Компьютерное железо - Computer hardware

PDP-11 Плата процессора

Компьютерное железо включает физические части компьютер, такой как дело,[1] центральное процессорное устройство (ЦПУ), монитор, мышь, клавиатура, компьютерное хранилище данных, видеокарта, звуковая карта, компьютерные колонки и материнская плата.[2]

Напротив, программного обеспечения представляет собой набор инструкций, которые могут храниться и выполняться аппаратными средствами. Аппаратное обеспечение называется так, потому что оно "жесткий "или жесткое по отношению к изменениям, тогда как программное обеспечение" мягкое ", потому что его легко изменить.

Программное обеспечение обычно направляет оборудование на выполнение любой команды или инструкция. Комбинация аппаратного и программного обеспечения образует удобный вычисление система, хотя другие системы существуют только с оборудованием.

Архитектура фон Неймана

Основные статьи: Архитектура фон Неймана и Компьютер с хранимой программой
Схема архитектуры фон Неймана

Шаблон для всех современных компьютеров - это Архитектура фон Неймана подробно описано в Бумага 1945 года венгерским математиком Джон фон Нейман. Это описывает архитектуру дизайна для электронного цифровой компьютер с подразделениями блок обработки состоящий из арифметико-логическое устройство и регистры процессора, а устройство управления содержащий регистр инструкций и счетчик команд, а объем памяти хранить как данные, так и инструкции, внешний массовое хранилище, и ввод и вывод механизмы.[3] Значение термина превратилось в компьютер с хранимой программой в котором выборка инструкции и операция с данными не могут выполняться одновременно, потому что они имеют общий автобус. Это называется Узкое место фон Неймана и часто ограничивает производительность системы.[4]

Типы компьютерных систем

Персональный компьютер

Основные аппаратные компоненты современного персонального компьютера, включая монитор, а материнская плата, а ЦПУ, а баран, два карты расширения, а источник питания, привод оптических дисков, а привод жесткого диска, а клавиатура и мышь
Внутри компьютера, изготовленного по индивидуальному заказу: у блока питания внизу есть собственный вентилятор охлаждения

В персональный компьютер является одним из самых распространенных типов компьютеров благодаря своей универсальности и относительно невысокой цене. Настольные персональные компьютеры имеют монитор, а клавиатура, а мышь, а чехол для компьютера. В корпусе компьютера находится материнская плата, фиксированные или съемные диски для хранения данных, блок питания и могут содержать другие периферийные устройства, такие как модемы или сетевые интерфейсы. В некоторых моделях настольных компьютеров монитор и клавиатура интегрированы в один корпус с процессором и блоком питания. Разделение элементов позволяет пользователю расположить компоненты в приятном и удобном массиве за счет прокладки кабелей питания и данных между ними.

Ноутбуки разработаны для портативности, но работают так же, как настольные ПК.[1] Они могут использовать компоненты меньшего энергопотребления или меньшего размера с меньшей производительностью, чем настольный компьютер с аналогичной ценой. [5] Ноутбуки содержат в одном корпусе клавиатуру, дисплей и процессор. Монитор в откидной верхней крышке корпуса можно закрыть для транспортировки, чтобы защитить экран и клавиатуру. Вместо мыши в ноутбуках может быть тачпад или же указательный джойстик.

Таблетки портативный компьютер, который использует сенсорный экран в качестве основного устройства ввода. Планшеты обычно весят меньше и меньше ноутбуков.

