Počítačový hardware - Computer hardware

PDP-11 CPU deska

Počítačový hardware zahrnuje fyzické části a počítač, tak jako případ,[1] centrální procesorová jednotka (PROCESOR), monitor, myš, klávesnice, ukládání dat v počítači, grafická karta, zvuková karta, Řečníci a základní deska.[2]

Naproti tomu software je sada pokynů, které lze ukládat a spouštět pomocí hardwaru. Hardware se nazývá, protože je „tvrdý „nebo rigidní s ohledem na změny, zatímco software je„ měkký “, protože se snadno mění.

Hardware je obvykle směrován softwarem k provedení jakéhokoli příkazu nebo návod. Kombinace hardwaru a softwaru tvoří použitelnou výpočetní systém, ačkoli jiné systémy existují pouze s hardwarem.

Von Neumannova architektura

Hlavní články: Von Neumannova architektura a Počítač s uloženým programem
Schéma architektury Von Neumanna

Šablona pro všechny moderní počítače je Von Neumannova architektura, podrobně v a 1945 papír maďarský matematik John von Neumann. To popisuje návrhovou architekturu pro elektroniku digitální počítač s členěním a procesorová jednotka skládající se z aritmetická logická jednotka a registry procesorů, a řídící jednotka obsahující registr instrukcí a počítadlo programů, a Paměť ukládat data i instrukce, externí velké úložiště, a vstup a výstup mechanismy.[3] Význam termínu se vyvinul tak, že znamená a počítač s uloženým programem ve kterém načtení instrukce a datová operace nemohou nastat současně, protože sdílejí společné autobus. Toto se označuje jako Von Neumann úzké místo a často omezuje výkon systému.[4]

Druhy počítačových systémů

Osobní počítač

Základní hardwarové komponenty moderního osobního počítače, včetně a monitor, a základní deska, a procesor, a RAM, dva rozšiřující karty, a zdroj napájení, an optická jednotka, a pevný disk, a klávesnice a a myš
Uvnitř počítače vyrobeného na zakázku: napájecí zdroj ve spodní části má vlastní chladicí ventilátor

The osobní počítač je jedním z nejběžnějších typů počítačů díky své univerzálnosti a relativně nízké ceně. Stolní osobní počítače mají a monitor, a klávesnice, a myš a počítačová skříň. Počítačová skříň drží základní deska, pevné nebo vyměnitelné diskové jednotky pro ukládání dat, napájení a mohou obsahovat další periferní zařízení, jako např modemy nebo síťová rozhraní. Některé modely stolních počítačů integrovaly monitor a klávesnici do stejného pouzdra jako procesor a napájecí zdroj. Oddělení prvků umožňuje uživateli uspořádat komponenty do příjemného a pohodlného pole za cenu správy napájecích a datových kabelů mezi nimi.

Notebooky jsou navrženy pro přenositelnost, ale fungují podobně jako stolní počítače.[1] Mohou používat součásti s nižší spotřebou nebo menší velikostí a s nižším výkonem než stolní počítač s podobnou cenou. [5] Notebooky obsahují klávesnici, displej a procesor v jednom případě. Monitor ve sklopném horním krytu pouzdra lze pro přepravu zavřít, aby byla chráněna obrazovka a klávesnice. Místo myši mohou mít notebooky a touchpad nebo ukazováček.

Tablety jsou přenosný počítač, který používá a Dotyková obrazovka jako primární vstupní zařízení. Tablety obecně váží méně a jsou menší než notebooky.

