Sprzęt komputerowy - Computer hardware

Płyta procesora PDP-11

Sprzęt komputerowy obejmuje fizyczne części na komputerze , takich jak sprawy , jednostki centralnej (CPU), monitora , myszy , klawiatury , pamięć komputerowa , karta graficzna , karta dźwiękowa , głośniki i płyty głównej .

Natomiast oprogramowanie jest zbiorem instrukcji, które mogą być przechowywane i prowadzone przez sprzęt. Sprzęt jest określany tak, ponieważ jest „ twardy ” lub sztywny w odniesieniu do zmian, podczas gdy oprogramowanie jest „miękkie”, ponieważ łatwo je zmienić.

Sprzęt jest zazwyczaj kierowany przez oprogramowanie w celu wykonania dowolnego polecenia lub instrukcji . Połączenie sprzętu i oprogramowania tworzy użyteczny system obliczeniowy , chociaż inne systemy istnieją tylko ze sprzętem.

Architektura von Neumanna

Schemat architektury von Neumanna

Szablonem dla wszystkich nowoczesnych komputerów jest architektura Von Neumanna , szczegółowo opisana w artykule węgierskiego matematyka Johna von Neumanna z 1945 roku . Opisuje architekturę projektu elektronicznego komputera cyfrowego z podziałami jednostki przetwarzającej składającej się z jednostki arytmetyczno - logicznej i rejestrów procesora , jednostki sterującej zawierającej rejestr instrukcji i licznik programu , pamięci do przechowywania zarówno danych jak i instrukcji , zewnętrznej pamięci masowej , oraz mechanizmy wejścia i wyjścia . Znaczenie tego terminu ewoluowało i oznacza komputer z programem przechowywanym, w którym pobieranie instrukcji i operacja na danych nie mogą zachodzić w tym samym czasie, ponieważ mają wspólną magistralę . Nazywa się to wąskim gardłem Von Neumanna i często ogranicza wydajność systemu.

Rodzaje systemów komputerowych

Komputer osobisty

Podstawowe elementy sprzętowe komputera osobistego, w tym monitor , płyta główna , procesor , pamięć RAM , dwie karty rozszerzeń , zasilacz , napęd optyczny , dysk twardy , klawiatura i mysz
Wewnątrz specjalnie zbudowanego komputera: zasilacz na dole ma własny wentylator chłodzący

Komputer osobisty jest jednym z najczęstszych rodzajów komputera ze względu na jego wszechstronność i stosunkowo niską ceną. Komputery stacjonarne mają monitor , klawiaturę , mysz i obudowę . Obudowa komputera zawiera płytę główną , stałe lub wymienne dyski twarde do przechowywania danych, zasilacz i może zawierać inne urządzenia peryferyjne, takie jak modemy lub interfejsy sieciowe. Niektóre modele komputerów stacjonarnych integrowały monitor i klawiaturę w tej samej obudowie, co procesor i zasilacz. Separacja elementów pozwala użytkownikowi na ułożenie elementów w przyjemnej, wygodnej szyku, kosztem zarządzania kablami zasilającymi i do transmisji danych między nimi.

Laptopy zostały zaprojektowane z myślą o przenoszeniu, ale działają podobnie do komputerów stacjonarnych. Mogą używać komponentów o mniejszej mocy lub mniejszych rozmiarach, o niższej wydajności niż komputer stacjonarny o podobnej cenie. Laptopy zawierają klawiaturę, wyświetlacz i procesor w jednej obudowie. Monitor w składanej górnej pokrywie obudowy można zamknąć na czas transportu, aby chronić ekran i klawiaturę. Zamiast myszy laptopy mogą mieć touchpad lub drążek wskazujący .

Tablety to komputery przenośne, w których głównym urządzeniem wejściowym jest ekran dotykowy . Tablety generalnie ważą mniej i są mniejsze niż laptopy.

