הכרת חלקי המחשב

הקדמה

מחשבים נמצאים בכל מקום וכולם משתמשים בהם (במכוניות שלנו, במטבחים, בסלון, בחנויות ובמקומות העבודה שלנו).

הם משמשים לתקשורת, למשחקים ואף להקלה על משימות יומיומיות (במידה ויודעים להשתמש בהם לצורך כך).

מערכת מחשב

מהי מערכת מחשוב?

מערכת מחשוב היא מערכת שלמה, פונקציונליות הכוללת חומרה ותוכנה.

המחשב מקבל נתונים (קלט), מעבד את הנתונים (תהליך), מייצר מידע המבוסס על הנתונים (פלט) ולבסוף ומאחסן את התוצאות (אחסון).

חומרה

החומרה מתייחסת לחלקים הפיזיים של המחשב; כל דבר שאנחנו יכולים לראות ולגעת (מסך, לוח אם, דיסק קשיח).

תוכנה

תוכנה היא אוסף של נתונים או הוראות מחשב שאומרים למחשב כיצד לעבוד.

זה כולל תוכנות מחשב ומערכות הפעלה (OS).

תוכנית

אוסף של הוראות המבצעות משימה ספציפית המבוצעות על ידי המחשב.

 

מערכת הפעלה

מערכת הפעלה  (OS)היא תוכנה הפועלת כממשק בין משתמש הקצה לבין חומרת מחשב. 
על כל מחשב להיות בעל מערכת הפעלה אחת לפחות כדי להפעיל תוכניות אחרות. אפליקציה כמו מעבד התמלילים, דפדפן האינטרנט, עורך הטקסט ועוד זקוקים לסביבה בה יוכלו לפעול ולבצע את המשימות הנדרשות.
מערכת ההפעלה מסייעת למשתמש לתקשר עם המחשב בלי לדעת לדבר שפת מחשב.
משתמש לא יוכל להשתמש במחשב האישי או בכל מכשיר נייד ללא מערכת הפעלה.

 איך עובדת מערכת ההפעלה ?

מערכת ההפעלה של המחשב מנהלת את התוכנות ואת חומרה המחשב. ישנן מספר תוכנות מחשב שונות שפועלות במקביל ולכולן יש צורך לגשת אל יחידת העיבוד המרכזית (CPU), אל הזיכרון הוירטואלי (RAM) ואל הדיסק הקשיח (אחסון).
מערכת ההפעלה מסדרת את רצף הפעולות בהתאם על מנת שכל תוכנה תקבל את המשאב הדרוש לה מבלי ליצור עומס.

תכונות של מערכת הפעלה:

• מצב בטוח, או מצב רגיל
• גישה לדיסק ומערכות קבצים
• ניהול זיכרון
• ביצוע פעולות קלט / פלט
• טיפול בשגיאות
• ניהול והקצאת משאבים
• הגנת על המידע המאוחסן

 

ניהול משאבים ותהליכים במערכת ההפעלה:

ניהול תהליכים: תהליכי מערכת הם מה שקורה עכשיו במערכת.
התהליך אחראי על הפעלת יישומים במערכת ההפעלה והם מחולקים ל-3 קבוצות:

·         יישומים - (יישומים שהמשתמש רואה, יכולים להיות יישומים במערכת ההפעלה כמו וורד או תוכנות צד שלישי שהורדנו).

·         תהליכי רקע - (תהליכים שלא מוצגים למשתמש ורצים ברקע: שירותי מערכת, אנטי וירוס וכו').

·         תהליכים של מערכת ההפעלה - (תהליכים שתפקידם לשמור על תפקוד שוטף של מערכת ההפעלה).

ניהול זיכרון: הקצאה של זיכרון על פי תוכניות הזקוקות למשאבים.

ניהול קבצים: יצירה ומחיקה של קבצים, ארגון קבצים וניהול תיקיות (מתן שמות, שכפול, שיתוף והרשאות גישה).

ניהול התקנים קלט / פלט: מנהל את רכיבי החומרה המתחברים למחשב (עכבר, מקלדת, מצלמה).

אבטחה: מערכת להגנה מפני תוכנות זדוניות וגישה לא מורשית אל מערכת ההפעלה שלנו.

ממשק הפקודה: שימוש במשאבי המערכת באמצעות פקודות.