Některé tablety obsahují rozkládací klávesnice nebo nabízejí připojení k samostatným externím klávesnicím. Některé modely přenosných počítačů mají odnímatelnou klávesnici, která umožňuje konfigurovat systém jako tablet s dotykovou obrazovkou. Někdy se jim říká „odnímatelné notebooky 2 v 1“ nebo „hybridy tablet-notebook“.[6]

Případ

Hlavní článek: Počítačová skříň

Skříň počítače obklopuje většinu komponent systému. Poskytuje mechanickou podporu a ochranu pro vnitřní prvky, jako je základní deska, diskové jednotky a napájecí zdroje, a řídí a směruje tok chladicího vzduchu přes vnitřní součásti. Pouzdro je také součástí systému pro řízení elektromagnetického rušení vyzařovaného počítačem a chrání vnitřní části před elektrostatickým výbojem. Velké skříňové skříně poskytují prostor pro více diskových jednotek nebo jiných periferních zařízení a obvykle stojí na podlaze, zatímco stolní skříně poskytují menší rozšiřující prostor. All-in-one style designy zahrnují video displej zabudovaný do stejného pouzdra. Přenosné a přenosné počítače vyžadují pouzdra zajišťující ochranu jednotky před nárazem. Fandové mohou zdobit pouzdra barevnými světly, barvami nebo jinými prvky při činnosti zvané modifikace případu.

Zdroj napájení

Hlavní článek: Napájecí jednotka

Jednotka napájecího zdroje (PSU) převádí střídavý proud (AC) na střídavý proud na nízkonapěťový stejnosměrný proud pro počítač. Notebooky mohou běžet na vestavěnou dobíjecí baterii.[7] Zdroj obvykle používá a spínaný napájecí zdroj (SMPS), s výkonové MOSFETy (Napájení tranzistory s efektem pole-oxid-polovodičové pole ) používané v obvodech převodníků a regulátorů SMPS.[8]

Základní deska

Základní deska počítače
Hlavní článek: Základní deska

Základní deska je hlavní součástí počítače. Je to deska s integrované obvody který spojuje ostatní části počítače včetně procesor, RAM, diskové jednotky (CD, DVD, pevný disk, nebo jakékoli jiné), jakož i jakákoli periferní zařízení připojená přes porty nebo rozšiřující sloty. The integrovaný obvod (IC) čipy v počítači obvykle obsahují miliardy drobných tranzistory s efektem pole-oxid-polovodičové pole (MOSFETy).[9]

Součásti přímo připojené k části základní desky nebo k ní zahrnují:

Rozšiřující karty

Hlavní článek: Rozšiřující karta

An rozšiřující karta ve výpočetní technice je deska s plošnými spoji, kterou lze vložit do rozšiřujícího slotu základní desky počítače nebo propojovací desky pro přidání funkčnosti do počítačového systému prostřednictvím rozšiřovací sběrnice. Rozšiřující karty lze použít k získání nebo rozšíření funkcí, které základní deska nenabízí.

Úložná zařízení

Hlavní článek: Ukládání počítačových dat

Úložným zařízením je jakýkoli výpočetní hardware a digitální média který se používá k ukládání, portování a extrakci datových souborů a objektů. Může dočasně i trvale uchovávat a ukládat informace a může být interní nebo externí k počítači, serveru nebo jakémukoli podobnému výpočetnímu zařízení. Ukládání dat je základní funkcí a základní součástí počítačů.

Fixní média

Data jsou ukládána počítačem pomocí různých médií. Pevné disky (HDD) se nacházejí prakticky ve všech starších počítačích kvůli jejich vysoké kapacitě a nízkým nákladům, ale disky SSD (SSD) jsou rychlejší a energeticky účinnější, i když v současné době dražší než pevné disky, pokud jde o dolar na gigabajt,[10] takže se často nacházejí v osobních počítačích postavených po roce 2007.[11] SSD disky používají flash paměť, který ukládá data na Paměť MOS čipy skládající se z MOSFET s plovoucí bránou paměťové buňky. Některé systémy mohou používat a řadič diskového pole pro vyšší výkon nebo spolehlivost.

Vyměnitelná média

K přenosu dat mezi počítači externí flash paměť zařízení (například a Paměťová karta nebo USB flash disk ) nebo optický disk (například a CD ROM, DVD-ROM nebo BD-ROM ) může být použit. Jejich užitečnost závisí na tom, zda jsou čitelné jinými systémy; většina strojů má optická jednotka (ODD) a prakticky všechny mají alespoň jednu Universal Serial Bus (USB) port.