Niektóre tablety są wyposażone w rozkładane klawiatury lub oferują połączenia z oddzielnymi klawiaturami zewnętrznymi. Niektóre modele laptopów mają odłączaną klawiaturę, dzięki czemu system można skonfigurować jako tablet z ekranem dotykowym. Są one czasami nazywane „odłączanymi laptopami 2 w 1” lub „hybrydami tablet-laptop”.

Sprawa

Obudowa komputera zawiera większość elementów systemu. Zapewnia wsparcie mechaniczne i ochronę elementów wewnętrznych, takich jak płyta główna, napędy dysków i zasilacze, a także kontroluje i kieruje przepływem powietrza chłodzącego nad podzespołami wewnętrznymi. Obudowa jest również częścią systemu kontroli zakłóceń elektromagnetycznych emitowanych przez komputer i chroni części wewnętrzne przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Obudowy o dużej wieży zapewniają miejsce na wiele dysków lub innych urządzeń peryferyjnych i zwykle stoją na podłodze, podczas gdy obudowy do komputerów stacjonarnych zapewniają mniej miejsca na rozbudowę. Projekty typu „wszystko w jednym” obejmują wyświetlacz wideo wbudowany w tę samą obudowę. Komputery przenośne i laptopy wymagają obudów, które zapewniają ochronę urządzenia przed uderzeniami. Hobbyści mogą ozdabiać obudowy kolorowymi światłami, farbami lub innymi elementami w ramach czynności zwanej modowaniem obudowy .

Zasilacz

Zasilacz (PSU) przekształca prąd zmienny (AC) na prąd stały (DC) niskiego napięcia dla komputera. Laptopy mogą działać na wbudowanym akumulatorze. Zasilacz zazwyczaj wykorzystuje zasilacz impulsowy (SMPS), z tranzystorami mocy MOSFET ( tranzystory polowe typu metal-oxide-semiconductor ) stosowanymi w konwerterach i obwodach regulatora zasilacza SMPS.

Płyta główna

Płyta główna komputera

Płyta główna jest głównym elementem komputera. Jest to płytka ze zintegrowanymi obwodami, która łączy inne części komputera, w tym procesor , pamięć RAM , napędy dysków ( CD , DVD , dysk twardy lub inne ) oraz wszelkie urządzenia peryferyjne podłączone przez porty lub gniazda rozszerzeń . Układy scalone (IC) w komputerze zazwyczaj zawierają miliardy maleńkich tranzystorów polowych typu metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET).

Komponenty bezpośrednio przymocowane do lub do części płyty głównej obejmują:

Karty rozszerzeń

Karty rozszerzeń w informatyce jest płytka drukowana, która może być włożona do gniazda ekspansji płycie głównej komputera lub płyty montażowej, aby dodać funkcjonalność do systemu komputerowego za pośrednictwem magistrali rozszerzeń. Karty rozszerzeń można wykorzystać do uzyskania lub rozszerzenia funkcji nieoferowanych przez płytę główną.

Urządzenia pamięci masowej

Urządzenie pamięci masowej to dowolny sprzęt komputerowy i nośnik cyfrowy używany do przechowywania, przenoszenia i wyodrębniania plików i obiektów danych. Może przechowywać i przechowywać informacje zarówno tymczasowo, jak i na stałe oraz może znajdować się wewnątrz lub na zewnątrz komputera, serwera lub dowolnego podobnego urządzenia komputerowego. Przechowywanie danych jest podstawową funkcją i podstawowym elementem komputerów.

Naprawiono media

Dane są przechowywane przez komputer przy użyciu różnych nośników. Dyski twarde (HDD) znajdują się praktycznie we wszystkich starszych komputerach, ze względu na ich dużą pojemność i niski koszt, ale dyski półprzewodnikowe (SSD) są szybsze i bardziej energooszczędne, chociaż obecnie są droższe niż dyski twarde w przeliczeniu na dolara za sztukę. gigabajtów, więc często można je znaleźć w komputerach osobistych zbudowanych po 2007 roku. Dyski SSD wykorzystują pamięć flash , która przechowuje dane na układach pamięci MOS składających się z komórek pamięci MOSFET z pływającą bramką . Niektóre systemy mogą używać kontrolera macierzy dyskowego w celu uzyskania większej wydajności lub niezawodności.

