» Как работает компьютер

Как работает компьютер

Из чего состоит компьютер и как он работает? Сведения, приведённые в этом разделе, при повседневной работе с компьютером могут и не понадобиться, однако общее представление о принципе действия компьютера иметь всё же необходимо — это может помочь при решении каких-либо внезапных проблем. Нетерпеливым читателям лучше этот раздел пропустить.

Процессор. Сердцем компьютера без преувеличения можно назвать процессор. Его часто обозначают английской аббревиатурой CPU, т. е. Central Processor Unit. Процессор — это очень сложное устройство, основная функция которого — выполнение программ.

Каждый тип процессора имеет свою систему команд. Что это означает? Дело в том, что процессору могут передаваться специальные числовые последовательности, и в соответствии с некой внутренней таблицей (системой команд) каждое число может быть интерпретировано процессором как некоторая команда. Например, в системе команд процессора PDP-11 двоичное число 0110000001000000 означает «сложить число, находящееся в регистре № 1, с числом, находящимся в регистре № 0, и результат поместить в регистр № 0» (регистр — специальная область процессора для хранения временных данных). В других системах команд то же самое число может интерпретироваться совершенно по-другому или же вообще не означать никакой команды. Поскольку любая программа «поступает» в процессор в виде таких вот двоичных команд, то понятно, что программу, написанную для одного типа процессора, процессор с другой системой команд исполнить не сможет.

Запоминающее устройство. Помимо процессора, важнейшей частью компьютера является запоминающее устройство, или память. Запоминающие устройства условно можно разделить на несколько категорий:

■ ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, которое может быть использовано и для записи, и для чтения данных;

■ ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, в котором хранятся неизменяемые данные.

В ОЗУ могут записываться, например, результаты работы программы для последующего их вывода на какое-либо внешнее устройство. Но если в ПЗУ однажды записанные данные хранятся «вечно», то данные, записанные в ОЗУ, безвозвратно теряются при выключении электропитания.

В английской терминологии, которая сейчас используется очень часто, ПЗУ называется ROM (Read-Only Memory — память только для чтения), а ОЗУ обозначают аббревиатурой RAM (Random Access Memory — память с произвольным доступом). Существует еще особый тип памяти, информация в которой не уничтожается при выключении питания, как и в ПЗУ, но при этом есть еще возможность программной записи данных в эту память (как в ОЗУ, только медленнее). Этот тип памяти ранее почти не использовался, но в последние годы получил распространение. Его называют флэш-памятью (flash memory).

Чтобы процессор мог ориентироваться «на просторах» запоминающего устройства, вся память разделена на так называемые ячейки. Каждая ячейка имеет свой уникальный адрес, причём в качестве адресов используются, естественно, числа. Обычно память организована в виде матрицы, и для обращения к ячейке памяти процессор должен задать номер её столбца и строки. Этим управляют системные сигналы CAS и RAS — именно такие аббревиатуры можно встретить, например, при настройке параметров BIOS, отвечающих за работу с памятью. О том, что такое BIOS, мы ещё поговорим ниже.

Запуск программы. Для того чтобы программа начала работу на компьютере («запустилась»), ее нужно загрузить (записать) с внешнего устройства в оперативную память, целиком или частично. Процессор начинает считывать из оперативной памяти команду за командой и исполнять их. Для этого в нём имеется специальный регистр под названием счётчик команд, который содержит адрес ячейки памяти, где расположена команда, которая будет исполняться следующей. Перед началом работы программы этот регистр содержит адрес ячейки памяти, в которую загружена самая первая команда программы, а во время исполнения каждой команды содержимое счётчика команд автоматически увеличивается. Строго говоря, содержимое счётчика команд обычно увеличивается до исполнения очередной команды.

Конечно, приведённая схема лишь грубо описывает процесс выполнения программы. Современные процессоры способны начинать исполнение новой команды до завершения предыдущей, инициировать исполнение нескольких команд сразу и т. п. Но общий принцип остаётся прежним.

Устройства ввода и вывода информации. Они необходимы компьютеру, чтобы «общаться» с человеком. В качестве основного устройства ввода сейчас применяется клавиатура с буквенно-цифровыми и управляющими клавишами. Каждая клавиша передаёт в компьютер свой уникальный двоичный код, а специальная программа, которая обычно бывает записана в ПЗУ компьютера, преобразует эти коды в вид, приемлемый для использования в программах. А для того, чтобы показать человеку результат работы программы, необходимо какое-либо устройство вывода информации, например экран монитора.
Очень часто, а лучше сказать — почти всегда, результат работы программы требуется сохранить в какой-либо форме, чтобы иметь возможность вернуться к нему в другой раз. Для этого, а также для записи самих текстов программ, то есть программного кода, были придуманы внешние накопители информации. Ранее для этого использовались, например, перфокарты. Может быть, кто-то ещё помнит, как в 80-х годах программы для компьютеров часто записывались на обычные магнитофонные кассеты, а сам магнитофон, таким образом, являлся «внешним накопителем информации». Сейчас для этого, как правило, используются накопители на гибких и жёстких магнитных дисках, а также лазерные оптические диски.

Ну а теперь, уяснив для себя принцип работы компьютера и его основные детали «теоретически» и с некоторой оглядкой в прошлое, попробуем разобраться в той машине, которая стоит на столе у большинства пользователей сегодня. Напомним, что в зависимости от аппаратной платформы и компании-производителя расположение отдельных деталей компьютера может отличаться. Поэтому в дальнейшем мы будем считать, что у пользователя имеется PC в стандартном «вертикальном» корпусе вроде MidiTower.

Реклама

Реклама