Hvordan fungerer en datamaskin og hva er inni?

Datamaskiner har utviklet seg fra enkle enheter til en stift fra det 21. århundre på bare noen få tiår. Men til tross for at det er en relativt ny teknologi, har de fleste ingen anelse om hvordan et enkelt rektangel er – lite nok til å passe ryggsekken din – er i stand til alt fra kompleks matematikk til å spille av video, lyd og løpe sofistikert programvare.

Så hvordan fungerer en datamaskin, og hvilke komponenter trenger du for å lage en?

Hva er en datamaskin?

En datamaskin er en programmerbar elektronisk enhet som er i stand til å behandle informasjon. Sammensatt av maskinvare og programvare opererer datamaskiner på to nivåer: de mottar data gjennom en inngangsrute, enten live eller gjennom en digital lagringsenhet, og sender ut en utgang.

Moderne datamaskiner bør ikke blandes sammen med den utdaterte jobben til datamaskiner på 1800-tallet. Mens de begge utfører lange og kjedelige matematiske beregninger og informasjonsbehandling, er den ene en person, og den andre er en maskin.

Hvordan fungerer en datamaskin?

En datamaskin behandler input for å produsere ønsket output, men hvordan utkonkurrerer en maskin den menneskelige hjernen?

Konvensjonelle datamaskiner prøver ikke å etterligne den menneskelige hjernen. I stedet kjører de kommandoer sekvensielt, med data som hele tiden beveger seg fra inngang og minne til enhetens prosessor. Nevromorfe datamaskiner på den annen side behandler data samtidig, noe som gjør dem raskere, energieffektive og nærmere strukturen til den menneskelige hjernen.

Totalt sett fungerer en datamaskin i fire trinn:

1. Inndata: Inndata er data før behandling. Den kommer fra musen, tastaturet, mikrofonen og andre eksterne sensorer.
2. Oppbevaring: Lagringen er hvordan datamaskinen beholder inndata. Harddisken brukes til langtids- og masselagring av data, mens datasettet for umiddelbar behandling lagres midlertidig i Random Access Memory (RAM).
3. Behandling: Behandling er der input blir transformert til output. Datamaskinens Central Processing Unit (CPU) er hjernen. Den er ansvarlig for å utføre instruksjoner og utføre matematiske operasjoner på inndataene.
4. Produksjon: Utdata er det endelige resultatet av databehandling. Det kan være alt fra bilder, video eller lydinnhold, til og med ordene du skriver ved hjelp av et tastatur. Du kan også motta utdataene gjennom en skriver eller en projektor i stedet for direkte gjennom enheten.

Maskinvarekomponentene til en datamaskin

Jo enklere oppgaven en datamaskin må utføre, jo lettere er den å bygge. Derfor eldre datamaskiner er forenklede sammenlignet med sine moderne kolleger, med begrensede muligheter.

Maskinvarekomponentene er alt du fysisk kan berøre og se i en datamaskin, inkludert alle inngangs- og utdataenheter fra tastaturer, mikrofoner og mus til skjermer og høyttalere.

Maskinvare er også de fysiske prosesseringsdelene som lagring, CPU, grafikkort, lydkort, RAM og hovedkort, som alle spiller en viktig rolle i moderne datamaskiner.

Hovedkort

Hovedkortet er den primære kommunikasjonshuben mellom datamaskinens maskinvarekomponenter. Det er hovedkretsen der alt må fysisk kobles til – bortsett fra de som er avhengige av Bluetooth eller Wi-Fi. Uten hovedkort er det umulig å ha en fungerende moderne datamaskin.

prosessor

Hvis hovedkortet er kommunikasjonshuben, er CPU kommunikasjonsdirektøren. Den mottar og tolker input og instruksjoner og sender ut signaler til andre komponenter om nøyaktig hva som skal gjøres med dataene for ønsket utgang. Jo flere kjerner en CPU har, jo flere operasjoner kan den utføre samtidig.

RAM

RAM er CPU-ens viktigste assistent. I stedet for å måtte fiske etter data i en betydelig stor lagringsenhet, lagrer RAM dataene som brukes av operativsystemet, eventuell kjørende programvare og innkommende input. Jo større kapasiteten til RAM-en er, desto mer tyngre programvare kan den kjøre uten å redusere hastigheten på enheten.

HDD/SSD

HDD står for Hard Disk Drive. Det er komponenten som permanent lagrer media og apper, inkludert operativsystemet (OS). De varierer i størrelse og ytelse fra noen få hundre gigabyte (GB) til flere terabyte (TB).

Du kan også støte på Solid State Drives (SSD-er), som er en annen type lagringsmaskinvare. SSD-er og HDD-er er nyttige for forskjellige ting, og mange brukere kombinerer stasjoner for å maksimere ytelsen.

Grafikkbehandlingsenhet

Graphics Processing Unit (GPU) er dedikert til å behandle visuelle bilder på datamaskinen din. Kraftige GPUer er avgjørende for å gjengi bilder og grafikk av høy kvalitet eller spille videospill. Grafikkbehandling kan enten være sine egne komponenter eller være integrert med CPU.

Lydkort

Lydkort er ansvarlige for å behandle hørselsdata og sende dem til høyttalerne dine. På samme måte kan lydkortet enten være et separat stykke eller integrert med CPU.

Programvarekomponentene til en datamaskin

Moderne datamaskiner bruker en kombinasjon av maskinvare- og programvarekomponenter som jobber sammen for å behandle komplekse innganger og utganger.

Programvare er en forhåndsskrevet samling av instruksjoner som forteller datamaskinen din hva du skal gjøre. Det er et digitalt program, ikke en fysisk komponent som kan sees når du åpner dekselet på en datamaskin eller bærbar PC.

Og i likhet med maskinvaren din, utfører forskjellige typer programvare forskjellige roller i hvordan datamaskinen din fungerer.

Fastvare

Firmware er der grensen mellom maskinvare og programvare blir uklar. Det er programvare som er fysisk etset inn i en maskinvare.

Firmware er det første som starter datamaskinen din når du slår den på, et enkelt program som instruerer datamaskinen din til å starte operativsystemet. Uten det vil ikke datamaskinen starte operativsystemet eller andre komponenter, og du vil sitte fast med maskinvare du ikke kan kommunisere med.

Operativsystem (OS)

Et operativsystem er et stykke programvare som administrerer datamaskinens maskinvare- og programvareressurser. På samme måte, uten et OS, kan du ikke kommunisere med datamaskinen din selv ved å bruke inndataenhetene dine.

Fremtiden til datamaskiner

Datamaskiner som følger den sekvensielle prosesseringsmodellen vil bare bli billigere, mindre, raskere og mer effektive. Imidlertid er konvensjonell datadesign og arkitektur nå sin grense. I stedet kan du forvente en økning i moderne dataarkitektur som ikke er avhengig av teknologi først designet for over 50 år siden, fra utsiktene til nevromorfe datamaskiner til mer tilgjengelige Quantum datamaskiner.

Nanodatabehandling: Kan datamaskiner virkelig være mikroskopiske?

Datamaskiner blir mindre, men vil de noen gang bli så små at de er usynlige for det blotte øye?

Les Neste

Om forfatteren