Componentele hardware ale sistemului de calcul

Un sistem de calcul primește date, execută instrucțiuni, păstrează rezultate și comunică cu utilizatorul. CPU execută instrucțiunile; RAM păstrează temporar datele programelor active; SSD sau HDD le stochează și după oprire. Placa de bază leagă componentele prin magistrale și interfețe. Tastatura, mouse-ul și scannerul sunt dispozitive de intrare; monitorul și imprimanta sunt de ieșire; un ecran tactil primește atingeri și afișează informații.

Frecvența CPU, numărul de nuclee și memoria cache descriu resurse diferite: niciun singur număr nu stabilește singur performanța întregului calculator. Capacitatea RAM se exprimă în octeți și multipli; frecvența se exprimă în hertzi și multipli. Un SSD este stocare nevolatilă, nu „mai multă RAM”.

Exemplu. Dacă deschizi mai multe aplicații și sistemul încetinește, un SSD rapid nu înlocuiește lipsa de RAM. Dacă lucrezi cu fișiere video mari, capacitatea de stocare contează separat de viteza procesorului.

În CPU, unitatea de comandă coordonează instrucțiunile, unitatea logico-aritmetică face operații, iar cache-ul oferă acces rapid la date folosite des. Memoria ROM sau firmware-ul păstrează instrucțiuni necesare pornirii; RAM este volatilă. HDD stochează magnetic pe discuri, SSD folosește memorie flash. Interfața USB conectează periferice; placa de rețea comunică în rețea, iar placa video pregătește ieșirea grafică. Pe placa de bază, magistralele transportă date, adrese și semnale de control; firmware-ul UEFI inițializează hardware-ul.

Fluxul datelor și al instrucțiunilor. Programul și datele sunt încărcate de pe stocare în RAM. CPU preia din RAM o instrucțiune, o decodifică, o execută și scrie rezultatul, apoi trece la următoarea; unitatea de comandă și control coordonează pașii, iar unitatea logico-aritmetică face calculele. Datele folosite des rămân în cache, mai aproape de CPU decât RAM-ul. Spre deosebire de RAM, memoria ROM își păstrează conținutul la oprire și nu se rescrie în utilizarea obișnuită: aici stă firmware-ul de pornire.

Sisteme desktop și mobile. Un desktop oferă performanță mai mare la același preț, componente înlocuibile și răcire mai bună, dar nu este portabil. Un laptop, o tabletă sau un telefon au baterie și se duc oriunde, dar au componente greu de înlocuit, performanță limitată de răcire și autonomie finită.

Stocare și periferice. Cardul de memorie și memoria flash sunt portabile, iar mediile optice (CD, DVD) sunt ieftine pentru arhivare, dar lente. Periferice de intrare sunt și camera digitală, microfonul, scanerul 2D (imagini, coduri de bare, coduri QR, recunoașterea optică a caracterelor, OCR), scanerul 3D și cititorul RFID. Imprimanta 3D, plotterul, boxele și videoproiectorul sunt de ieșire, iar ecranul tactil, controlerul de joc cu feedback și dispozitivele NFC, care schimbă date la câțiva centimetri, de pildă la plata cu telefonul, sunt de intrare și ieșire.

Alimentare și răcire. Fiecare componentă are un TDP, cantitatea maximă de căldură pe care sistemul de răcire trebuie s-o preia. Sursa de alimentare se alege cu rezervă față de consumul total: un CPU de $65\mathrm{W}$, o placă video de $150\mathrm{W}$ și $50\mathrm{W}$ pentru restul componentelor dau $265\mathrm{W}$, iar o sursă de $500\mathrm{W}$ lasă o rezervă de $235\mathrm{W}$, aproape jumătate din putere. Răcirea poate fi pasivă (radiator, fără ventilator, silențioasă, pentru consum mic), activă (ventilatoare) sau cu lichid (pentru consum mare).

Pentru un dispozitiv alegi și alimentarea, răcirea, porturile, accesibilitatea și potrivirea cu sarcina. Exemplu lucrat. O școală cumpără un calculator pentru montaj video. Compară două oferte: prima are procesor puternic, dar $4\mathrm{GB}$ RAM și stocare mică; a doua are procesor ceva mai lent, $16\mathrm{GB}$ RAM, SSD și spațiu suficient. Proiectul video trebuie să țină simultan fișierul sursă, aplicația și previzualizarea în memorie, deci a doua configurație este mai echilibrată pentru sarcina dată. Verifici apoi compatibilitatea aplicației și porturile necesare înaintea alegerii finale.

Capacitățile se exprimă în octeți: $1\mathrm{KB}=1000$ de octeți în sistemul zecimal folosit de producători, iar $1\mathrm{KiB}=1024$ de octeți în cel binar. Din acest motiv, un disc de $1\mathrm{TB}$ ($10^{12}$ octeți) apare în sistemul de operare cu aproximativ $931\mathrm{GiB}$. Un procesor supraîncălzit își reduce singur frecvența.

Exemplu lucrat: spațiul de stocare. Un film de 2 ore are un flux de $8Mbit/s$.

1. Dimensiunea în biți: $8000000\cdot 7200=57600000000$ biți.
2. În octeți: $57600000000:8=7200000000$ octeți, adică $7,2\mathrm{GB}$.
3. Pe un SSD de $512\mathrm{GB}$ încap $512:7,2\approx 71,1$, deci cel mult 71 de filme întregi, înainte de a lua în calcul sistemul și aplicațiile.
4. Printr-un port cu viteza teoretică de $5Gbit/s$, copierea ar dura cel puțin $57,6:5=11,52$ secunde; în practică, durează mai mult, deoarece viteza reală depinde și de dispozitivul de stocare.

Exemplu lucrat: sursa de alimentare. Pentru un calculator de birou (valori exemplu), procesorul consumă $65\mathrm{W}$, placa video $150\mathrm{W}$, iar restul componentelor $50\mathrm{W}$.

1. Consumul total: $65+150+50=265\mathrm{W}$.
2. Se adaugă o rezervă de 30%: $265\cdot 1,3=344,5\mathrm{W}$.
3. Se alege prima sursă standard care depășește valoarea, de exemplu $400\mathrm{W}$.
4. Se verifică conectorii sursei față de placa de bază și placa video.

Interfețele se aleg după periferic: USB pentru tastatură, mouse și stocare externă, HDMI sau DisplayPort pentru monitor, mufa audio pentru căști, portul de rețea pentru cablu. Un laptop se alimentează de la baterie și de la încărcător; un calculator de birou, de la sursa din carcasă.

Greșeli frecvente

• Greșit: RAM și SSD sunt același tip de memorie.
  Corect: RAM este memoria de lucru volatilă; SSD stochează date persistent.
• Greșit: orice periferic este numai de intrare.
  Corect: monitorul este de ieșire, iar ecranul tactil este de intrare și ieșire.
• Greșit: frecvența CPU singură spune care calculator este mai bun.
  Corect: performanța depinde și de nuclee, cache, RAM, stocare și sarcină.

Înainte și după