Аппаратное обеспечение


Аппара́тное обеспече́ние[1][2][3][4], аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо», (англ. hardware) — электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные (информацию, которую вычислительная система хранит и обрабатывает). Аппаратное обеспечение включает: компьютеры и логические устройства, внешние устройства и диагностическую аппаратуру, энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы[5]. К аппаратному обеспечению относятся устройства, образующие конфигурацию компьютера.

Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами; стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Персональный компьютер — универсальная техническая система, конфигурацию которой можно изменять по мере необходимости.

Компьютер

Аппаратное обеспечение вычислительных систем — обобщённое название оборудования, на котором работают компьютеры и сети компьютеров.

К аппаратному обеспечению обычно относят:

Некоторая часть задач, выполняемая аппаратным обеспечением может быть выполнена частично или полностью с помощью программной эмуляции, например, в персональных компьютерах часто используется программная реализация протоколов связи модемов, программная эмуляция функций отрисовки 3D изображений. Обычно перенос выполняемой задачи из аппаратной части в программную уменьшает стоимость оборудования, но увеличивает нагрузку на центральный процессор.

В случае существенной нагрузки на процессор определённого рода задачами, для повышения производительности производят обратную операцию: аппаратно реализуют часть алгоритма, уменьшая участие процессора в выполнении алгоритма.

Примеры аппаратной реализации алгоритмов, которые могли бы быть реализованы программно:

Персональный компьютер

Внутри системного блока персонального компьютера

Обычный персональный компьютер состоит из системного блока, состоящего из шасси и периферийных устройств.

В состав системного блока входят:

Через контроллеры к материнской плате при помощи шлейфов кабелей, сигнальных и питания, подключаются находящиеся внутри системного блока возможные элементы:

Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства в различных сочетаниях:

Архитектура

Под архитектурой аппаратного обеспечения компьютера понимаются внутренние компоненты компьютера и подключенные к нему устройства ввода (как компьютерная мышь и клавиатура) и устройства вывода (монитор). Внутренние компоненты компьютера вместе представляют собой вычислительное и управляющее устройство, объединённое шиной. Более распространены обозначения процессор, оперативная память и жесткий диск. Шина соединяет отдельные компоненты в сложную систему, так как без шины разрозненные детали не смогли бы функционировать. Процессор или ЦПУ определяет основную скорость работы компьютера. Требования к тактированию ЦПУ и собственной мощности процессора постоянно увеличиваются, так как и предъявляемые к технике требования тоже растут. Программное обеспечение, которое позже устанавливается на компьютер, требует все большей мощности процессора.

Термин архитектура распространяется на устройство комплектной системы, так как отдельные компоненты должны быть друг с другом согласованы, чтобы гарантировать бесперебойное протекание процесса. В противном случае в будущем это приведёт к проблемам с компьютером. Если элемент не подходит к другим компонентам, то они так же не могут потреблять полную мощность. Отдельные составные блоки, такие, как процессор, оперативная память или шина, при сборке корпуса должны составлять одно целое. Иначе подключенное к процессору программное обеспечение не сможет выполнять свои задачи в полной мере и обращение с компьютером будет усложнено.

Разработка аппаратного обеспечения

Разработка аппаратного обеспечения - это комплексная работа, включающая создание и оптимизацию электроники и элементов механических систем, выполняющих различные вычислительные процессы. Связь между этими элементами и объектами обычно реализуется через аппаратный интерфейс.[6]

Разработка аппаратных средств обычно осуществляется на следующих этапах[6]:

  1. разработка схем аппаратных элементов;
  2. реализация аппаратных элементов (в виде печатной платы или их комбинации);
  3. тестирование аппаратных элементов в лабораторных условиях;
  4. интеграция системы;
  5. тестирование аппаратных средств в полевых условиях.

Первый этап процесса разработки аппаратного обеспечения[7] является самым важным, ведь правильное проектирование оборудования не только сокращает бюджет проекта, но и предотвращает ряд потенциальных поломок и простоев.

Сходства с разработкой программного обеспечения[8] очевидны:

  • Модель

Пользователи взаимодействуют с продуктами различными способами, продукты взаимодействуют с другими продуктами, и продукты производят выходные данные, учитывая входные данные.

  • Требования

У него есть функциональные (обращенные к пользователю) и нефункциональные (не обращенные к пользователю) требования.

  • Сложность

Любое представление спецификаций продукта неизменно приводит к древовидной структуре, поскольку основные характеристики декомпозируются на более мелкие.[9]

Ссылки

Примечания

  1. «ГРАМОТА.РУ»: Словари русского языка — Справка (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 июля 2007. Архивировано 27 августа 2007 года.
  2. Словари русского языка — Проверка слова «обеспечение» Архивная копия от 27 августа 2007 на Wayback Machine Грамота.ру
  3. Издание орфографического словаря Ожегова 2007 года приводит единственный вариант — обеспече́ние. // Орфографический словарь русского языка / Под редакцией С. И. Ожегова. Локид-Пресс, 2007. 912 с. ISBN 5-320-00396-X.
  4. Издание словаря Розенталя 2006 и 2007 года тоже приводит единственный вариант — обеспече́ние // Д. Э. Розенталь. Русский язык. Справочник-практикум. Оникс, Мир и образование, 2007. ISBN 5-488-00712-1, 5-94666-332-1, 978-5-488-01360-5.
  5. «ГЛОССАРИЙ.РУ»: Служба тематических толковых словарей. Дата обращения: 7 октября 2010. Архивировано 15 декабря 2010 года.
  6. 1 2 Hardware Development (англ.). Sirin Software. Дата обращения: 11 февраля 2022. Архивировано 10 февраля 2022 года.
  7. Embedded Hardware Development (англ.) ?. ADUK GmbH. Дата обращения: 11 февраля 2022. Архивировано 26 января 2022 года.
  8. Embedded Firmware Development (англ.) ?. ADUK GmbH. Дата обращения: 11 февраля 2022. Архивировано 23 января 2022 года.
  9. Hardware vs. Software Development: Similarities and Differences (англ.) ?. Cprime (19 ноября 2015). Дата обращения: 11 февраля 2022. Архивировано 10 февраля 2022 года.