ניהול משתמשים: מעקב ותיעוד של כל פעילות המשתמשים במערכת ההפעלה.

 

סיכונים פוטנציאלים:

·         מערכת ההפעלה לא מאובטחת במאת האחוזים ולכן אנו עשויים להיות חשופים לפגיעויות ולהתקפות שונות.

·         מערכת ההפעלה אינה חסינה מבעיות טכניות ואנו עשויים לאבד את הקבצים שלנו במקרה של תקלה.

 

סוגי מערכות הפעלה:

1.       חלונות (Windows): יצאה לשוק בשנת 1985 על ידי מיקרוסופט ופועלת כיום על מחשבים אישיים ושרתים.

2.       לינוקס (Linux): משפחה של מערכות הפעלה הנחשבות לחופשיות וחינמיות.

3.       מקינטוש (Macintosh): סדרת מחשבים אישיים המעוצבת ומשווקת על ידי חברת אפל ופועלים באמצעות גרסאות שונות של מערכת ההפעלה Mac OS.

מערכות הפעלה לסמארטפונים:

·         Android: מערכת הפעלה המיועדת לטלפונים חכמים, מחשבי לוח, טלוויזיות חכמות, שעונים חכמים ומכוניות ומבוססת על ליבת לינוקס.

·         IOS: מערכת הפעלה ניידת מבית אפל, המשמשת את ה-iPhone ואת ה-iPad.

מחזור עיבוד המידע

בזמן עיבוד המידע מתבצעות 4 פונקציות בסיסיות:

1.       קלט - הוראה שאנחנו נותנים למחשב (לחיצת עכבר או מקלדת, חיבור מצלמה, סורק ועוד).

2.       יצירת תהליך – לאחר שהמחשב קיבל את ההוראה המעבד קורא אותה ומבין מה המשתמש רוצה לעשות.

3.       פלט – כעת, תוצג התוצאה הרלוונטית.

4.       שמירה לאחסון – לבסוף המידע ישמר לשימוש עתידי.

 

מארז מחשב:

מארז מחשב מכיל בתוכו את כל רכיבי החומרה: ספק כוח, לוח אם, זכרונות, כונן קשיח, כונן דיסקים, מעבד, זיכרונות ועוד.

·         המארז מספק הגנה על כל הרכיבים הפנימיים.

·         מונע נזק מחשמל סטטי.

·         מספק סביבה ראויה וקרה על מנת לשמור על רכיבי המחשב בתפקוד מלא.

·         המארז נקבע על ידי סוג הלוח (ATX, Micro ATX, Mini ITX, BTX). 

סוגי מארזים

1.       מארז סטנדרטי (Standard ATX): מארז בגודל סטנדרטי המותאם למשאבי חומרה בסיסיים.

2.       מארז מגדל (Tower ATX): מארז רחב שגודלו עשוי להיות עד כשני מטרים, מותאם למשאבי חומרה רבים ויש בו מקום למספר דיסקים קשיחים, כרטיס מסך, גופי קירור גדולים.

·         למארז זה מספר גדלים שונים: Mini Tower, Mid-Tower, Full Tower, Ultra Tower.

3.       מארז שוכב/שולחני (HTPC): משמש בעיקר כעמדות מצלמה או כסטרימר.

 

סוגי לוחות אם:

לוח האם הוא המשטח המרכזי עליו מתנהלת פעולתו הפנימית של המחשב.

כל לוח אם מבוסס על ערכת שבבים (Chipset) שאחראית על הגישור בין הרכיבים השונים המרכיבים את המחשב. בנוסף לערכת השבבים, לוח האם מכיל רכיבי אלקטרוניקה המסדירים את המתח החשמלי אל ובין השבבים כמו גם את התקשורת שלהם. רכיבים אלה הם נגדים, קבלים, סלילים וכיוצא באלו.

דוגמאות ללוחות אם המסודרים על פי גודל, צורה ולסידור הפיזי של חומרה.

לוחות אם	ATX	Micro ATX	ITX (Mini-ATX
סוג הלוח	Advanced Technology Extended	Advanced Micro Technology extended	Information Technology extended
הסבר	הכי נפוץ ושימושי כיום	גרסה קטנה יותר של ATX
גודל הלוח	12’x9.6’	9.6’x9.6’	6.7’x6.7’

חיבורים על לוח האם

לוח האם הוא החלק החשוב ביותר במחשב ונחשב ללב ולעמוד השדרה שלו.