Некоторые планшеты оснащены раскладывающейся клавиатурой или предлагают подключение к отдельным внешним клавиатурам. Некоторые модели портативных компьютеров имеют съемную клавиатуру, что позволяет настроить систему как планшет с сенсорным экраном. Их иногда называют «съемными ноутбуками 2-в-1» или «гибридами планшет-ноутбук».[6]

Дело

Основная статья: Чехол для компьютера

В корпусе компьютера находится большинство компонентов системы. Он обеспечивает механическую поддержку и защиту внутренних элементов, таких как материнская плата, дисковые накопители и блоки питания, а также контролирует и направляет поток охлаждающего воздуха по внутренним компонентам. Корпус также является частью системы управления электромагнитными помехами, излучаемыми компьютером, и защищает внутренние части от электростатического разряда. В больших корпусах типа «башня» можно разместить несколько дисководов или других периферийных устройств, и они обычно стоят на полу, в то время как в настольных корпусах остается меньше места для расширения. Дизайн "все в одном" включает в себя видеодисплей, встроенный в тот же корпус. Для портативных и портативных компьютеров требуются чехлы, обеспечивающие защиту устройства от ударов. Любители могут украсить ящики цветными огнями, краской или другими элементами в мероприятии, называемом моддинг корпуса.

Источник питания

Основная статья: Блок питания

Блок питания (PSU) преобразует электрическую энергию переменного тока (AC) в энергию постоянного тока низкого напряжения (DC) для компьютера. Ноутбуки могут работать от встроенной аккумуляторной батареи.[7] Блок питания обычно использует импульсный источник питания (SMPS), с силовые МОП-транзисторы (мощность полевые транзисторы металл – оксид – полупроводник ) используются в преобразователях и схемах регуляторов ИИП.[8]

Материнская плата

Материнская плата компьютера
Основная статья: Материнская плата

Материнская плата - это основной компонент компьютера. Это доска с интегральная схема который соединяет другие части компьютера, включая ЦПУ, то баран, дисководы (CD, DVD, жесткий диск, или любые другие), а также любые периферийные устройства, подключенные через порты или Слоты расширения. В Интегральная схема (IC) чипы в компьютере обычно содержат миллиарды крошечных полевые транзисторы металл – оксид – полупроводник (МОП-транзисторы).[9]

Компоненты, непосредственно прикрепленные к материнской плате или к ней, включают:

Карты расширения

Основная статья: Карта расширения

An карта расширения в вычислительной технике - это печатная плата, которую можно вставить в слот расширения материнской платы компьютера или объединительной платы, чтобы добавить функциональность компьютерной системе через шину расширения. Карты расширения могут использоваться для получения или расширения функций, не предлагаемых материнской платой.

Устройства хранения данных

Основная статья: Хранение компьютерных данных

Запоминающее устройство - это любое вычислительное оборудование и цифровые СМИ который используется для хранения, переноса и извлечения файлов данных и объектов. Он может хранить и хранить информацию как временно, так и постоянно, и может быть внутренним или внешним по отношению к компьютеру, серверу или любому подобному вычислительному устройству. Хранение данных - ключевая функция и фундаментальный компонент компьютеров.

Фиксированные медиа

Данные хранятся на компьютере с использованием различных носителей. Жесткие диски (HDD) можно найти практически во всех старых компьютерах из-за их большой емкости и низкой стоимости, но твердотельные накопители (SSD) быстрее и энергоэффективнее, хотя в настоящее время дороже жестких дисков в пересчете на доллар за гигабайт,[10] поэтому часто встречаются в персональных компьютерах, построенных после 2007 года.[11] SSD используют флэш-память, в котором хранятся данные о MOS память чипсы, состоящие из МОП-транзистор с плавающим затвором ячейки памяти. Некоторые системы могут использовать контроллер дискового массива для большей производительности или надежности.

Съемные медиа

Для передачи данных между компьютерами внешний флэш-память устройство (например, карта памяти или же флешка ) или же оптический диск (например, CD-ROM, DVD-ROM или же BD-ROM ) может быть использовано. Их полезность зависит от возможности чтения другими системами; большинство машин имеют накопитель на оптических дисках (ODD), и практически во всех есть хотя бы один универсальная последовательная шина (USB-порт.

Периферийные устройства ввода и вывода

Основная статья: Периферийный

Вход и выход устройства обычно размещаются снаружи основного корпуса компьютера. Следующее является стандартным или очень распространенным для многих компьютерных систем.

