Hardver

Hardver (angolul: hardware, a. m. vasáru) alatt a számítógép fizikailag megfogható részeinek összességét értjük. A számítógép működéséhez alapvetően hardver és szoftver szükséges, a kettő közötti kapcsolatot a firmware hozza létre, ami a hardverekbe a gyártók által „beépített” szoftvernek tekinthető.

Egy személyi számítógép alkatrészei általában a következők:

• Ház és tápegység
• Alaplap, processzor, memória
• Bővítőkártyák: pl.: videokártya, hangkártya
• Háttértárak (merevlemez, CD- vagy DVD-meghajtó)
• Külső perifériák

A szó etimológiája

Az angol nyelvben ez a szó eredetileg vasárut, szerszámokat jelentett. A személyi számítógépek megjelenésekor kezdték használni megkülönböztetésül a software fogalmától. Így a hardware lett az eszköz, amely alkalmas a software (a rajta futó program) tárolására és futtatására. Ősi formája a Neumann-féle gondolat, amelynek értelmében a számítógép nemcsak az adatokat, hanem a futtatható programot is képes tárolni.

Alaplapi eszközök

Tipikus alaplap

Processzor-hűtőborda és ventilátor

Az alaplapon a CPU, a memória, és a sínrendszer(ek) találhatók, továbbá bizonyos integrált eszközök, illetve csatlakoztatási lehetőségek is előfordulnak, mint például:

• IO eszközök (billentyűzet, egér)
• grafikus kártya
• háttértárolók vezérlői
• egyéb vezérlők (hálózati kártya, hangkártya stb.)

Alaplap

A számítógép alaplapjának (angolul motherboard, vagyis anyakártya) fő feladata a CPU kiszolgálása és a számítógép alapvető áramköreinek összekapcsolása.

CPU

A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozó egység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, mely a programutasítások értelmezését és végrehajtását vezérli.

A processzor főbb részei

Intel Pentium 100 MHz-es processzor

• ALU: (Arithmetic and Logical Unit – Aritmetikai és Logikai Egység). A processzor alapvető alkotórésze, ami alapvető matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Sebessége növelhető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit, lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével. Az FPU korábban külön részegység volt, manapság a processzorok mindegyike beépítve tartalmazza.
• AGU: (Address Generation Unit) - a címszámító egység, feladata a programutasításokban található címek leképezése a főtár fizikai címeire és a tárolóvédelmi hibák felismerése.
• CU: (Control Unit a. m. vezérlőegység vagy vezérlőáramkör). Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtatja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.
• Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. A regiszterek addig (ideiglenesen) tárolják az információkat, utasításokat, amíg a processzor dolgozik velük. A mai gépekben 32/64 bit méretű regiszterek vannak. A processzor adatbuszai mindig akkorák, amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-mal. A regiszterek között nem csak adattároló elemek vannak (bár végső soron mindegyik az), hanem a processzor működéséhez elengedhetetlenül szükséges számlálók, és jelzők is. Ilyen például:
  • utasításszámláló, (PC=program counter, IP=instruction pointer) ami mindig a következő végrehajtandó utasítás címét,
  • utasításregiszter (IR=instruction register), mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. E kód alapján határozza meg a vezérlőegység az elvégzendő műveletet
  • flagregiszter, amely a processzor működése közben létrejött állapotok jelzőit (igaz, vagy hamis),
  • és az akkumulátor, (AC) amely pedig a logikai és aritmetikai műveletek egyik operandusát, majd az utasítás végrehajtása után az eredményt tartalmazza.
• Buszvezérlő: A regisztert és más adattárolókat összekötő buszrendszert irányítja. A busz továbbítja az adatokat.
• Cache: A modern processzorok fontos része a cache (gyorsítótár). A cache a processzorba, vagy a processzor környezetébe integrált memória, ami a viszonylag lassú rendszermemória-elérést hivatott kiváltani azoknak a programrészeknek és adatoknak előzetes beolvasásával, amikre a végrehajtásnak közvetlenül szüksége lehet. A mai PC processzorok általában két gyorsítótárat használnak, egy kisebb (és gyorsabb) elsőszintű (L1) és egy nagyobb másodszintű (L2) cache-t. A gyorsítótár mérete ma már megabyte-os nagyságrendű.

