מבנה המחשב

מתי הומצא המחשב? מהם חלקי המחשב? כיצד התפתח המחשב?

אם שאלות אלו מעניינות אתכם ואינכם יודעים את התשובות, עיינו במאמר זה...

טכנאי מחשבים בפרדס חנה קיסריה

 

עולם המחשבים כפי שאנו מכירים אותו היום התפתח מאד ביחס לעולם המחשבים של לפני עשרים שנה, במאמר זה ננסה להסביר אודות השינוים שחלו ברכיבי המחשב בעשרים השנים האחרונות וכן להסביר כמה מונחי יסוד במחשבים.



ראשית כל נכיר חמישה מושגים בסיסים בעולם המחשב ונסביר אותם: קלט/פלט, חומרה/תוכנה, אחסון



1. קלט - Input  - מלשון קליטה, מידע הנכנס/הנקלט פנימה אל תוך המחשב, רכיבי קלט הינם למשל: מקלדת, עכבר, סורק. רכיבים אלו משדרים מידע פנימה אל תוך המחשב.​



2. פלט - Output – מלשון פליטה, שם כללי למידע היוצא מן המחשב החוצה, רכיבי פלט הינם למשל: מדפסת, מסך, רמקולים וכו'​



3. חומרה - Hardware – מלשון חומר, דבר חומרי/גשמי שאפשר לגעת בו, בעצם כל רכיב פיזי(שאינו וירטואלי) נקרא חומרה למשל, מקלדת,עכבר,מסך,מארז,לוח אם וכו'​



4. תוכנה - Software – תוכנה אינה משהו שאפשר לגעת בו אך אפשר להשתמש בו דרך אביזרי החומרה, למשל המוסיקה שבתקליטור נקראת תוכנה והתקליטור בעצמו נקרא חומרה, מערכת ההפעלה Windows הינה תוכנה הנמצאת בדיסק הקשיח שנקרא חומרה.​



5. אחסון - Storage – שם כללי לרכיבים המאחסנים מידע(וירטואלי/תוכנה) – למשל דיסק קשיח/תקליטור/דיסק און קי – רכיבי האחסון בעצמם שייכים לקטגורית החומרה
והמידע שבתוכם שייך לקטגורית התוכנה.



וכדי להמחיש יותר, נדמה את המחשב לגוף האדם... גוף האדם בעצמו על כל חלקיו הפיזיים נקרא חומרה, המוח הינו חומרה בעצמו, הוא גם משמש כאחסון אך המידע שבתוכו נקרא תוכנה(למשל הזכרונות שלנו, החלומות) העיניים והאוזניים הינם קלט, הפה הוא פלט.

​

מבנה המחשב - מה הם מרכיביו?



המחשב מורכב ממספר רכיבים המפורטים מטה, נסביר כל אחד מהם בנפרד:

1. לוח אם - Motherboard
2. מעבד מרכזי - Central Processor Unit (CPU)
3. רכיבי זכרון - Memory RAM/ROM
4. כרטיסי הרחבה - Expansion Cards
5. אמצעי אחסון - Storage Devices



לוח האם - Motherboard

לוח האם הוא הרכיב המרכזי במחשב, נקרא במונחי האלקטרוניקה "מעגל משולב" לוח האם עשוי מפיברגלס ותפקידו לאחד ולקשר בין רכיבים אלקטרונים רבים המבצעים פעולות שונות המרכיבות בכלליות את המחשב. על לוח האם יש תושבות(Sockets) מיוחדות להתקנת המעבד, רכיבי הזכרון וכרטיסי ההרחבה, לצורך ההמחשה של תפקיד לוח האם נשתמש בעולם המכוניות, לוח האם משמש כשילדת הרכב, עליו מונח במקום מיוחד המנוע, המצבר ושאר חלקי הרכב.

בשוק המחשבים ישנו מגוון רב מאד של לוחות אם המיוצרים על ידי יצרנים שונים. הנפוצים ביותר בשוק הינם של החברות: Intel, Gigabyte, Asus, MSI לוחות האם מבוססים על "ערכות שבבים" של יצרנים שונים ערכת השבבים (באנגלית: Chipset)היא בעצם עיקר הטכנולוגיה המוצעת בלוח האם, היא כוללת רכיבים שונים המותאמים לעבודה עם סידרת מעבדים מסויימת. ישנם מגוון יצרנים של ערכות שבבים, המובילה בתחום הינה Intel, יצרניות נוספות הינם, Nvidia, VIA, SIS כפי שצויין כל ערכת שבבים מתאימה לסדרת מעבדים מסויימת, יצרנית המעבדים המובילה את השוק הינה Intel המתחרה הגדולה שלה היא חברת AMD.