Vstupní a výstupní periferie

Hlavní článek: Obvodový

Vstup a výstup zařízení jsou obvykle umístěna externě k hlavnímu šasi počítače. Následující jsou standardní nebo velmi běžné pro mnoho počítačových systémů.

Vstupní zařízení

Vstupní zařízení umožnit uživateli zadávat informace do systému nebo řídit jeho provoz. Většina osobních počítačů má a myš a klávesnice, ale přenosné systémy obvykle používají a touchpad místo myši. Mezi další vstupní zařízení patří webové kamery, mikrofony, joysticky, a skenery obrázků.

Výstupní zařízení

Výstupní zařízení jsou navrženy kolem smyslů lidských bytostí. Například, monitory zobrazit text, který lze číst, Řečníci produkují zvuk, který lze slyšet.[12] Taková zařízení by také mohla zahrnovat tiskaři nebo a Braillovo písmo.

Sálové počítače

Hlavní článek: Sálové počítače

A sálový počítač je mnohem větší počítač, který obvykle zaplní místnost a může stát stovky či tisíckrát tolik jako osobní počítač. Jsou navrženy k provádění velkého počtu výpočtů pro vlády a velké podniky.

An IBM System z9 mainframe

Resortní výpočty

Hlavní článek: Minipočítač

V šedesátých a sedmdesátých letech začalo stále více oddělení používat levnější a specializované systémy pro konkrétní účely, jako je kontrola procesu a laboratorní automatizace. A minipočítačnebo hovorově mini, je třída menších počítače který byl vyvinut v polovině 60. let[13][14] a prodával se za mnohem méně než mainframe[15] a střední počítače z IBM a jeho přímých konkurentů.

Superpočítač

Hlavní článek: Superpočítač

A superpočítač je povrchně podobný sálovému počítači, ale je určen pro extrémně náročné výpočetní úlohy. Od listopadu 2019, nejrychlejší superpočítač na internetu TOP500 seznam superpočítačů je Summit, ve Spojených státech, s a Benchmark LINPACK skóre 122,3 PFLOPS Světlo, přibližně 29 PFLOPS.

Termín superpočítač se nevztahuje na konkrétní technologii. Spíše označuje nejrychlejší výpočty dostupné v daném okamžiku. V polovině roku 2011 se nejrychlejší superpočítače chlubí rychlostmi přesahujícími jeden petaflop nebo 1 kvadrillion (10 ^ 15 nebo 1 000 bilionů) operací s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu. Superpočítače jsou rychlé, ale extrémně nákladné, takže je obvykle používají velké organizace k provádění výpočtů náročné úkoly zahrnující velké soubory dat. Superpočítače obvykle provozují vojenské a vědecké aplikace. Ačkoli jsou nákladné, používají se také pro komerční aplikace, kde je třeba analyzovat obrovské množství dat. Například velké banky používají superpočítače k ​​výpočtu rizik a výnosů různých investičních strategií a zdravotnické organizace je používají k analýze obrovských databází údajů o pacientech k určení optimální léčby různých nemocí a problémů, které v zemi vznikají.

Upgrade hardwaru

Pokud používáte počítačový hardware, vylepšit znamená přidání nového nebo dalšího hardwaru k počítači, který zvyšuje jeho výkon, zvyšuje jeho kapacitu nebo přidává nové funkce. Uživatel by například mohl provést upgrade hardwaru a nahradit jej pevný disk s rychlejším nebo Jednotka SSD (SSD) pro zvýšení výkonu. Uživatel může také nainstalovat více Paměť s náhodným přístupem (RAM), aby počítač mohl ukládat další dočasná data nebo je načítat rychleji. Uživatel může přidat a USB 3.0 rozšiřující karta plně využívat zařízení USB 3.0 nebo upgradovat Jednotka grafického zpracování (GPU) pro čistší, pokročilejší grafiku nebo více monitory. Provedení těchto upgradů hardwaru může být nutné u starších počítačů, aby byly splněny nové nebo aktualizované systémové požadavky programu.