Устройство ввода

Устройства ввода позволяют пользователю вводить информацию в систему или контролировать ее работу. Большинство персональных компьютеров имеют мышь и клавиатура, но в портативных системах обычно используется тачпад вместо мыши. Другие устройства ввода включают веб-камеры, микрофоны, джойстики, и сканеры изображений.

Устройство вывода

Устройства вывода созданы на основе человеческих чувств. Например, мониторы отображать текст, который можно прочитать, компьютерные колонки производить звук, который можно услышать.[12] Такие устройства также могут включать принтеры или Тиснитель Брайля.

Базовый компьютер

Основная статья: Мэйнфрейм компьютер

А универсальный компьютер - это гораздо более крупный компьютер, который обычно заполняет комнату и может стоить в сотни или тысячи раз дороже, чем персональный компьютер. Они предназначены для выполнения большого количества вычислений для правительств и крупных предприятий.

An IBM System z9 мэйнфрейм

Ведомственные вычисления

Основная статья: Миникомпьютер

В 1960-х и 1970-х годах все больше и больше отделов начали использовать более дешевые и специализированные системы для определенных целей, например контроль над процессом и лабораторная автоматизация. А миникомпьютер, или в просторечии мини, это класс меньших компьютеры который был разработан в середине 1960-х[13][14] и продан гораздо дешевле, чем мэйнфрейм[15] и средние компьютеры от IBM и его прямые конкуренты.

Суперкомпьютер

Основная статья: Суперкомпьютер

А суперкомпьютер внешне похож на мэйнфрейм, но вместо этого предназначен для выполнения чрезвычайно сложных вычислительных задач. По состоянию на ноябрь 2019 г., самый быстрый суперкомпьютер на TOP500 список суперкомпьютеров Саммит, в США, с Тест LINPACK оценка 122,3 PFLOPS Свет, примерно на 29 пфлопс.

Термин суперкомпьютер не относится к конкретной технологии. Скорее, он указывает на самые быстрые вычисления, доступные в любой момент времени. В середине 2011 года самые быстрые суперкомпьютеры могли похвастаться скоростью, превышающей один петафлоп, или 1 квадриллион (10 ^ 15 или 1000 триллионов) операций с плавающей запятой в секунду. Суперкомпьютеры быстрые, но чрезвычайно дорогостоящие, поэтому они обычно используются крупными организациями для выполнения вычислений. сложные задачи с большими наборами данных. На суперкомпьютерах обычно работают военные и научные приложения. Хотя они дороги, они также используются в коммерческих приложениях, где необходимо анализировать огромные объемы данных. Например, крупные банки используют суперкомпьютеры для расчета рисков и доходности различных инвестиционных стратегий, а медицинские организации используют их для анализа гигантских баз данных о пациентах для определения оптимального лечения различных заболеваний и проблем, с которыми сталкивается страна.

Апгрейд оборудования

При использовании компьютерного оборудования Обновить означает добавление нового или дополнительного оборудования к компьютеру, которое улучшает его производительность, увеличивает его емкость или добавляет новые функции. Например, пользователь может выполнить обновление оборудования, чтобы заменить жесткий диск с более быстрым или Твердотельный накопитель (SSD), чтобы повысить производительность. Пользователь также может установить больше Оперативная память (RAM), чтобы компьютер мог хранить дополнительные временные данные или получать такие данные с большей скоростью. Пользователь может добавить USB 3.0 карта расширения для полноценного использования устройств USB 3.0 или можно обновить Графический процессор (GPU) для более чистой и продвинутой графики или многого другого мониторы. Выполнение таких обновлений оборудования может потребоваться для устаревших компьютеров, чтобы они соответствовали системным требованиям новой или обновленной программы.