כפי שניתן לראות בתמונות למעלה, כל לוח אם מכיל חיבורים שונים:

·         תושבת מעבד

·         תושבת זיכרונות

·         ערכת שבבים

·         סוללת CMOS

·         מחברי מתח

·         חריצי הרחבה PCIE

 

תושבת המעבד

המקום בלוח האם בו נמצא המעבד המשמש ליצירת מגע בין שני החלקים.

 ישנן מספר שיטות ליצירת מגע בין המעבד ללוח האם:

1. מערך רשת פינים (LGA): חורים מיושרים בשורות אחידות סביב השקע כדי לקבל את הפינים בתחתית המעבד.
שיטה זו נמצאת בשימוש בעיקר על ידי אינטל (דוגמה LGA775 - המספר מייצג את מספר מחטים שיש לו).

2. מערך רשת (PGA): פינים בולטים קהים על השקע שמתחבר עם חורים בלוח האם.
שיטה זו נמצאת בשימוש בעיקר על ידי AMD (דוגמה לשקע AM2+).

מעבד

רכיב חומרה במחשב המבצע את הפקודות המאוחסנות בזיכרון המחשב.

הפקודות אותן מקבל המעבד מאפשרות לו קריאת מידע מהזיכרון או מהתקנים שונים, ביצוע פעולות חשבוניות ולוגיות על מידע זה וכתיבת תוצאות החישוב בחזרה לזיכרון או לחלופין שליחתו להתקנים חיצוניים.

יצרניות מעבדים

כיום יש 2 יצרניות עיקריות של מעבדות

·         Intel – Pentium, Atom, Core i5, i7, i9

·         AMD – Penom, Turion, Athelon 64, Sempron

 

מדידת הכוח של המעבד

כוח המעבד נמדד על פי מהירות וכמות הנתונים שהוא יכול לעבד. מהירות המעבד מדורגת במחזורים לשנייה (הרץ).
מהירות המעבדים הנוכחיים נמדדת במיליוני מחזורים לכל שניה, מגה-הרץ (MHz), או מיליארדי מחזורים בשנייה, גיגה-הרץ (GHz).

ארכיטקטורה מגדירה כיצד מעבד מטפל ומבצע הוראות שונות שהועברו ממערכת ההפעלה (OS) ותוכניות שונות.

 

ארכיטקטורות המעבד

x86 (32 סיביות) - מעבדים ישנים אלה ידועים כמעבדי x86 מכיוון שאינטל השתמשה במספר 86 במספר הדגם של מעבדים אלה. לכן, אם מתקינים מערכת הפעלה או תוכנה על סוג זה של מעבדים יש להשתמש בגרסת 32 סיביות שלו.

x64 (64 סיביות) - מעבדים אלה עובדים מהר יותר וטוב יותר ממעבד x86, הם יכולים להעביר יותר נתונים בזמן נתון, דורשים מערכת הפעלה מותאמת ל-64 סיביות, אך יכולה לעבוד עם יישומים של 32 סיביות באמצעות הדמיית עיבוד של 32 סיביות.

יחידת קלט/פלט (I/O): מנהלת את ההוראות והנתונים הנכנסים והיוצאים מהמעבד.

יחידת הבקרה: שולטת בפעולות, תנועת הנתונים ופעולות ה-ALU של המעבד.

יחידה לוגיות אריתמטיות (ALU): מבצעת את החישובים האריתמטיים (+,-,*,/) והשוואות לוגיות (>,<,+, AND, OR, NOT) בתוך המעבד. כל המעבדים השולחניים והמחשבים הניידים הנמכרים היום מכילים שני ALUs בכל ליבת מעבד בתוך חבילת המעבד.

אוגר: הוא זיכרון קטן בתוך המעבד שעובד כמו זיכרון וירטואלי (RAM) אך מחוץ למעבד ומשמש להחזקת נתונים, הוראות וכתובות שה-ALU מעבד.

עיבוד ריבוי ליבות: ניתן להתקין מספר מעבדים באותו בית מעבד, לכל מעבד יש מטמון ובקר משלו המאפשרים לו לפעול ביעילות כמו מעבד יחיד שעובד מהר יותר.