Odbyt

Globální tržby z počítačového hardwaru v roce 2016 dosáhly 408 miliard eur.[16]

Recyklace

Hlavní článek: Recyklace počítačů

Protože součásti počítače obsahují nebezpečný materiálů, roste trend recyklace starých a zastaralých dílů.[17] Počítačový hardware obsahuje nebezpečné chemikálie, jako jsou: olovo, rtuť, nikl a kadmium. Podle EPA tyto elektronické odpady mají škodlivý účinek na životní prostředí pokud nejsou řádně zlikvidovány. Výroba hardwaru vyžaduje energii a recyklace části sníží vzduch znečištění, znečištění vody a emise skleníkových plynů.[18] Likvidace neoprávněného počítačového vybavení je ve skutečnosti nezákonná. Legislativa stanoví, že je to povinné recyklovat počítače prostřednictvím vláda schválená zařízení. Recyklaci počítače lze usnadnit vyjmutím určitých opakovaně použitelných součástí. Například RAM, DVD mechanika, grafická karta, pevný disk nebo SSD a další podobné odnímatelné části lze znovu použít.

Mnoho materiálů používaných v počítačovém hardwaru lze získat recyklací pro použití v budoucí výrobě. Opětovné použití cín, křemík, žehlička, hliník a různé plasty které jsou hromadně přítomny v počítačích nebo jiné elektronice, mohou snížit náklady na konstrukci nových systémů. Komponenty často obsahují měď, zlato, tantal,[19][20] stříbrný, Platina, palladium, a Vést stejně jako další cenné materiály vhodné pro rekultivaci.[21][22]

Toxické počítačové komponenty

The centrální procesorová jednotka obsahuje mnoho toxických materiálů. Obsahuje olovo a chrom v kovových deskách. Rezistory, polovodiče, infračervené detektory, stabilizátory, kabely a vodiče obsahují kadmium. Desky s plošnými spoji v počítači obsahují rtuť a chrom.[23] Při nesprávné likvidaci těchto typů materiálů a chemikálií hrozí nebezpečí pro životní prostředí.

Účinky na životní prostředí

Podle Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států pouze kolem 15% elektronický odpad ve skutečnosti je recyklován. Když se vedlejší produkty elektronického odpadu vyluhují do podzemních vod, spalují se nebo se s nimi špatně zachází během recyklace, způsobí to škodu. Mezi zdravotní problémy spojené s takovými toxiny patří zhoršený duševní vývoj, rakovina a poškození plic, jater a ledvin.[24] Proto je nutné recyklovat i dráty. Různé společnosti mají různé techniky recyklace drátu. Nejoblíbenější je drtič, který odděluje měděné dráty od plastového / gumového pouzdra. Po dokončení procesů zbývají dvě různé hromádky; jeden obsahující měděný prášek a druhý obsahující kousky plastu / gumy.[25] Počítačové monitory, myši, a klávesnice všechny mají podobný způsob recyklace. Například nejprve je každá z částí rozebrána, potom jsou všechny vnitřní části odděleny a umístěny do vlastního koše.[26]

Počítačové komponenty obsahují mnoho toxických látek, např dioxiny, polychlorované bifenyly (PCB), kadmium, chrom, radioaktivní izotopy a rtuť. Typický počítačový monitor může obsahovat více než 6% hmotnostních olova, z nichž většina je v olovnaté sklo z katodová trubice (CRT). Typický monitor počítače s úhlopříčkou 15 palců (38 cm) může obsahovat 1 kg olova[27] ale u jiných monitorů se odhaduje, že mají až 8 liber (4 kg) olova.[28] Desky s plošnými spoji obsahují značné množství pájek s obsahem olova a cínu, u nichž je větší pravděpodobnost, že se vyluhují do podzemních vod nebo se vytvoří znečištění ovzduší kvůli spalování. Na amerických skládkách přibližně 40% obsahu olova pochází z elektronického odpadu.[29] Zpracování (např. Spalování a zpracování kyselinou) potřebné k regeneraci těchto vzácných látek může uvolňovat, generovat nebo syntetizovat toxické vedlejší produkty.

