Urządzenia techniki komputerowej(Hardware)
Architektura systemów komputerowych, budowa płyty głównej, procesory (CISC/RISC), rodzaje pamięci (RAM, ROM, Cache), nośniki danych (HDD, SSD, RAID), interfejsy i magistrale, zasilacze i obudowy, diagnozowanie usterek sprzętowych
Wstęp: sprzęt to najbardziej „liczbowy" dział INF.02
Ten dział wygląda na najłatwiejszy do nauczenia i najczęściej to właśnie on zabiera punkty. Egzamin rzadko pyta „czym jest procesor". Pyta, ile pamięci zaadresuje system 32-bitowy, jaką pojemność da macierz RAID 5 z czterech dysków po 2 TB, albo które złącze na płycie odpowiada za zasilanie procesora. To są pytania o konkretne liczby i konkretne kształty wtyczek — trzeba je znać z pamięci, bo na egzaminie nie ma czasu na dedukcję.
📋 Spis treści
Architektura i podzespoły
1
Architektura systemu komputerowego
Egzamin lubi pytanie „czym różni się architektura von Neumanna od harwardzkiej". Różnica jest jedna i sprowadza się do tego, czy program i dane leżą w tej samej pamięci.
Program i dane leżą we wspólnej pamięci operacyjnej i korzystają z jednej magistrali. Prostsze i tańsze, ale procesor nie może jednocześnie pobierać rozkazu i danych — to tzw. wąskie gardło von Neumanna. Tak zbudowany jest każdy zwykły pecet.
Osobna pamięć na program i osobna na dane, każda z własną magistralą. Pobieranie rozkazu i danych może zachodzić równolegle, więc jest szybciej. Stosowana w mikrokontrolerach i procesorach sygnałowych (DSP).
Każdy rozkaz przechodzi przez ten sam cykl. Kolejność bywa punktowana wprost:
- Fetch — pobranie rozkazu z pamięci pod adresem ze wskaźnika instrukcji.
- Decode — dekodowanie: układ sterowania rozpoznaje, co to za rozkaz.
- Execute — wykonanie operacji przez jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU).
- Write back — zapis wyniku do rejestru lub pamięci.
Klasyk egzaminacyjny — ile pamięci zaadresuje system?
Liczba adresowalnych komórek to 2 do potęgi równej szerokości szyny adresowej.
Dla systemu 32-bitowego: 232 bajtów = 4 294 967 296 B = 4 GiB.
Dlatego 32-bitowy Windows nie wykorzysta 8 GB RAM-u — to nie jest ograniczenie
płyty, tylko matematyka adresowania. System 64-bitowy adresuje teoretycznie
264 B, czyli 16 EiB, a realnie tyle, na ile pozwala kontroler
pamięci i licencja systemu.
2
Płyta główna, chipset i BIOS/UEFI
Płyta główna to układ połączeń. Na zdjęciu płyty musisz umieć wskazać gniazdo procesora, banki pamięci, sloty rozszerzeń i złącza zasilania — to typowe zadanie „opisz element oznaczony literą X".
- Gniazdo procesora (socket) — LGA (nóżki w gnieździe, Intel), PGA (nóżki na procesorze, starsze AMD), AM4/AM5.
- Banki pamięci (DIMM) — zwykle 2 lub 4, kolorowane parami pod tryb dual channel.
- Chipset — steruje komunikacją z urządzeniami peryferyjnymi. Kontroler pamięci i linie PCIe są dziś w procesorze.
- Sloty rozszerzeń — PCI Express x16 (karta graficzna), x1 (karty sieciowe, dźwiękowe).
- Złącza zasilania — 24-pin ATX dla płyty, 4/8-pin EPS osobno dla procesora.
- Bateria CR2032 — podtrzymuje ustawienia i zegar RTC.
- ATX — 305 × 244 mm, pełnowymiarowa, najwięcej slotów.
- microATX — 244 × 244 mm, kompromis cena/rozbudowa.
- Mini-ITX — 170 × 170 mm, zwykle jeden slot PCIe i dwa banki RAM.
Obudowa obsługuje swój format i wszystkie mniejsze: do obudowy ATX wstawisz płytę mATX, ale nie odwrotnie.
| Cecha | BIOS (Legacy) | UEFI |
|---|---|---|
| Tablica partycji | MBR | GPT (ale obsłuży też MBR) |
| Maks. rozmiar dysku startowego | 2 TB | ponad 9 ZB |
| Liczba partycji podstawowych | 4 (dalej tylko przez rozszerzoną) | 128 w standardzie Windows |
| Dodatki | tryb tekstowy | Secure Boot, GUI, obsługa myszy, sieć |
3
Procesor: CISC, RISC i parametry
Podział CISC/RISC to pewny punkt, jeśli zapamiętasz jedno zdanie: CISC ma dużo złożonych rozkazów, RISC mało i prostych.
Complex Instruction Set Computer. Rozbudowana lista rozkazów, pojedynczy rozkaz może wykonać złożoną operację, ale trwa różną liczbę cykli. Rozkazy mają zmienną długość. Przedstawiciele: x86, czyli procesory Intel i AMD w pecetach.