Продажи

Мировая выручка от компьютерного оборудования в 2016 году достигла 408 миллиардов евро.[16]

Переработка отходов

Основная статья: Переработка компьютеров

Поскольку части компьютера содержат опасный материалов, растет движение по переработке старых и устаревших деталей.[17] Компьютерное оборудование содержит опасные химические вещества, такие как свинец, ртуть, никель и кадмий. Согласно EPA эти электронные отходы вредно влияют на среда если они не утилизированы должным образом. Производство оборудования требует энергии, и переработка отходов части уменьшат воздух загрязнение, загрязнение воды, а также выбросы парниковых газов.[18] Утилизация неразрешенного компьютерного оборудования на самом деле незаконна. Законодательство обязывает перерабатывать компьютеры через правительство утвержденные объекты. Утилизацию компьютера можно упростить, убрав некоторые многоразовые детали. Например, баран, DVD-привод, видеокарта, жесткий диск или же SSD, и другие подобные съемные детали можно использовать повторно.

Многие материалы, используемые в компьютерном оборудовании, могут быть переработаны для использования в будущем производстве. Повторное использование банка, кремний, утюг, алюминий, и множество пластмассы которые в большом количестве присутствуют в компьютерах или другой электронике, могут снизить затраты на создание новых систем. Компоненты часто содержат медь, золото, тантал,[19][20] серебро, платина, палладий, и вести а также другие ценные материалы, пригодные для рекультивации.[21][22]

Токсичные компоненты компьютера

В центральное процессорное устройство содержит много токсичных материалов. Он содержит свинец и хром в металлических пластинах. Резисторы, полупроводники, инфракрасные детекторы, стабилизаторы, кабели и провода содержат кадмий. Платы в компьютере содержат ртуть и хром.[23] При неправильной утилизации таких материалов и химикатов они становятся опасными для окружающей среды.

Экологические последствия

Согласно Агентство по охране окружающей среды США только около 15% электронные отходы фактически перерабатывается. Когда побочные продукты электронных отходов выщелачиваются в грунтовые воды, сжигаются или неправильно обрабатываются во время переработки, это причиняет вред. Проблемы со здоровьем, связанные с такими токсинами, включают нарушение умственного развития, рак и повреждение легких, печени и почек.[24] Вот почему даже провода нужно перерабатывать. У разных компаний разные методы переработки проволоки. Самым популярным из них является шлифовальный станок, который отделяет медные провода от пластикового / резинового кожуха. Когда процессы завершены, остаются две разные стопки; один содержит медный порошок, а другой - пластмассовые / резиновые детали.[25] Компьютерные мониторы, мышей, и клавиатуры все они перерабатываются одинаковым образом. Например, сначала каждая из частей разбирается, затем все внутренние части отделяются и помещаются в отдельный контейнер.[26]

Компоненты компьютера содержат много токсичных веществ, например диоксины, полихлорированные бифенилы (Печатные платы), кадмий, хром, радиоактивные изотопы и Меркурий. Типичный компьютерный монитор может содержать более 6% свинца по весу, большая часть которого находится в свинцовое стекло из электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Типичный монитор компьютера с диагональю 15 дюймов (38 см) может содержать 1,5 фунта (1 кг) свинца.[27] но другие мониторы, по оценкам, содержат до 8 фунтов (4 кг) свинца.[28] Печатные платы содержат значительное количество свинцово-оловянных припоев, которые с большей вероятностью попадут в грунтовые воды или создадут загрязнение воздуха из-за сжигания. На свалках в США около 40% уровней содержания свинца приходится на электронные отходы.[29] Обработка (например, сжигание и кислотная обработка), необходимая для регенерации этих ценных веществ, может привести к высвобождению, образованию или синтезу токсичных побочных продуктов.

