Аппаратное обеспечение

Аппара́тное обеспе́че́ние, аппаратные средства, компьютерные комплектующие, «железо», () — 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. 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:
 центральный процессор (процессоры)
 оперативную память
 системную логику
 периферийные устройства
 сетевое оборудование

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:
 3D графика
 DMA-режим работы IDE устройств
 FIFO-буффер у COM-портов
 Физический процессор для обсчёта поведения объектов в компьютерных играх
 Математический сопроцессор, ускоряющий операции с плавающей запятой (в современных процессорах интегрирован)
 Функции файрвола

Персональный компьютер 

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

В состав системного блока входят:
 материнская плата с припаянными или установленными на ней:
 Чипсет — взаимосвязанный набор микросхем, логика которого в наибольшей степени определяет то, каковы прочие элементы компьютера.
 центральный процессор
 BIOS — программное обеспечение в ПЗУ материнской платы.
 кулер охлаждения процессора как основного тепловыделяющего элемента современного компьютера.
 оперативная память и кэш
 слоты расширения шин — PCI, PCI-E, USB, FireWire, AGP (устарела), ISA (устарела), EISA (устарела)
 контроллеры устройств — хранения: IDE, SCSI, SATA, SAS или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения.
 видеоконтроллер (встроенный или в виде отдельной платы), передающий сигнал на монитор
 звуковой контроллер
 сетевой интерфейс (сетевая плата)
 блок питания
 система охлаждения — дополнительные элементы охлаждения (вентиляторы, механические элементы, части водяной системы охлаждения), необходимые при установке блоков, имеющих повышенное тепловыделение (видеокарт, вычислительных сопроцессоров).

Через контроллеры к материнской плате при помощи шлейфов кабелей, сигнальных и питания, подключаются находящиеся внутри системного блока возможные элементы:
 жёсткий диск (их может быть несколько, они могут быть объединены в RAID-массив)
 SSD
 накопитель на гибких дисках
 оптический накопитель типа CD-ROM и другие устройства.

Кроме того, в аппаратное обеспечение компьютера также входят внешние (по отношению к системному блоку) компоненты — периферийные устройства в различных сочетаниях:
 Устройства ввода
 клавиатура
 мышь, трекбол или тачпад
 графический планшет
 джойстик
 сканер
 микрофон
 устройства вывода
 монитор
 колонки/наушники
 печатающие устройства типа принтера или плоттера
 для связи используются различные модемы и сетевое оборудование: маршрутизатор, сетевой коммутатор, беспроводная точка доступа.
 устройства ввода-вывода для технологий виртуальной реальности.

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.

Разработка аппаратных средств обычно осуществляется на следующих этапах:

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

Первый этап процесса разработки аппаратного обеспечения 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 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.

Ссылки 

 Аппаратное обеспечение // elektro-expo.ru

Примечания 

Архитектура компьютеров