אפיק נתונים

אפיק נתונים הוא תת-מערכת המשמשת להעברת מידע בין רכיבי מערכות ממוחשבות.

 ניתן לחלק את אפיקי הנתונים לשני סוגים:

·         אפיקים פנימיים או אפיקים מקומיים - המשמשים לחיבור רכיבים פנימיים של מערכת מחשב ללוח האם ובאמצעותו למעבד ולזיכרון. דוגמאות לאפיקים מסוג זה כוללות את ISA, EISA ו-PCI לסוגיו.

·         אפיקים חיצוניים - המשמשים לחיבור ציוד היקפי למחשב. דוגמאות לאפיקים מסוג זה כוללות את ATA, SCSI ו-USB.

כרטיסי תקשורת (מודמים וכרטיסי רשת) אינם נחשבים לרוב כאפיקים.

טכנולוגיות חדשות גורמות לטשטוש ההבדלים בין ההתקנים. כניסת USB עשויה לשמש לחיבור התקן חיצוני (מדפסת, למשל) אך ניתן להשתמש בה (עם התאמות מסוימות) כדי לחבר שני מחשבים ביניהם וליצור ביניהם תקשורת.

ערכת שבבים

ערכת שבבים (Chipset) היא קבוצה של מעגלים משולבים (שבבים) אשר מתוכננים לעבוד ביחד, ובדרך כלל מסומנים כמוצר אחד.
שתי יצרניות השבבים הגדולות הן אינטל ו-AMD.

רוב ערכות השבבים מחולקות לשני רכיבים נפרדים, Northbridge ו-Southbridge:

·         הגשר הצפוני (רכזת בקר זיכרון) - שולט בגישה ל-RAM, לכרטיס המסך ולמהירויות שבהן המעבד יכול לתקשר איתם.

·         הגשר הדרומי (רכזת בקר I/O) - ברוב המקרים, מאפשר למעבד לתקשר עם כוננים קשיחים, כרטיס קול, יציאות USB ויציאות קלט/פלט (I/O) אחרות.

ארכיטקטורה של ערכת השבבים:

זיכרון מטמון

זיכרון מטמון (Cache) רכיב חומרה או תוכנה האוסף נתונים על בסיס ערכים מקוריים המאוחסנים במיקום אחר, או שהופקו קודם לכן באמצעות חישוב כלשהו. השימוש במטמון מאפשר שליפה מחודשת של המידע במהירות במקום לחזור אל המאגר המקורי שהוא יחסית איטי או מרוחק. השימוש מאפשר גם לאחזר את הנתונים הללו במהירות ובהשקעה מינימלית.

באופן כללי, "מטמון" הוא אחסון של פריטים המבוקשים בתדירות גבוהה קרוב יותר למי שמבקש אותם (כדי להגדיל את מהירות הגישה אל אותם פריטים). דוגמה פשוטה להגדרה זו יכולה להיות השאלת מספר ספרים מהספרייה לצורך כתיבת עבודה, אנו מקרבים אלינו את הספרים לצורך שימוש תדיר בהם.

ישנם שלושה סוגים של זיכרון מטמון:

• L1 הוא מטמון פנימי המשולב במעבד.

• L2 הוא מטמון חיצוני שהותקן במקור על לוח האם ליד המעבד. מטמון L2 הוא משולב כעת במעבד.

• L3 משמש בחלק מתחנות עבודה מתקדמות ומעבדי שרתים.

 זיכרון גישה אקראית (RAM)

שם כללי למספר רב של סוגי זיכרון מחשב, המתאפיינים כולם ביכולת המעבד לגשת ישירות לכל תא בזיכרון לפי כתובתו, לכתוב בו ולקרוא ממנו. ההתייחסות הנפוצה לזיכרון מחשב היא למעשה התייחסות לזיכרון הגישה האקראית הראשי שלו.

סוג הזיכרון הנמצא בשימוש נפוץ ביותר בימינו הוא DRAM זיכרון מסוג זה הוא זיכרון נדיף (volatile), כלומר מאבד את תוכנו עם ניתוק הזיכרון ממקור האנרגיה שלו. בנוסף, DRAM דורש רענון (refresh) מספר פעמים בשנייה כדי לשמור את תוכנו.