Nośniki wymienne

Do przesyłania danych między komputerami można użyć zewnętrznego urządzenia pamięci flash (takiego jak karta pamięci lub napęd flash USB ) lub dysku optycznego (takiego jak CD-ROM , DVD-ROM lub BD-ROM ). Ich użyteczność zależy od tego, czy są czytelne dla innych systemów; większość maszyn ma napęd optyczny (ODD), a praktycznie wszystkie mają co najmniej jeden port uniwersalnej magistrali szeregowej (USB). Ponadto pamięci USB są zazwyczaj wstępnie sformatowane w systemie plików FAT32 , który jest powszechnie obsługiwany w różnych systemach operacyjnych .

Peryferia wejściowe i wyjściowe

Urządzenia wejściowe i wyjściowe są zwykle umieszczone na zewnątrz głównej obudowy komputera. Poniższe są albo standardowe, albo bardzo powszechne w wielu systemach komputerowych.

Urządzenie wejściowe

Urządzenia wejściowe pozwalają użytkownikowi na wprowadzanie informacji do systemu lub sterowanie jego działaniem. Większość komputerów osobistych ma mysz i klawiaturę , ale laptopy zazwyczaj używają touchpada zamiast myszy. Inne urządzenia wejściowe to kamery internetowe , mikrofony , joysticki i skanery obrazów .

Urządzenie wyjściowe

Urządzenia wyjściowe są zaprojektowane wokół zmysłów ludzi. Na przykład monitory wyświetlają tekst, który można odczytać, głośniki wytwarzają dźwięk, który można usłyszeć. Takie urządzenia mogą również obejmować drukarki lub drukarkę brajlowską .

Komputer typu mainframe

Komputer typu mainframe to znacznie większy komputer, który zazwyczaj zajmuje pomieszczenie i może kosztować setki lub tysiące razy więcej niż komputer osobisty. Są przeznaczone do wykonywania dużej liczby obliczeń dla rządów i dużych przedsiębiorstw.

Komputer mainframe IBM System z9

Obliczenia wydziałowe

W latach 60. i 70. coraz więcej działów zaczęło stosować tańsze i dedykowane systemy do konkretnych celów, takich jak sterowanie procesami i automatyzacja laboratorium . Minikomputer , lub potocznie mini , jest klasą mniejszych komputerów , które zostały opracowane w połowie 1960 roku i sprzedawane za znacznie mniej niż mainframe i średnich komputerów z IBM i jego bezpośrednich konkurentów.

Superkomputer

Superkomputer jest powierzchownie podobny do mainframe, ale zamiast tego jest przeznaczony dla bardzo wymagających zadań obliczeniowych. Według stanu na czerwiec 2020 r. najszybszym superkomputerem na liście superkomputerów TOP500 jest Fugaku , w Japonii, z wynikiem 415 PFLOPS w teście LINPACK , zastępując drugi najszybszy superkomputer Summit , w Stanach Zjednoczonych, o około 294 PFLOPS.

Termin superkomputer nie odnosi się do konkretnej technologii. Raczej wskazuje najszybsze obliczenia dostępne w danym momencie. W połowie 2011 r. najszybsze superkomputery szczyciły się prędkościami przekraczającymi jeden petaflop, czyli 1 biliard (10^15 lub 1000 bilionów) operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Superkomputery są szybkie, ale niezwykle kosztowne, dlatego są zwykle używane przez duże organizacje do wykonywania wymagających obliczeniowo zadań obejmujących duże zbiory danych. Superkomputery zazwyczaj obsługują aplikacje wojskowe i naukowe. Chociaż są kosztowne, są również wykorzystywane w zastosowaniach komercyjnych, w których trzeba analizować ogromne ilości danych. Na przykład duże banki wykorzystują superkomputery do obliczania ryzyka i zwrotu z różnych strategii inwestycyjnych, a organizacje opieki zdrowotnej wykorzystują je do analizowania gigantycznych baz danych pacjentów w celu określenia optymalnych metod leczenia różnych chorób i problemów występujących w kraju.