Háttértárak

A számítógépek melletti, központi egységen kívüli tárolóeszközök a nagyobb mennyiségű adat, hosszabb program aktuálisan nem szükséges részeinek tárolására illetve archiválására szolgálnak; továbbá a gépek közötti adatcsere eszközeiként is használatosak. Ilyen célokra hagyományosan valamilyen lemezes tárolót használtak/használnak, de manapság számos felhasználási területen népszerűek a memóriakártyák is.

Lemezes tárolók, lemezmeghajtók

Közös jellemzőjük, hogy a meghajtó az adathordozót egy tengely mentén forgatja, miközben a lemezfelülettel párhuzamosan elhelyezkedő fej érzékeli vagy módosítja az információtárolásra szolgáló anyag valamely fizikai tulajdonságát. Ez a tulajdonság optikai vagy mágneses jellemző.

Hajlékonylemezek

Az adatok tárolására a vékony műanyag hordozóra felvitt mágnesezhető réteg szolgál, amelyet papír (5,25’’-os lemeznél), vagy merev műanyag (3,5’’-os lemeznél) tokban helyeznek el. Az adatok a lemez felületén koncentrikus körök, sávok (track) mentén helyezkednek el. A meghajtóba helyezett lemezt, a berendezés 300-360 percenkénti fordulatszámmal forgatja és az olvasófej a lemez felületéhez hozzáérve írja/olvassa a tárolt információt. Az író/olvasófej helyzete miatt a lemez csak íráskor és olvasáskor forog, mert különben az olvasófej rövid időn belül tönkremenne. A lemez tartalma a felülírástól mechanikusan védhető (reteszelhető). Az idők folyamán többféle típust fejlesztettek ki, a legelterjedtebbek az 5,25’’-os, majd a 3,5’’-os lemezekkel működő meghajtók voltak. Egykoron a legszélesebb körben alkalmazott adattárolási módnak számítottak. Jelentőségük ma erősen csökkent a nagyobb kapacitású, gyorsabb és megbízhatóbb memóriakártyák, pendrive-ok stb. elterjedése miatt, egyes újabb PC-kbe már nem is építenek be hajlékonylemez-olvasót.

Merevlemezek

Az adattárolás céljára 1-6 darab, mágnesezhető réteggel bevont, zárt védőburkolatba helyezett könnyűfém lemezt használ. Az állandó – 3600-15 000 1/min sebességű – forgás miatt a fejek nem érnek hozzá a lemez felületéhez, hanem ún. „repülő fejeket” használnak, amelyek kialakítása olyan, hogy a lemez forgása következtében kialakuló légpárna hatására, a lemez felületétől néhány nanométer távolságra kerülnek. Kapacitásuk a közelmúltban ugrásszerűen megnőtt. 2007-ben már megjelent az 1 TB (10¹² byte) kapacitású, 3,5’’ méretű modell.

Optikai lemezek

Az optikai lemez felületén az adatrögzítés a (mikrobarázdás) hanglemezekhez hasonlóan, spirális pálya mentén történik. Az adatrögzítést és olvasást lézersugár segítségével valósítják meg. A rögzítendő adatsornak megfelelően kicsiny lyukakat (ún. piteket) alakítanak ki a lemez adathordozó rétegében. A olvasásakor a felületet megvilágítják, és a visszatükröződött fénysugarat érzékelve a lemezfelület és végső soron a felírt információ érzékelhető, visszanyerhető. Számos változata alakult ki és terjedt el, a legismertebb a CD és a DVD. Újraírható lemez (jelzésük CD-RW, illetve DVD-RW, DVD+RW) esetén a felírt információ törölhető.

Floppy

Kapacitása: a kezdeti 160 kB-tól a 90-es évekre eljutott az 1,44-2,88 MB-ig. További fejlődés nem várható, mivel mára idejétmúlttá tették a zsebben hordható USB-s flashmeghajtók.

A floppyt használat előtt formázni kell, bár általában gyárilag szokták megformázni. A megformázáskor létrejön a főkönyvtár és a fájl elhelyezkedési tábla. A lemezhez mindig szükséges egy meghajtó. Ez motorral megforgatja lemezt és az író-olvasó fej segítségével letapogatja az adatokat. A floppyban kárt tehet a mágnes, a hő, a víz.