בפועל זיכרון הגישה האקראית הוא אחסון זמני עבור נתונים ותוכניות שאליהם המעבד ונמצאים בשימוש.

עבור כל תוכנית שמופעלת במערכת ההפעלה, עותק שלה מועתק מהכונן הקשיח לזיכרון הראם כדי לאפשר גישה מהירה יותר.

·         כל עוד התוכנית פתוחה, הנתונים יישמרו בזיכרון הראם.

·         זיכרון הגישה האקראית הוא זיכרון נדיף - התוכן נמחק כשהמחשב כבוי (אלא אם ישמר בכונן אחסון).

·         ככל שיש יותר זיכרון ראם במחשב, יש למחשב יותר קיבולת להחזיק ולעבד תוכניות כבדות וקבצים, כמו גם לשפר את ביצועי המערכת.

ישנם שני סוגים של זיכרון גישה אקראית:

1 SRAM .זיכרון RAM סטטי - שבבי זיכרון RAM השומרים מידע ללא צורך ברענון, כל עוד המחשב פועל (זיכרון מטמון).

2 DRAM .זיכרון RAM דינמי - מאבד את הנתונים שלו במהירות, ובקר הזיכרון חייב לרענן אותם כמה אלפי פעמים בשנייה כדי לשמור את הנתונים.

 

כפי שניתן לראות בתמונה, היחידות השחורות והכחולות הם המקום בו מוכנסים זיכרונות ה-RAM.

זיכרון לקריאה בלבד (ROM)

זיכרון ה-ROM  הוא שבב, הממוקם על לוח האם, המאחסן הוראות בסיסיות לאתחול המחשב וטעינת מערכת ההפעלה.
אפשר להגיד שזאת "מערכת ההפעלה" של לוח האם ולא ניתן למחוק, לשנות או לשכתב את התוכן באמצעים רגילים.

ה-ROM הוא זיכרון לא נדיף. השבבים שומרים על תוכנם גם כשהמחשב במצב כבוי.

 מה ההבדל בין RAM ל-ROM?

	ROM	RAM
מה מאוחסן בזיכרון?	הוראות בסיסיות לאתחול המחשב וטעינה של מערכת ההפעלה	נתונים ותוכניות הנמצאים בשימוש
סוג זיכרון	זיכרון קבוע	זמני
מה ניתן לעשות עם המידע?	ניתן רק לקריאה ולא ניתן לשינוי	ניתן לקרוא ולכתוב לתוכו
נדיף\לא נדיף	לא נדיף	נדיף

 

אמצעי אחסון

כונני אחסון הם מכשירים שאנו משתמשים בהם כדי לאחסן בהם נתונים, לצמיתות. אנחנו יכולים לקרוא או לשנות הנתונים.

כונני האחסון יכולים להיות פנימיים או חיצוניים למחשב וכוללים:

·         דיסק קשיח / SSD

·         כונן אופטי

·         התקן נשלף

·         כונן רשת

 

דיסק קשיח (HDD)

רכיב במחשב המשמש לשמירת נתונים. דיסק קשיח יכול להכיל בדרך כלל כמות גדולה של נתונים לעומת זיכרונות אחרים, אך פעולתו איטית לעומת הזיכרון הפנימי של המחשב (RAM). הדיסק הקשיח הוא התקן זיכרון בלתי נדיף המאפשר אחסנה אמינה של נתונים דיגיטליים בנפח גדול ובזמן גישה קצר יחסית להתקני זיכרון מכניים אחרים. בהשוואה להתקני זיכרון אחרים באותה הקיבולת, הדיסק הקשיח זול משמעותית, אולם זמן הגישה לנתונים בדיסק ארוך בהשוואה לזיכרון הפנימי (RAM) - דיסק קשיח מכני איטי פי 100,000 מהזיכרון הפנימי.

 כונן שבבי (SSD)

כונן מוצק או SSD עושה את אותו הדבר שכונן קשיח מכני עושה, הוא מאחסן נתונים.
ההבדל הגדול והבולט ביותר הוא שהוא אינו מכיל חלקים נעים. זה מאפשר ל SSD להיות מהיר ואמין יותר מכונן קשיח מכני רגיל.

אמצעי לאחסון מידע המופיע בכמה צורות:

·         זיכרון נדיף, בו המידע נמחק בעת הניתוק מהחשמל, לדוגמה: זיכרון גישה אקראית.