Recyklace počítačového hardwaru je považována za ekologickou, protože brání nebezpečnému odpadu, včetně těžké kovy a karcinogeny, ze vstupu do atmosféry, na skládku nebo do vodních cest. I když elektronika tvoří malý zlomek celkového vyprodukovaného odpadu, je mnohem nebezpečnější. Existují přísné právní předpisy určené k prosazování a podpoře udržitelné likvidace spotřebičů, nejpozoruhodnější je směrnice o odpadu z elektrických a elektronických zařízení z Evropská unie a Spojené státy Národní zákon o recyklaci počítačů.[30]

Úsilí o minimalizaci plýtvání počítačovým hardwarem

Protože počítačový hardware obsahuje velké množství kovů uvnitř, Spojené státy Agentura na ochranu životního prostředí (EPA) podporuje sběr a recyklaci počítačového hardwaru. "E-cyklistika ", recyklace počítačového hardwaru, odkazuje na darování, opětovné použití, skartaci a obecný sběr použité elektroniky. Obecně se tento termín vztahuje na proces sběru, zprostředkování, demontáže, opravy a recyklace součástí nebo kovů obsažených v použitých nebo vyřazených elektronické zařízení, jinak známé jako elektronický odpad (elektronický odpad). Mezi položky typu „E-cyklovatelné“ patří mimo jiné: televize, počítače, mikrovlnné trouby, vysavače, telefony a mobilní telefony, stereofonní systémy, videorekordéry a DVD téměř vše, co má kabel, světlo nebo baterii .[31]

Recyklaci počítače usnadňuje několik vnitrostátních služeb, například Dell a Jablko. Obě společnosti vezmou zpět počítač své značky nebo jakékoli jiné značky. Jinak lze počítač darovat Computer Aid International což je organizace, která recykluje a renovuje staré počítače pro nemocnice, školy, univerzity atd.[32]