Aktualizacja sprzętu

W przypadku korzystania ze sprzętu komputerowego uaktualnienie oznacza dodanie nowego lub dodatkowego sprzętu do komputera, który poprawia jego wydajność, zwiększa jego pojemność lub dodaje nowe funkcje. Na przykład użytkownik może dokonać modernizacji sprzętu, aby wymienić dysk twardy na szybszy lub dysk półprzewodnikowy (SSD), aby uzyskać wzrost wydajności. Użytkownik może również zainstalować więcej pamięci o dostępie swobodnym (RAM), dzięki czemu komputer może przechowywać dodatkowe dane tymczasowe lub szybciej je pobierać. Użytkownik może dodać USB 3.0 Karta rozszerzeń , aby w pełni korzystać z urządzeń USB 3.0, lub może upgrade procesora GPU (GPU) na czystsze, bardziej zaawansowanej grafiki, lub więcej monitorów . Wykonanie takich aktualizacji sprzętu może być konieczne, aby starsze komputery spełniały nowe lub zaktualizowane wymagania systemowe programu.

Sprzedaż

Globalne przychody ze sprzętu komputerowego w 2016 roku osiągnęły 408 miliardów euro.

Recykling

Ponieważ części komputerowe zawierają niebezpieczne materiały, coraz częściej stosuje się recykling starych i przestarzałych części. Sprzęt komputerowy zawiera niebezpieczne substancje chemiczne, takie jak: ołów, rtęć, nikiel i kadm. Według EPA te e-odpady mają szkodliwy wpływ na środowisko, o ile nie są odpowiednio usuwane. Produkcja sprzętu wymaga energii, a recykling części zmniejszy zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie wody, a także emisję gazów cieplarnianych. Pozbywanie się nieautoryzowanego sprzętu komputerowego jest w rzeczywistości nielegalne. Ustawodawstwo nakazuje recykling komputerów w placówkach zatwierdzonych przez rząd . Recykling komputera można ułatwić, wyjmując niektóre części wielokrotnego użytku. Na przykład pamięć RAM , napęd DVD, karta graficzna , dysk twardy lub SSD oraz inne podobne wymienne części mogą być ponownie użyte.

Wiele materiałów używanych w sprzęcie komputerowym można odzyskać poprzez recykling do wykorzystania w przyszłej produkcji. Ponowne wykorzystanie cyny , krzemu , żelaza , aluminium i różnych tworzyw sztucznych, które są obecne w komputerach lub innej elektronice, może obniżyć koszty budowy nowych systemów. Części składowe często zawierają miedź , złoto , tantal , srebro , platynę , pallad i ołów oraz inne cenne materiały nadające się do rekultywacji .

Toksyczne komponenty komputera

Jednostka centralna zawiera wiele materiałów toksycznych. Zawiera ołów i chrom w metalowych płytach. Rezystory, półprzewodniki, detektory podczerwieni, stabilizatory, kable i przewody zawierają kadm. Płytki drukowane w komputerze zawierają rtęć i chrom. Gdy tego typu materiały i chemikalia zostaną niewłaściwie usunięte, staną się niebezpieczne dla środowiska.