Az CP/M, a CP/M-86, a DR-DOS, az MS-DOS operációs rendszerek és utóbbi leszármazottai tipikusan így hivatkoznak a floppymeghajtókra: A:, B:. A Unix és a vele rokon (POSIX kompatibilis) rendszerekben (pl. Linux) sokkal nagyobb a változatosság. Egy eszköznek akár több neve is lehet, attól függően, hogy milyen üzemmódban akarjuk használni. Jellegzetes példa: /dev/fd0.

Merevlemez (Hard-disk)

Egy vagy több mágnesezhető felületű könnyűfém-lemez tárolja az adatokat. Táblásan megegyezik a floppyéval és a beolvasás is. Fixen megépített, zárt meghajtóban található. A meghajtó belsejében nagy tisztaságú levegő van. Tárolókapacitása napjainkra már a több terabájtot (TB) is elérte.

A partíciók jelölése:

• Windows alatt: C:\, D:\, stb.
• Linux alatt: /dev/hda.

Ház és tápegység

A számítógépház és a tápegységnek illetve az alaplap kialakításának (elrendezésánek) általában össze kell illenie. Jó példák erre az egyes PC szabványok:

• XT
• AT
• ATX

Tápegység

A tápegység (áramforrás), amely a számítógép alkotóelemeit látja el a szükséges árammal – pontosabban a szükséges értékű és terhelhetőségű feszültségekkel. A stabil feszültségek előállításán kívül figyelheti is azokat és a rendszer indításában is közrejátszhat (Power-good jel), illetve saját áramköreinek hőmérséklete alapján vezérelheti a hűtő ventilátorokat (kényszerkonvekciós hűtés). A megfelelő villamos teljesítmény és mechanikai méret (tulajdonképpen hatásfok) elérése érdekében szinte mindig kapcsolóüzemű elven működik.

Ház

Háznak nevezzük a számítógép „dobozát”, amely a tápegységet, az alaplapi eszközöket, és a háttértárakat fogadja be, továbbá megfelelő szellőzést biztosít. Anyaga adott merevségű (anyagú és vastagságú) fém, illetve részben műanyag. Boltban külön is megvásárolható, ebben az esetben a fő elemek közül csak a tápegységet tartalmazza, vagy anélkül kapható.

Perifériák

A perifériákat többféleképpen csoportosíthatjuk:

• Átvitel iránya alapján:
  • beviteli (angolul input) – adatot szolgáltat a számítógép számára
  • kiviteli (angolul output) – a számítógép adatait a külvilág felé továbbítja
  • ki/beviteli (angolul input/output) – mindkét irányban továbbít
• Összekapcsolt dolgok jellege alapján:
  • humanoid – a kapcsolat egyik „résztvevője” ember; ezek azok az eszközök, amelyeken keresztül a felhasználó érintkezésbe léphet a számítógéppel
  • technikai – gép-gép kapcsolat (például modem)
• Felhasználási kör alapján:
  • számítástechnikai – számítógépes perifériák összekapcsolására
  • speciális – ipari, orvosi, kutatási stb. környezethez kapcsolódnak

Beviteli perifériák

(zárójelben az angol megnevezés)

• billentyűzet (keyboard)
• egér (mouse)
• hanyattegér (trackball)
• rajzolótábla (tablet)
• érintőképernyő, tapipad (touchpad)
• szkenner (scanner)
• irányítókar vagy botkormány (joystick)
• játékvezérlő (gamepad)
• (web)kamera
• ujjlenyomat-olvasó
• vonalkód-leolvasó
• mikrofon (mic)
• autós kormány (wheel)

Kiviteli perifériák

• monitor
• projektor
• nyomtató (printer)
• rajzgép (plotter)
• hangszóró

Ki/beviteli perifériák

• érintőképernyő (touchscreen)
• modem (modem)

Források

• Dr. Cserny László : Számítógépek architektúrája, Dunaújvárosi Főiskola, 2003

További információk

• PC Hűtés.lap.hu - linkgyűjtemény
• Plotter.lap.hu - linkgyűjtemény

Kapcsolódó szócikkek

• IBM-kompatibilis PC
• Platform