Podstawowe elementy systemu komputerowego

Komputery są maszynami ogólnego przeznaczenia, które są zaprojektowane do wykonywania instrukcji w celu wykonania zadań związanych z przetwarzaniem danych. Chociaż specyficzna architektura różnych typów komputerów może być różna, wszystkie komputery spełniają swoje zadanie przetwarzanie danych za pomocą pięciu podstawowych elementów systemu komputerowego: wejścia, wyjścia, ścieżki danych, sterowania i pamięci. Każdy z tych elementów jest powiązany z co najmniej jednym urządzeniem sprzętowym wbudowanym w komputer lub podłączonym zewnętrznie.

Komunikacja ze światem zewnętrznym odbywa się poprzez elementy wejściowe i wyjściowe systemu komputerowego. Dane są wprowadzane do komputera za pośrednictwem zewnętrznych urządzeń sprzętowych, takich jak myszy, klawiatury, ekrany dotykowe i urządzenia pamięci masowej. Po przetworzeniu danych można je przekonwertować do formatu czytelnego dla człowieka w celu wyprowadzenia na urządzenia takie jak drukarki, wyświetlacze, głośniki lub słuchawki. Komputer może również konwertować dane na inne formaty wyjściowe, takie jak sygnały elektryczne do sterowania zautomatyzowanym sprzętem.

Element ścieżki danych składa się z kilku jednostek, które wykonują przetwarzanie danych w CPU (jednostka centralna), która jest często określana jako mózg komputera. CPU interpretuje instrukcje programowania i steruje urządzeniami wewnętrznymi i zewnętrznymi. Jedną z najważniejszych jednostek w CPU jest jednostka ALU (arytmetyczno-logiczna jednostka), która wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne na danych. Niektóre komputery mają dedykowany procesor graficzny (GPU) do obsługi szybkiego wyświetlania złożonych obrazów wizualnych. Ścieżka danych zawiera również obwody i rejestry, które śledzą stany systemu, takie jak licznik programu dla aktualnie wykonywanego oprogramowania.

Element sterujący komputera odpowiada za przepływ danych między pamięcią a procesorem. Ten element koordynuje wykonywanie instrukcji programu ze wszystkimi innymi elementami systemu komputerowego poprzez dostarczanie sygnałów taktowania i sterowania. Zadaniem elementu sterującego jest jednostka sterująca (CU), która w większości nowoczesnych komputerów jest częścią procesora. Jednostka sterująca jest często określana jako centralny układ nerwowy komputera.

Podczas wykonywania operacji komputery używają zarówno pamięci wewnętrznej, jak i zewnętrznej. Pamięć wewnętrzna służy do przechowywania instrukcji oprogramowania i powiązanych danych dla programów, które są aktualnie wykonywane. Pamięć wewnętrzna składa się z pamięci RAM (pamięć o dostępie swobodnym), która jest tymczasowa, ponieważ przechowuje dane tylko po włączeniu zasilania. Po wyłączeniu komputera pamięć jest czyszczona. Dane, które nie są używane przez komputer, są zwykle przechowywane w pamięci zewnętrznej na urządzeniach takich jak dyski twarde i dyski flash.