Hur fungerar en dator och vad finns inuti?

Datorer har utvecklats från enkla enheter till en 2000-tals häftklammer på bara några decennier. Men trots att det är en relativt ny teknik, har de flesta människor ingen aning om hur en enkel rektangel – tillräckligt liten för att passa din ryggsäck – klarar allt från komplex matematik till att spela upp video, ljud och att köra sofistikerat programvara.

Så, hur fungerar en dator och vilka komponenter behöver du för att göra en?

Vad är en dator?

En dator är en programmerbar elektronisk enhet som kan bearbeta information. Datorer, som består av hårdvara och mjukvara, fungerar på två nivåer: de tar emot data via en inmatningsväg, antingen live eller genom en digital lagringsenhet, och skickar ut en utdata.

Moderna datorer ska inte blandas ihop med datorernas föråldrade arbetssysselsättning på 1800-talet. Medan de båda utför långa och tråkiga matematiska beräkningar och informationsbearbetning, är den ena en person och den andra är en maskin.

Hur fungerar en dator?

En dator bearbetar inputen för att producera den önskade outputen, men hur överträffar en maskin den mänskliga hjärnan?

Konventionella datorer försöker inte efterlikna den mänskliga hjärnan. Istället kör de kommandon sekventiellt, med data som ständigt flyttas från ingång och minne till enhetens processor. Neuromorfa datorer, å andra sidan, bearbetar data samtidigt, vilket gör dem snabbare, energieffektiva och närmare den mänskliga hjärnans struktur.

Sammantaget fungerar en dator i fyra steg:

1. Inmatning: Indata är data före bearbetning. Den kommer från musen, tangentbordet, mikrofonen och andra externa sensorer.
2. Lagring: Lagringen är hur datorn behåller indata. Hårddisken används för långtids- och masslagring av data medan datamängden för omedelbar bearbetning lagras tillfälligt i Random Access Memory (RAM).
3. Bearbetning: Bearbetning är där input omvandlas till output. Datorns centrala processorenhet (CPU) är dess hjärna. Det är ansvarigt för att utföra instruktioner och utföra matematiska operationer på indata.
4. Produktion: Utdata är det slutliga resultatet av databehandling. Det kan vara allt från bilder, video eller ljudinnehåll, till och med orden du skriver med ett tangentbord. Du kan också ta emot utdata via en skrivare eller en projektor istället för direkt via din enhet.

Hårdvarukomponenterna i en dator

Ju enklare uppgiften en dator måste utföra, desto lättare är den att bygga. Det är därför äldre datorer är förenklade jämfört med sina moderna motsvarigheter, med begränsade möjligheter.

Hårdvarukomponenterna är allt du fysiskt kan röra och se i en dator, inklusive alla in- och utenheter från tangentbord, mikrofoner och möss till skärmar och högtalare.

Hårdvara är också de fysiska bearbetningsdelarna som lagring, CPU, grafikkort, ljudkort, RAM och moderkort, som alla spelar en viktig roll i moderna datorer.

Moderkort

Moderkortet är det primära kommunikationsnavet mellan datorns hårdvarukomponenter. Det är huvudkretsen där allt måste anslutas fysiskt – förutom de som förlitar sig på Bluetooth eller Wi-Fi. Utan ett moderkort är det omöjligt att ha en fungerande modern dator.

CPU

Om moderkortet är kommunikationsnavet, är CPU: n kommunikationsdirektören. Den tar emot och tolkar ingången och instruktionerna och skickar ut signaler till andra komponenter om exakt vad man ska göra med datan för den önskade utgången. Ju fler kärnor en CPU har, desto fler operationer kan den utföra samtidigt.

Bagge

RAM-minnet är processorns huvudassistent. Istället för att behöva fiska efter data i en avsevärt stor lagringsenhet, lagrar RAM data som används av operativsystemet, eventuella program som körs och inkommande indata. Ju större kapacitet RAM-minnet har, desto tyngre programvara kan den köras utan att sakta ner enheten.

Hårddisk/SSD

HDD står för Hard Disk Drive. Det är den komponent som permanent lagrar dina media och appar, inklusive operativsystemet (OS). De varierar i storlek och prestanda från några hundra gigabyte (GB) till flera terabyte (TB).

Du kan också stöta på Solid State Drives (SSD), som är en annan typ av lagringshårdvara. SSD och hårddiskar är användbara för olika saker, och många användare kombinerar enheter för att maximera prestanda.

Grafikbearbetningsenhet

Graphics Processing Unit (GPU) är dedikerad till att bearbeta visuella bilder på din dator. Kraftfulla GPU: er är viktiga för att rendera bilder och grafik av hög kvalitet eller för att spela videospel. Grafikbearbetning kan antingen vara dess egna komponenter eller integreras med CPU: n.

Ljudkort

Ljudkort är ansvariga för att bearbeta auditiv data och skicka den till dina talare. På samma sätt kan ljudkortet antingen vara en separat del eller integrerat med CPU: n.

Programvarukomponenterna i en dator

Moderna datorer använder en kombination av hårdvaru- och mjukvarukomponenter som arbetar tillsammans för att bearbeta komplexa in- och utdata.

Programvara är en förskriven samling instruktioner som talar om för din dator vad den ska göra. Det är ett digitalt program, inte en fysisk komponent som kan ses när du öppnar locket på en dator eller bärbar dator.

Och, precis som din datorhårdvara, spelar olika typer av programvara olika roller i hur din dator fungerar.

Firmware

Firmware är där gränsen mellan hårdvara och mjukvara blir suddig. Det är mjukvara som är fysiskt etsad i en hårdvara.

Firmware är det första som kickstartar din dator när du slår på den, ett enkelt program som instruerar din dator att starta operativsystemet. Utan det kommer din dator inte att starta ditt operativsystem eller andra komponenter, och du kommer att ha fastnat med hårdvara som du inte kan kommunicera med.

Operativsystem (OS)

Ett operativsystem är en mjukvara som hanterar din dators hård- och mjukvaruresurser. På samma sätt, utan ett OS, kan du inte kommunicera med din dator ens med hjälp av dina inmatningsenheter.

Datorernas framtid

Datorer som följer modellen för sekventiell bearbetning blir bara billigare, mindre, snabbare och effektivare. Men konventionell datordesign och arkitektur når sin gräns. Istället kan du förvänta dig en ökning av modern datorarkitektur som inte är beroende av teknik först designad för över 50 år sedan, från utsikterna för neuromorfa datorer till mer tillgänglig Quantum datorer.

Nanocomputering: Kan datorer verkligen vara mikroskopiska?

Datorer blir mindre, men kommer de någonsin att bli så små att de är osynliga för blotta ögat?

Läs Nästa

Om författaren