לוחות אם משולבים ושאינם משולבים

לוחות האם מתחלקים לשתי קטגוריות, משולבים ושאינם משולבים (Integrated and Non-Integrated). בעבר הרחוק לכל לוח אם היה צריך להוסיף כרטיסי הרחבה רבים, למשל כדי לחבר דיסק קשיח היה צריך להתקין כרטיס בקר דיסק, כדי להדפיס היה צריך להתקין כרטיס מדפסת וכן הלאה היה צריך להתקין כרטיס קול, כרטיס מסך, כרטיס רשת וכו' כפי הצורך.

עם התפתחות הטכנולוגיה הומצאו הלוחות המשולבים, לוחות אלו כללו חלק גדול מכרטיסי ההרחבה שהיו נדרשים ובמקום שבכל לוח אם יהיו שבעה או שמונה חריצי הרחבה(ראו בתמונה בצד שמאל, לוח אם שאינו משולב) יהיו רק שלושה או ארבעה ורוב הכרטיסים יהיו מובנים כבר בתוך הלוח. כפי שתראו בתמונה מטה, בלוח משולב יש "יציאות אחוריות" (Backpanel Connectors) בקר דיסק קשיח IDE,SATA כל אלו היו בעבר בכרטיסים נפרדים שהיו מותקנים בחריצי ההרחבה.
היתרון של לוחות משולבים הוא בהוזלת המחירים אך החסרון הוא: בעת תקלה באחד הכרטיסים צריך להחליף את כל הלוח.



















בתמונה מטה מוצג לוח אם משולב של חברת "Gigabyte" המבוסס על ערכת שבבים של אינטל, לנוחיותכם הוספנו כיתוב ליד חלקי הלוח השונים.



 













​









סטנדרטים של לוחות - Form Factor

לוחות אם מיוצרים ע"פ סטנדרטים מסויימים, סטנדרטים אלו קובעים את גודל לוח האם, מיקום החריצים לברגים, מיקום חיבורי החשמל מספק הכח, כמות היציאות וכו' סטנדרטים אלו נדרשים כדי לאפשר ליצרנים השונים להתאים את מידות הרכיבים ומיקומם על הלוח, כמו למשל ייצור מארז מתאים ע"פ מידות הלוח. סטנדרטים אלו נקראים באנגלית Form Factor - הסטנדרטים הנפוצים הם: XT, AT, ATX, NLX, MicroATX ועוד רבים נוספים שאין כאם המקום לפרטם. נסביר אודות כמה מהם.



​Advanced Technology - AT - לוחות האם בתקן זה הינם העתק של מחשב ה- IBM AT שיוצר ע"י IBM בשנת 1984, מיקום המעבד, תושבות הזכרון וחריצי ההרחבה בטור אחד, למפרט זה חסרון בולט בכך שהתקנת כרטיסי הרחבה ארוכים היו מופרעים ע"י מיקום המעבד ותושבות הזכרון(בחלק מלוחות האם) ועוד עקב המיקום המרוחק מספק הכח ויחידת האוורור היה נגרם חימום יתר של המעבד, מגרעות אלו טופלו בתקן ה-ATX - בתמונה למטה אפשר לראות לוח אם AT















Advanced Technology eXtended – ATX – יוצר ע"י אינטל בשנת 1995, לוחות האם בתקן זה תוכננו באופן שמיקום המעבד ותושבות הזכרון לא יפריע להתקנת הכרטיסים, בנוסף מיקום המעבד ליד ספק הכח  - שיפר בצורה משמעותית את יכולת הקירור והאוורור שלו, בתקן זה גם שודרג באופן ניכר ספק הכח וחיבורי המתח לחיבור של 20Pin​















​

​New Low Profile eXtended – NLX – מפרט זה משלב את שתי הטכנולוגיות הקודמות(AT,ATX)  יוצר ע"י אינטל בשיתוף עם חברות IBM, Digital – השוני במפרט זה הוא מיקום חריצי ההרחבה בצד הלוח, יצרני מארזי Baby (מארז שוכב ומעליו המסך) השתמשו בלוחות אלו כדי להקטין את הגובה של המחשב.









​







חריצי הרחבה - Expansion Slots

תפקידם של חריצי ההרחבה הם לאפשר לנו להוסיף רכיבים נוספים למחשב שאינם מובנים בלוח האם, למשל עורך וידאו יוסיף למחשב כרטיס עריכת וידאו מקצועי, גרפיקאי יוסיף כרטיס גרפי וכן על זו הדרך, את הכרטיסים הנוספים מתקינים בחריצי הרחבה מיוחדים המותקנים על לוח האם בעת תהליך הייצור. ישנם כמה סוגים של חריצי הרחבה, הראשון שפותח נקרא  ISA - Industry Standard Architecture והומצא ע"י חברת IBM בשנת 1981 למחשבי XT באפיק 8bit ושודרג בשנת 1984 לגרסת  ATבאפיק 16bit. בשנת 1988 הומצא חריץ ה-E-ISA (Extended ISA)  ע"י שילוב של כ-9 יצרנים שונים במטרה להתחרות ב-IBM ולשפר את רוחב האפיק ל-32bit ולשדרג את כמות הזכרון האפשרית ל-4GB, חריץ זה לא הצליח לחדור היטב לשוק והחריץ הבא אחרי ה-ISA היה ה-PCI שפותח ע"י אינטל בשנת 1993, היתרון הבולט היה בשיפור רוחב האפיק ל-32bit ועד ל-64bit ולמהירות העברת נתונים גבוהה במיוחד של 133/266 MBps לרכיב ה-PCI פותחו גרסאות נוספות עם שיפורים נוספים
בשנת 1997 הומצא חריץ ה-AGP ע"י אינטל כדי לתת מענה לצורך הגרפי שנדרש עם התפחתות תחום התלת מימד, חריץ זה אפשר עבודה במהירות של 2133Mbps ופותחו לו גרסאות נוספות בהמשך APG 2X, AGP X4 AGP X8
בשנת 2004 פותח ע"י אינטל חריץ ההרחבה PCI Express שהוא כיום חריץ ההרחבה הנפוץ והמתקדם ביותר, מהירות העברת הנתונים שלו גבוהה במיוחד עד ל-16GBps וסוג היציאה הינה טורי במקום מקבילי בחריצים הקודמים לו, יחד עם המצאתו פותח ע"י חברות Nvidia ו-ATI טכנולוגיה מתקדמת המאפשרת חיבור של שני כרטיסי מסך במחשב אחד ולהתייחס אליהם ככרטיס אחד בעוצמה כפולה טכנולוגיה זו נקראת SLI בחברת Nvidia ו-Crossfire בחברת ATI

 

מעבדים – CPU - Central Processor Unit

תפקידו של המעבד הוא למעשה חישוב נתונים מתמטיים אותם הוא מקבל מהזכרון או מרכיבים אחרים, המעבד מקבל רצף פקודות של ביטים ומבצע פיענוח, חישוב והחזרה לרכיבי הזכרון, כל פעולה המבוצעת במחשב דורשת חישובים רבים, תפקיד המעבד הוא לבצע חישובים אלו.
היצרנים המובילים של המעבדים הם:, Intel, AMD - היצרנית המובילה את השוק כיום הינה Intel



קצת היסטוריה

אינטל פתחה לראשונה את מעבד ה-x86 שנקרא בשם 8086 בשנת 1978, מאז פיתחה אינטל מעבדים רבים נוספים בסדרות הבאות(בכל אחת מהסדרות ישנם דגמים רבים:

80286/386/486 - P5(586-Pentium)/DualCore/Core2Dou/I3/I5/I7

כל מעבד מותקן על תושבת מיוחדת בלוח האם ולכל מעבד מיוצרת תושבת שונה הנקראת באנגלית Slot התושבות של מעבדי אינטל הם:

Slot1/370/423/478/775/1366/1155/1155/2011/1150

המעבדים הנפוצים כיום הם: DualCore,Core2Dou מותאמים לתושבות 775

מעבדי ה – Core-I3/I5/I7 מותאמים לתושבות 1155/1156/1366 והתושבת החדשה 2011

לכל מעבד ישנו רכיב זכרון מובנה הנקרא Cache בגדלים שונים – 1/2/4/8/12MB

טכנאי מחשבים בפרדס חנה קיסריה



























​

זכרון ה-Cache



זכרון ה- Cache – (בעברית - זכרון מטמון מסוג SRAM) הינו זכרון מהיר במיוחד שמטרתו לשדר מידע במהירות אל המעבד- בד"כ רכיבי זכרון ה- RAM  של המחשבים שולחים מידע אל המעבד לחישוב ומשם בחזרה לזכרון אך היות והשידור איטי יחסית – זכרון המטמון מאחסן בתוכו מידע ללא שימוש בזכרון הRAM  של המחשב ולכן מקצר באופן משמעותי את מהירות עיבוד הנתונים- ככל שזכרון המטמון גבוה יותר – כך המעבד יכול לעבד יותר מידע במהירות- בעבר היו מעבדים שנקראו Celeron הם היו זולים משמעותית אך זכרון ה- Cache שלהם היה נמוך מאד, כיום מעבדי – ATOM/E3400 הם בעלי זכרון מטמון נמוך ועל כן הם זולים יותר משמעותית.
סוגי ה-Cache – L1/L2/L3 – בעבר זכרון ה-L1 היה מובנה בתוך המעבד, וזכרון ה-L2 היה על הלוח, בהמשך L2 היה מובנה בתוך המעבד ו-L3 היה על הלוח, כיום שלושתם מובנים בתוך המעבד.

 

טכנאי מחשבים בפרדס חנה קיסריה 0509486600