Утилизация компьютерного оборудования считается экологически безвредной, поскольку предотвращает появление опасных отходов, в том числе тяжелые металлы и канцерогены от попадания в атмосферу, на свалки или в водные пути. Хотя электроника составляет небольшую долю от общего количества образующихся отходов, она гораздо опаснее. Существует строгое законодательство, направленное на обеспечение соблюдения и поощрение экологически рациональной утилизации бытовой техники, наиболее заметной из которых является Директива об отходах электрического и электронного оборудования Евросоюз и Соединенные Штаты Национальный закон об утилизации компьютеров.[30]

Усилия по минимизации отходов компьютерного оборудования

Поскольку компьютерное оборудование содержит внутри большое количество металлов, Соединенные Штаты Агентство по охране окружающей среды (EPA) поощряет сбор и переработку компьютерного оборудования. "Электронный велоспорт ", переработка компьютерного оборудования, относится к безвозмездной передаче, повторному использованию, измельчению и общему сбору использованной электроники. Обычно этот термин относится к процессу сбора, посредничества, разборки, ремонта и переработки компонентов или металлов, содержащихся в использованных или выброшенных электронное оборудование, иначе известное как электронных отходов (электронные отходы). "Электронные велосипеды" включают, помимо прочего: телевизоры, компьютеры, микроволновые печи, пылесосы, телефоны и сотовые телефоны, стереосистемы, видеомагнитофоны и DVD практически все, что имеет шнур, свет или работает от какой-либо батареи. .[31]