Skutki środowiskowe

Według Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych tylko około 15% e-odpadów faktycznie podlega recyklingowi. Kiedy produkty uboczne z e-odpadów przedostają się do wód gruntowych, są spalane lub są niewłaściwie traktowane podczas recyklingu, powoduje to szkody. Problemy zdrowotne związane z takimi toksynami obejmują upośledzenie rozwoju umysłowego, raka oraz uszkodzenie płuc, wątroby i nerek. Dlatego nawet przewody muszą zostać poddane recyklingowi. Różne firmy stosują różne techniki recyklingu drutu. Najpopularniejszą jest szlifierka oddzielająca przewody miedziane od obudowy plastikowo-gumowej. Po zakończeniu procesów pozostają dwa różne stosy; jeden zawiera proszek miedzi, a drugi kawałki plastiku/gumy. Monitory komputerowe, myszy i klawiatury są poddawane recyklingowi w podobny sposób. Na przykład, najpierw każda z części jest rozbierana, a następnie wszystkie części wewnętrzne są rozdzielane i umieszczane we własnym pojemniku.

Elementy komputera zawierają wiele toksycznych substancji, takich jak dioksyny , polichlorowane bifenyle (PCB), kadm , chrom , izotopy radioaktywne i rtęć . Typowy monitor komputerowy może zawierać więcej niż 6% wagowych ołowiu, z których wiele znajduje się w szkła ołowiowego o kineskopu (CRT). Typowy 15-calowy (38 cm) monitor komputerowy może zawierać 1,5 funta (1 kg) ołowiu, ale oszacowano, że inne monitory zawierają do 8 funtów (4 kg) ołowiu. Płytki drukowane zawierają znaczne ilości lutów ołowiowo-cynowych, które z większym prawdopodobieństwem przedostają się do wód gruntowych lub zanieczyszczają powietrze w wyniku spalania. Na składowiskach w USA około 40% poziomów zawartości ołowiu pochodzi z e-odpadów. Przetwarzanie (np. spalanie i obróbka kwasem) wymagane do odzyskania tych cennych substancji może uwalniać, generować lub syntetyzować toksyczne produkty uboczne.

Recykling sprzętu komputerowego jest uważany za przyjazny dla środowiska, ponieważ zapobiega przedostawaniu się niebezpiecznych odpadów, w tym metali ciężkich i substancji rakotwórczych, do atmosfery, składowisk odpadów lub cieków wodnych. Chociaż elektronika stanowi niewielką część wszystkich wytwarzanych odpadów, jest znacznie bardziej niebezpieczna. Istnieją rygorystyczne przepisy mające na celu egzekwowanie i zachęcanie do zrównoważonej utylizacji urządzeń, z których najważniejsze to dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego oraz amerykańska ustawa o recyklingu komputerów (National Computer Recycling Act).

Wysiłki na rzecz minimalizacji odpadów sprzętu komputerowego

Ponieważ sprzęt komputerowy zawiera wewnątrz dużą liczbę metali, Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) zachęca do zbierania i recyklingu sprzętu komputerowego. „ E-cykling ”, recykling sprzętu komputerowego, odnosi się do oddawania, ponownego wykorzystania, niszczenia i ogólnej zbiórki zużytej elektroniki. Ogólnie termin ten odnosi się do procesu zbierania, pośrednictwa, demontażu, naprawy i recyklingu komponentów lub metali zawartych w zużytym lub zużytym sprzęcie elektronicznym, zwanym inaczej odpadami elektronicznymi (e-odpadami). Produkty nadające się do e-cyklingu obejmują m.in.: telewizory, komputery, kuchenki mikrofalowe, odkurzacze, telefony i telefony komórkowe, wieże stereo, magnetowidy i płyty DVD prawie wszystko, co jest wyposażone w przewód, światło lub baterię. .

Recykling komputera jest łatwiejszy dzięki kilku usługom krajowym, takim jak Dell i Apple . Obie firmy odbiorą komputer swojej lub dowolnej innej marki. W przeciwnym razie komputer można przekazać firmie Computer Aid International, która jest organizacją zajmującą się recyklingiem i renowacją starych komputerów dla szpitali, szkół, uniwersytetów itp.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki