Hoe werkt een computer en wat zit erin?

Computers zijn in slechts enkele decennia geëvolueerd van eenvoudige apparaten tot een nietje in de 21e eeuw. Maar ondanks dat het een relatief nieuwe technologie is, hebben de meeste mensen geen idee hoe een eenvoudige rechthoek – klein genoeg om te passen je rugzak - is tot alles in staat, van complexe wiskunde tot het afspelen van video, audio en geavanceerd hardlopen software.

Dus, hoe werkt een computer en welke componenten heb je nodig om er een te maken?

Wat is een computer?

Een computer is een programmeerbaar elektronisch apparaat dat informatie kan verwerken. Computers bestaan ​​uit hardware en software en werken op twee niveaus: ze ontvangen gegevens via een invoerroute, live of via een digitale opslageenheid, en sturen een uitvoer uit.

Moderne computers moeten niet worden verward met het verouderde beroep van computers in de 19e eeuw. Hoewel ze allebei lange en vervelende wiskundige berekeningen en informatieverwerking uitvoeren, is de een een persoon en de ander een machine.

Hoe werkt een computer?

Een computer verwerkt de input om de gewenste output te produceren, maar hoe presteert een machine beter dan het menselijk brein?

Conventionele computers proberen het menselijk brein niet na te bootsen. In plaats daarvan voeren ze opdrachten opeenvolgend uit, waarbij gegevens constant van invoer en geheugen naar de processor van het apparaat gaan. Neuromorfe computers daarentegen verwerken gegevens tegelijkertijd, waardoor ze sneller, energiezuiniger en dichter bij de structuur van het menselijk brein staan.

Over het algemeen werkt een computer in vier stappen:

1. Invoer: Input zijn de gegevens vóór verwerking. Het komt van de muis, het toetsenbord, de microfoon en andere externe sensoren.
2. Opslag: De opslag is hoe de computer invoergegevens bewaart. De harde schijf wordt gebruikt voor langdurige en massale gegevensopslag, terwijl de gegevensset voor onmiddellijke verwerking tijdelijk wordt opgeslagen in het Random Access Memory (RAM).
3. Verwerken: Bij verwerking wordt input omgezet in output. De centrale verwerkingseenheid (CPU) van de computer is het brein. Het is verantwoordelijk voor het uitvoeren van instructies en het uitvoeren van wiskundige bewerkingen op de invoergegevens.
4. Uitgang: Output is het eindresultaat van gegevensverwerking. Het kan van alles zijn, van afbeeldingen, video of audio-inhoud, zelfs de woorden die u typt met een toetsenbord. U kunt de uitvoer ook ontvangen via een printer of een projector in plaats van rechtstreeks via uw apparaat.

De hardwarecomponenten van een computer

Hoe eenvoudiger de taak die een computer moet uitvoeren, hoe gemakkelijker het is om te bouwen. Dat is waarom oudere computers zijn simplistisch in vergelijking met hun moderne tegenhangers, met beperkte mogelijkheden.

De hardwarecomponenten zijn alles wat je fysiek kunt aanraken en zien op een computer, inclusief alle invoer- en uitvoerapparaten, van toetsenborden, microfoons en muizen tot schermen en luidsprekers.

Hardware is ook de fysieke verwerkingsonderdelen zoals opslag, CPU, grafische kaart, geluidskaart, RAM en moederbord, die allemaal een belangrijke rol spelen in hedendaagse computers.

Moederbord

Het moederbord is de primaire communicatiehub tussen de hardwarecomponenten van de computer. Het is het belangrijkste circuit waar alles fysiek moet worden aangesloten, behalve degenen die afhankelijk zijn van Bluetooth of Wi-Fi. Zonder moederbord is het onmogelijk om een ​​functionerende moderne computer te hebben.

processor

Als het moederbord de communicatiehub is, is de CPU de communicatiedirecteur. Het ontvangt en interpreteert de invoer en instructies en stuurt signalen naar andere componenten over wat er precies met de gegevens moet worden gedaan voor de gewenste uitvoer. Hoe meer kernen een CPU heeft, hoe meer bewerkingen het tegelijkertijd kan uitvoeren.

RAM

Het RAM is de belangrijkste assistent van de CPU. In plaats van te moeten vissen naar gegevens in een aanzienlijk grote opslageenheid, slaat RAM de gegevens op die worden gebruikt door het besturingssysteem, eventuele actieve software en binnenkomende invoer. Hoe groter de capaciteit van het RAM-geheugen, hoe zwaardere software het kan draaien zonder het apparaat te vertragen.

HDD/SSD

HDD staat voor Hard Disk Drive. Het is het onderdeel dat uw media en apps permanent opslaat, inclusief het besturingssysteem (OS). Ze variëren in grootte en prestaties van een paar honderd gigabytes (GB) tot meerdere terabytes (TB).

U kunt ook Solid State Drives (SSD's) tegenkomen, een ander type opslaghardware. SSD's en HDD's zijn nuttig voor verschillende dingen, en veel gebruikers combineren schijven om de prestaties te maximaliseren.

Grafische verwerkingseenheid

De Graphics Processing Unit (GPU) is bedoeld voor het verwerken van visuele beelden op uw computer. Krachtige GPU's zijn essentieel voor het weergeven van afbeeldingen en grafische afbeeldingen van hoge kwaliteit of het spelen van videogames. Grafische verwerking kan zijn eigen componenten zijn of worden geïntegreerd met de CPU.

Geluidskaart

geluidskaarten zijn verantwoordelijk voor het verwerken van auditieve gegevens en het verzenden ervan naar uw sprekers. Evenzo kan de geluidskaart een afzonderlijk onderdeel zijn of geïntegreerd zijn in de CPU.

De softwarecomponenten van een computer

Moderne computers gebruiken een combinatie van hardware- en softwarecomponenten die samenwerken om complexe inputs en outputs te verwerken.

Software is een vooraf geschreven verzameling instructies die uw computer vertelt wat hij moet doen. Het is een digitaal programma, geen fysiek onderdeel dat kan worden gezien bij het openen van de hoes van een computer of laptop.

En, net als uw computerhardware, vervullen verschillende soorten software verschillende rollen in het functioneren van uw computer.

Firmware

Firmware is waar de grens tussen hardware en software wazig wordt. Het is software die fysiek in een stuk hardware is geëtst.

Firmware is het eerste dat opstart uw computer wanneer u deze inschakelt, een eenvoudig programma dat uw computer instrueert om het besturingssysteem te starten. Zonder dit start uw computer uw besturingssysteem of andere componenten niet en zit u vast met hardware waarmee u niet kunt communiceren.

Besturingssysteem (OS)

Een besturingssysteem is een stukje software dat de hardware en softwarebronnen van uw computer beheert. Evenzo kunt u zonder besturingssysteem niet met uw computer communiceren, zelfs niet met uw invoerapparaten.

De toekomst van computers

Computers die het sequentiële verwerkingsmodel volgen, worden alleen maar goedkoper, kleiner, sneller en efficiënter. Conventioneel computerontwerp en -architectuur bereiken echter hun limiet. In plaats daarvan kun je een opkomst verwachten van moderne computerarchitectuur die niet eerst afhankelijk is van technologie meer dan 50 jaar geleden ontworpen, van het vooruitzicht van neuromorfe computers tot meer toegankelijke Quantum computers.

Nanocomputing: kunnen computers echt microscopisch zijn?

Computers worden kleiner, maar zullen ze ooit zo klein zijn dat ze met het blote oog onzichtbaar zijn?

Lees volgende

Over de auteur