Утилизация компьютера упрощается благодаря нескольким национальным службам, например Dell и яблоко. Обе компании заберут себе компьютер своей или любой другой марки. В противном случае компьютер можно передать в дар Computer Aid International это организация, которая перерабатывает и восстанавливает старые компьютеры для больниц, школ, университетов и т. д.[32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Аппаратное обеспечение ПК: руководство для новичков. Осборн / Макгроу-Хилл. стр.21. ISBN  9780072129908.
  2. ^ «Детали компьютера». Microsoft. В архиве из оригинала 27 ноября 2013 г.. Получено 5 декабря 2013.
  3. ^ фон Нейман, Джон (1945). «Первый проект отчета по EDVAC» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 9 августа 2013 г.. Получено 6 декабря 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ Маркграф, Джои Д. (2007). "Узкое место фон Неймана". Архивировано из оригинал 9 июня 2011 г.. Получено 24 августа 2011.
  5. ^ "Настольный компьютер против портативного компьютера". www.computerhope.com. 30 декабря 2019 г.. Получено 15 января 2020.
  6. ^ Чиприани, Джейсон (29 мая 2020 г.). «Лучшие съемные ноутбуки 2-в-1 2020 года: лучшие гибриды планшет-ноутбук». IGN. Получено 20 июля 2020.
  7. ^ "Как долго должна работать батарея ноутбука?". Компьютерная надежда. В архиве из оригинала 21 декабря 2013 г.. Получено 9 декабря 2013.
  8. ^ а б Хардинг, Шарон (17 сентября 2019 г.). «Что такое полевой МОП-транзистор? Основное определение». Оборудование Тома. Получено 7 ноября 2019.
  9. ^ "13 секстиллионов и счет: длинный и извилистый путь к самому часто производимому человеческому артефакту в истории". Музей истории компьютеров. 2 апреля 2018 г.. Получено 28 июля 2019.
  10. ^ Доминго, Джоэл. «SSD против HDD: в чем разница?». PCMag. В архиве из оригинала 19 марта 2017 г.. Получено 24 марта 2017.
  11. ^ Эдвардс, Бендж (17 января 2012 г.). «Эволюция твердотельного накопителя». PCWorld. В архиве из оригинала 25 марта 2017 г.. Получено 24 марта 2017.
  12. ^ Аппаратное обеспечение ПК: руководство для новичков. Осборн / Макгроу-Хилл. 2001. С.20. ISBN  9780072129908.
  13. ^ Хендерсон, Ребекка М .; Ньюэлл, Ричард Г., ред. (2011). Ускорение энергетических инноваций: идеи из разных секторов. Чикаго: Издательство Чикагского университета. п. 180. ISBN  978-0226326832.
  14. ^ Хуанг, Хан-Вэй (2014). Микроконтроллер atme AVR: MEGA и XMEGA в сборке и C. Австралия; Великобритания: Delmar Cengage Learning. п. 4. ISBN  978-1133607298.
  15. ^ Эстабрукс, Морис (1995). Электронные технологии, корпоративная стратегия и мировая трансформация. Вестпорт, Коннектикут: Книги кворума. п.53. ISBN  0899309690.
  16. ^ «Мировой доход от компьютерного оборудования с 2005 по 2016 год». Statista. Получено 15 января 2020.
  17. ^ «Как утилизировать старый компьютер». Цифровые тенденции. 18 декабря 2016. В архиве из оригинала 17 апреля 2017 г.. Получено 18 апреля 2017.
  18. ^ Inc, Крис Кинан - Newtech Recycling. "Newtech Recycling специализируется на утилизации компьютеров, ноутбуков, утилизации настольных компьютеров и утилизации мэйнфреймов и серверов". www.newtechrecycling.com. В архиве из оригинала 29 марта 2017 г.. Получено 18 апреля 2017.
  19. ^ Роберт-Тиссо, Сара (2011). "ТАНТАЛ". Королевский химический институт Австралии. Получено 3 марта 2019.
  20. ^ Падилья, Авраам (февраль 2019 г.). "ТАНТАЛ" (PDF). Геологическая служба США. Получено 3 марта 2019.
  21. ^ Блейвас, Д. (июль 2001 г.). «Устаревшие компьютеры,« золотой рудник »или высокотехнологичный мусор? Восстановление ресурсов после вторичной переработки» (PDF). USGS. Получено 4 марта 2019.
  22. ^ ЛеБлан, Рик. «Электронные устройства - богатый источник драгоценных металлов для переработчиков». Баланс малого бизнеса. Получено 4 марта 2019.
  23. ^ «Токсичные компоненты компьютеров и мониторов». В архиве из оригинала 27 апреля 2017 г.. Получено 26 апреля 2017.
  24. ^ «Что происходит с электронными отходами? - Коалиция за возвращение электроники». В архиве из оригинала 27 апреля 2017 г.. Получено 26 апреля 2017.
  25. ^ «Вторичная переработка проволоки». All-Recycling-Facts.com. В архиве с оригинала 10 июля 2017 г.. Получено 5 мая 2017.
  26. ^ «Утилизация компьютерного оборудования - Основное руководство». КомпьютерЕженедельно. В архиве из оригинала 21 декабря 2016 г.. Получено 8 мая 2017.
  27. ^ Морган, Рассел (21 августа 2006 г.). «Советы и рекомендации по переработке старых компьютеров». SmartBiz. Получено 17 марта 2009.
  28. ^ Ройт, Элизабет (1 августа 2005 г.). «E-gad! Американцы выбрасывают более 100 миллионов компьютеров, мобильных телефонов и других электронных устройств каждый год. По мере накопления« электронных отходов »растет беспокойство по поводу этой растущей угрозы окружающей среде».. Смитсоновский журнал. Смитсоновский институт. Получено 17 марта 2009.
  29. ^ Зубной человек, Джессика. "Что случилось с вашим старым компьютером, который выброшен?". Как это работает.
  30. ^ Национальный закон о переработке компьютеров от 2005 г., H.R. 425, 109-я конг. (2005–2006)
  31. ^ Т. Галло, Даниэль (15 июля 2013 г.). «Общий обзор политики управления электронными отходами в США» (PDF). www.epa.gov. Получено 17 января 2020.
  32. ^ Шофилд, Джек (19 февраля 2015 г.). «Как я могу безопасно утилизировать свои старые ПК?». Хранитель. ISSN  0261-3077. В архиве из оригинала 27 апреля 2017 г.. Получено 26 апреля 2017.

внешняя ссылка