. Но поскольку компьютер за секунду выполняет миллиарды таких команд, из таких простых кирпичиков удается создавать невероятные дворцы.
Базовые функции компьютера
Всю работу компьютера можно разбить на четыре функции:
- Получить информацию
- Сохранить ее в памяти
- Обработать данные
- Предоставить результат
Какое бы электронное устройство вы ни взяли, оно всегда работает по этому принципу. Обычный компьютер получает информацию с клавиатуры, флешек или CD. Планшет считывает прикосновения к экрану. Для фитнес-бластета источником данных становится ваш пульс, а для дрона — джойстик в руках оператора.
Получив данные в пригодном для работы формате, устройство записывает их в память. После этого их с ними можно работать. Чтобы разобраться, что нужно сделать с информацией, компьютер обращается к программе и четко, шаг за шагом, выполняет прописанные там инструкции. После этого он выдает результат — выводит картинку или текст на экран, запускает какую-то функцию или дополнительную программу. Результатом работы дрона будет полет в указанном направлении. В Интернете клик мыши по ссылке (это тоже способ введения данных) приводит к отправке данных с одного компьютера на другой — таков результат работы браузера.
Компьютеров много — принцип один
Разные устройства используют разные программы, написанные на разных языках — все зависит от цели, которому служит то или иное устройство. Когда вы учитесь программированию, вы знакомитесь с этими языками и узнаете, какие из них лучше всего подходят для тех или иных задач.
Одни языки применяются, чтобы управлять самыми мелкими элементами компьютерного устройства. Другие работают на уровне операционной системы, третьи позволяют создавать веб-сайты или приложения. Подробнее об этих различиях мы рассказывали в статье «Какие бывают языки программирования». Главное, что нужно понимать — любая программа на любом языке программирования, хоть на Python, хоть на Scratch, позволяет компьютеру выполнять действия в определенном порядке, обрабатывая данные и предоставляя нужный программисту результат.
Внутреннее устройство компьютера
Теперь заглянем внутрь обычного компьютера и разберемся, из каких частей он состоит.
Материнская плата
Все составные части компьютера, которые обеспечивают его работу, подсоединяются к материнской плате. Это их общее рабочее пространство, которое позволяет разным функциональным элементам обмениваться данными. Материнская плата устроена таким образом, чтобы у каждой детали было свое собственное место, в которое нельзя воткнуть неподходящий блок.
Процессор
Главный элемент любого компьютера, который организует работу всех остальных устройств в его составе.
Именно процессор читает данные из памяти, разбирается, что нужно сделать по написанной программе, командует и управляет. Мы подробно разбирали его работу в статье «Как устроен процессор».
Оперативная память
В этих планках хранятся данные, к которым процессор обращается в процессе работы. Чем больше оперативной памяти, тем больше места для хранения и тем дольше компьютер может работать под тяжелой нагрузкой. Данные в оперативной памяти уничтожаются при выключении, поэтому перезагрузка иногда помогает ускорить работу компьютера.
Жесткий диск
Если какая-то информация нужна компьютеру постоянно, ее размещают на жестком диске. Здесь хранится операционная система, установленные программы, кино, музыка и прочий контент. На сегодняшний день самыми распространенные являются магнитные жесткие диски, как на фото. Они записывают данные на крутящиеся пластины и считывают их с помощью головок, висящих над пластинами на расстоянии в несколько нанометров. У такой технологии много недостатков — данные записываются в разные участки пластины, поэтому компьютеру приходится тратить время на поиск, головка может повредить поверхность пластин из-за тряски, сам диск сильно шумит при работе и занимает много места. Наиболее современные жесткие диски, которые называются твердотельными, построены на более надежной технологии, используя микросхемы памяти. Пока такие накопители проигрывают конкуренцию магнитным из-за высокой цены, но будущее наверняка за ними.
Специальные карты
Чаще всего в компьютере также присутствуют карты, которые отвечают за какие-то отдельные функции: обработку видео и аудио, сетевые соединения. Эти элементы принимают от процессора на исполнение специфические задачи по своему профилю, разгружая его и обеспечивая лучшее качество работы. Однако бюджетные компьютеры или устройства, которым не требуется максимальная производительность, могут обходиться и без таких элементов.