·         זיכרון נדיף בשילוב עם סוללה, כך שתוכן הזיכרון נשמר לתקופה מוגבלת גם אם יש הפרעה באספקת המתח.

·         זיכרון בלתי נדיף, בו המידע נשאר אגור בתוך רכיבי הזיכרון, לדוגמה: זיכרון הבזק (Flash). זוהי הצורה הנפוצה יותר.

 

התקף נשלף

מכשיר זעיר לאחסון נתונים למחשב, המשתמש בזיכרון הֶבְזֵק (Flash) לאחסון נתונים ובממשק ה-USB של המחשב להעברתם אל המחשב או ממנו.

כונן רשת

חיבור שמחובר לאחסון של מחשב מרוחק לגישה לקבצים, ספריות, ויישומים.
הגישה לכונן הרשת היא רק כאשר המחשב האישי מחובר אל רשת מסויימת ובעל הרשאת גישה.

כרטיס גרפי

רכיב שתפקידו לייצר פלט חזותי מהמחשב שיוצג על גבי המסך. תוכניות מחשב שונות מייצרות פלט חזותי, וכרטיס המסך הוא רכיב החומרה האחראי לקחת פלט זה ולהורות למסך אילו נקודות להאיר על הצג (ובאיזה צבע) כדי שנוכל לראות את הפלט. כרטיס המסך מקבל כקלט מהמעבד נתונים בינאריים והופך אותם לאות תצוגה

ספק כוח

ספק כוח הוא יחידה אלקטרונית שתפקידה לספק למעגלים אלקטרוניים את המתח והזרם החשמלי הדרושים להפעלתם.
ספק הכוח ממיר מתח AC למתח DC - הוא לוקח חשמל מהשקע בקיר והופך אותו לחשמל כדי להפעיל את הרכיבים הפנימיים כדי שכל רכיב יקבל את כמות הכוח שהוא צריך.
לספק הכוח יש מאוורר פנימי כדי לסייע בקירור הרכיבים.

ספק כוח סטנדרטי

ספק כוח מודולריים / לא מודולריים

ספקי כוח יכולים להגיע עם או בלי מחברי חשמל - זה מגדיר אם הם לא מודולריים, חצי מודולריים או מודולריים.

 

ספק כוח לא מודולרי

 ספק כוח חצי מודולרי

 ספר כוח מודולרי

סוגי חיבורי חשמל מהספק

לספקי כוח יש מחברים שונים, המשמשים לחיבור רכיבים שונים על לוח האם.

שם החיבור	תמונה	המכשיר שמתחבר
חיבור Berg		דיסק Floppy
חיבור Molex		דיסק קשיח וכונן דיסקים
חיבור SATA		דיסק SATA וכונן דיסקים
חיבור 20 פינים (חיבור 1P)		לוח אם ATX ישן
חיבור 24 פינים (חיבור 1P)		לוח אם ATX כיום
חיבור Aux 4 פינים		לוח אם ATX כיום
חיבור Aux 8 פינים		לוח אם ATX כיום
חיבור 6 פינים (PCIe)		כרטיס מסך
חיבור 8 פינים (PCIe)		כרטיס מסך

  

מערכת קירור

חלקי המחשב הנמצאים בארז מייצרים חום, במידה ומתחממים יתר על המידה הם עלולים לעבוד בצורה לקויה או להישרף.

כדי למנוע מהם להישרף אנו משתמשים במערכות קירור שונות:

 

מאוורר מארז - מעביר אוויר דרך מארז המחשב ממנו החוצה.

 

גוף קירור – מקרר את המעבד ויושב עליו.

המעבד מתחמם מאוד מהר ולכן יש לו מערכת קירור עצמאית עשויה מתכת השואבת את החום ומורידה את הטמפרטורה של המעבד.

 

מערכת קירור נוזלית

מערכת קירור נוזלית הינה משאבה קטנה שיושבת בתוך המארז ומעבירה נוזל מסביב לרכיבים ממש כמו שרדיאטור עובד במכונית.

חיבורי הרחבה

לוח האם מכיל מספר חריצי הרבה בהם ניתן לחבר כרטיסי קול, כרטיסי מסך ורכיבים חיצוניים שלא נמצאים על לוח האם.