Fungování počítačů je v základu poměrně jednoduché, avšak jejich technická realizace do dnešní podoby je velmi komplexní. Na druhou stranu běžný uživatel nemusí znát všechna technická specifika, aby je mohl efektivně používat.

V tomto materiálu jsou vysvětleny principy fungování jednotlivých částí počítače. Pro běžnou práci je však také nezbytné zohlednit software, především operační systém, který je vysvětlen v jiné části materiálu.

Základní součásti počítače

Teoreticky lze fungování počítačů – a obdobně i mobilních telefonů nebo herních konzolí – zjednodušeně popsat jako interakci tří základních komponent: procesoru, operační paměti a sekundární paměti.

Procesor

Procesor, někdy označovaný zkratkou CPU (z anglického Central Processing Unit), je elektronická komponenta, jejímž úkolem je vykonávání strojových instrukcí (například „sečti dvě čísla“, „zvětši hodnotu o jedničku“, „ulož do paměti“, „porovnej hodnoty“ nebo „přeskoč na adresu“) a řízení toku dat mezi pamětí, vstupními a výstupními zařízeními. [a]

Intel Core i5-8600 [b] a AMD Ryzen 3 3100 [c]

Základním parametrem (nikoli však jediným), podle kterého lze posuzovat „rychlost“ procesoru, je taktovací frekvence. Tento údaj udává, kolik základních operací je procesor schopen vykonat za jednu sekundu. V současnosti dosahuje frekvence hodnot v řádu jednotek GHz (tj. $10^9$ operací za sekundu).

Moderní procesory mají obvykle více jader, která umožňují paralelní zpracování více operací současně.

Operační paměť

Operační paměť (RAM, z anglického Random Access Memory) je prostor, ve kterém jsou uloženy instrukce určené pro procesor a také data, která procesor právě zpracovává nebo dočasně ukládá pro další použití.

RAM modul Kingston 64GB DDR5. [d]

Procesor může k operační paměti přistupovat přímo. Paměť je rozdělena na malé „bloky“, z nichž každá má svou jedinečnou adresu. Díky tomu může procesor snadno číst nebo zapisovat data kamkoli v paměti za konstantní čas.

Tento typ paměti je energeticky závislý (volatilní) – po odpojení od elektrického napájení ztrácí všechna uložená data.

Sekundární paměť

Pro trvalé ukládání dat (programy, filmy, hry apod.) se v současnosti nejčastěji využívají dvě komponenty: pevný disk (HDD – Hard Disk Drive) a SSD (Solid State Drive). Obě tyto komponenty fungují na odlišných fyzikálních principech, a proto mají různé výhody a nevýhody.

Srovnání struktury a jednotlivých součástí HDD a SSD

Pevný disk (HDD) funguje na principu magnetického zápisu. Rotující plotna disku je pokryta magnetickým povrchem, který je pomocí čtecí/zápisové hlavy a elektromagnetu magnetizován na konkrétních místech. HDD je obecně pomalejší než SSD, na druhou stranu je cena za gigabajt paměti výrazně nižší.

SSD ukládá data na polovodičové paměťové čipy (flash memory). Pro uchování dat využívá pouze elektrickou energii a neobsahuje žádné mechanicky pohyblivé části. Oproti HDD mají SSD obecně omezenou životnost z hlediska počtu zápisů.

Architektura fungování počítače