Viz také

Reference

  1. ^ A b PC hardware: průvodce pro začátečníky. Osborne / McGraw-Hill. str.21. ISBN  9780072129908.
  2. ^ „Části počítače“. Microsoft. Archivováno z původního dne 27. listopadu 2013. Citováno 5. prosince 2013.
  3. ^ von Neumann, John (1945). „První návrh zprávy o EDVAC“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 9. srpna 2013. Citováno 6. prosince 2013. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  4. ^ Markgraf, Joey D. (2007). „Zúžení Von Neumann“. Archivovány od originál dne 9. června 2011. Citováno 24. srpna 2011.
  5. ^ „Stolní počítač vs. přenosný počítač“. www.computerhope.com. 30. prosince 2019. Citováno 15. ledna 2020.
  6. ^ Cipriani, Jason (29. května 2020). „Nejlepší odnímatelné notebooky 2 v 1 do roku 2020: nejlepší hybridy tabletů a notebooků“. IGN. Citováno 20. července 2020.
  7. ^ „Jak dlouho by měla baterie notebooku vydržet?“. Počítačová naděje. Archivováno z původního dne 21. prosince 2013. Citováno 9. prosince 2013.
  8. ^ A b Harding, Scharon (17. září 2019). „Co je MOSFET? Základní definice“. Tomův hardware. Citováno 7. listopadu 2019.
  9. ^ „13 Sextillion & Counting: The Long & Winding Road to the most Frequently Made Made Human Artifact in History“. Muzeum počítačové historie. 2. dubna 2018. Citováno 28. července 2019.
  10. ^ Domingo, Joel. „SSD vs. HDD: Jaký je rozdíl?“. PCMag. Archivováno z původního dne 19. března 2017. Citováno 24. března 2017.
  11. ^ Edwards, Benj (17. ledna 2012). „Vývoj disku SSD“. PCWorld. Archivováno z původního dne 25. března 2017. Citováno 24. března 2017.
  12. ^ PC hardware: průvodce pro začátečníky. Osborne / McGraw-Hill. 2001. str.20. ISBN  9780072129908.
  13. ^ Henderson, Rebecca M .; Newell, Richard G., eds. (2011). Urychlení energetické inovace: poznatky z různých odvětví. Chicago: University of Chicago Press. p. 180. ISBN  978-0226326832.
  14. ^ Huang, Han-Way (2014). Mikrokontrolér atme AVR: MEGA a XMEGA v sestavě a C.. Austrálie; Spojené království: Delmar Cengage Learning. p. 4. ISBN  978-1133607298.
  15. ^ Estabrooks, Maurice (1995). Elektronické technologie, podniková strategie a transformace světa. Westport, Conn .: Knihy kvora. p.53. ISBN  0899309690.
  16. ^ „Globální tržby z počítačového hardwaru od roku 2005 do roku 2016“. Statista. Citováno 15. ledna 2020.
  17. ^ „Jak recyklovat starý počítač“. Digitální trendy. 18. prosince 2016. Archivováno z původního dne 17. dubna 2017. Citováno 18. dubna 2017.
  18. ^ Inc, Chris Keenan - Newtech Recycling. „Newtech Recycling se specializuje na likvidaci počítačů, notebooků, stolních počítačů a mainframů a serverů.“. www.newtechrecycling.com. Archivováno z původního dne 29. března 2017. Citováno 18. dubna 2017.
  19. ^ Robert-Tissot, Sarah (2011). „TANTALUM“. Královský australský chemický institut. Citováno 3. března 2019.
  20. ^ Padilla, Abraham (únor 2019). „TANTALUM“ (PDF). Spojené státy geologický průzkum. Citováno 3. března 2019.
  21. ^ Bleiwas, D (červenec 2001). „Zastaralé počítače“, „Zlatý důl“ nebo High-Tech Trash? Obnova zdrojů po recyklaci “ (PDF). USGS. Citováno 4. března 2019.
  22. ^ LeBlanc, Rick. „Elektronická zařízení jsou pro recyklační firmy bohatým zdrojem drahých kovů“. Balance Small Business. Citováno 4. března 2019.
  23. ^ „Toxické součásti počítačů a monitorů“. Archivováno z původního dne 27. dubna 2017. Citováno 26. dubna 2017.
  24. ^ „Co se děje s elektronickým odpadem? - Electronics TakeBack Coalition“. Archivováno z původního dne 27. dubna 2017. Citováno 26. dubna 2017.
  25. ^ „Recyklace drátu“. All-Recycling-Facts.com. Archivováno z původního dne 10. července 2017. Citováno 5. května 2017.
  26. ^ „Recyklace počítačového vybavení - základní průvodce“. Počítačový týden. Archivováno z původního dne 21. prosince 2016. Citováno 8. května 2017.
  27. ^ Morgan, Russell (21. srpna 2006). „Tipy a triky pro recyklaci starých počítačů“. SmartBiz. Citováno 17. března 2009.
  28. ^ Royte, Elizabeth (1. srpna 2005). „E-gad! Američané každý rok zlikvidují více než 100 milionů počítačů, mobilních telefonů a dalších elektronických zařízení. Jak se hromadí„ elektronický odpad “, roste i obava z rostoucí hrozby pro životní prostředí.“. Smithsonian Magazine. Smithsonian Institution. Citováno 17. března 2009.
  29. ^ Toothman, Jessika. „Co se stane s vaším vyřazeným starým počítačem?“. Jak věci fungují.
  30. ^ Národní zákon o recyklaci počítačů z roku 2005, H.R. 425, 109. Cong. (2005–2006)
  31. ^ T. Gallo, Daniel (15. července 2013). „Široký přehled zásad nakládání s elektronickým odpadem v USA“ (PDF). www.epa.gov. Citováno 17. ledna 2020.
  32. ^ Schofield, Jack (19. února 2015). „Jak mohu bezpečně recyklovat své staré počítače?“. Opatrovník. ISSN  0261-3077. Archivováno z původního dne 27. dubna 2017. Citováno 26. dubna 2017.

externí odkazy