Reduced Instruction Set Computer. Mało rozkazów, każdy prosty, stałej długości, zwykle wykonywany w jednym cyklu. Łatwiej o potokowanie i niższy pobór mocy. Przedstawiciele: ARM (telefony, Apple Silicon, Raspberry Pi), RISC-V.
- Taktowanie — liczba cykli na sekundę w GHz. Sam megaherc nic nie mówi między architekturami: 3 GHz na nowszej architekturze bywa szybsze niż 3,5 GHz na starszej.
- Rdzenie i wątki — rdzeń to fizyczna jednostka wykonawcza, wątek to strumień obsługiwany przez rdzeń. Technologia Hyper-Threading (Intel) lub SMT (AMD) daje 2 wątki na rdzeń, więc 6 rdzeni = 12 wątków.
- Pamięć podręczna L1/L2/L3 — im bliżej rdzenia, tym mniejsza i szybsza. L3 jest zwykle współdzielona przez wszystkie rdzenie.
- TDP — Thermal Design Power w watach. To ilość ciepła, którą musi odprowadzić chłodzenie, a nie pobór prądu procesora.
- Litografia — wymiar procesu technologicznego w nanometrach. Mniejszy proces zwykle oznacza niższe zużycie energii.
- Zintegrowany układ graficzny (iGPU) — nie każdy procesor go ma. Procesor bez iGPU w komputerze bez karty graficznej nie da obrazu — to częsta przyczyna „martwego" zestawu.
4
Hierarchia pamięci: cache, RAM, ROM
Pamięci układają się w piramidę: im szybciej, tym drożej i tym mniej. Zapamiętaj kolejność od najszybszej do najwolniejszej — rejestry, cache L1, L2, L3, RAM, dysk SSD, dysk HDD.
Pamięć operacyjna, ulotna — traci zawartość po odcięciu zasilania. Zapis i odczyt swobodny. Odmiany: DRAM (dynamiczna, wymaga odświeżania, tania — z niej robi się kości DDR) i SRAM (statyczna, szybsza, droższa — z niej robi się cache).
Pamięć nieulotna, tylko do odczytu w normalnej pracy. Odmiany: PROM (jednorazowo programowalna), EPROM (kasowana światłem UV), EEPROM i pamięć Flash (kasowane elektrycznie). W EEPROM/Flash siedzi BIOS/UEFI — dlatego da się go zaktualizować.
Bufor między procesorem a RAM-em, zbudowany ze SRAM. Trzyma dane, po które procesor sięgał ostatnio. L1 osobna dla każdego rdzenia i podzielona na część na dane i część na instrukcje, L3 wspólna dla całego procesora.
- Generacje nie są wzajemnie zgodne. Kość DDR4 nie wejdzie w slot DDR5 — nacięcie w listwie styków jest w innym miejscu.
- DIMM to moduł do komputera stacjonarnego, SO-DIMM to krótszy moduł do laptopa.
- Dual channel wymaga dwóch identycznych modułów w slotach tego samego koloru. Podwaja przepustowość, a nie pojemność.
- ECC to pamięć z korekcją błędów, stosowana w serwerach. Wymaga wsparcia procesora i płyty.
- Oznaczenie modułu: DDR4-3200 to efektywna częstotliwość w MT/s, a PC4-25600 to przepustowość w MB/s — ta sama kość opisana dwoma sposobami.
5
Nośniki danych i macierze RAID
RAID to najbardziej „obliczeniowy" fragment całej kwalifikacji. Zadanie prawie zawsze brzmi tak samo: masz N dysków o danej pojemności, podaj pojemność użytkową macierzy i odpowiedz, ile dysków może ulec awarii.
- Dane na wirujących talerzach magnetycznych, odczyt ruchomą głowicą.
- Prędkość obrotowa: 5400 lub 7200 obr./min.
- Czas dostępu liczony w milisekundach — mechanika jest wolna.
- Tani za gigabajt, wrażliwy na wstrząsy, głośny.
- Struktura: talerz, ścieżka, sektor, cylinder, klaster.
- Pamięć Flash NAND, zero części ruchomych.
- Czas dostępu w mikrosekundach, cichy, odporny na wstrząsy.
- Ograniczona liczba cykli zapisu — stąd mechanizm wear leveling i polecenie TRIM.
- Nie defragmentujemy SSD — to skraca jego żywotność i nic nie daje.
- Formaty: 2,5 cala SATA oraz M.2 (NVMe albo SATA — ten sam wygląd, inna wydajność).
| Poziom | Min. dysków | Pojemność użytkowa | Odporność | Zastosowanie |
|---|---|---|---|---|
| RAID 0 | 2 | n × rozmiar (100%) | brak | szybkość, dane nieważne |
| RAID 1 | 2 | rozmiar 1 dysku (50%) | 1 dysk | lustro, dane krytyczne |
| RAID 5 | 3 | (n − 1) × rozmiar | 1 dysk | serwery plików |
| RAID 6 | 4 | (n − 2) × rozmiar | 2 dyski | duże macierze |
| RAID 10 | 4 | 50% | po 1 z każdej pary | bazy danych |
Treść: Zbudowano macierz RAID 5 z czterech dysków po 2 TB.
Podaj pojemność użytkową i liczbę dysków, których awarię macierz przetrwa.
Rozwiązanie: Dla RAID 5 pojemność to (n − 1) × rozmiar
najmniejszego dysku, czyli (4 − 1) × 2 TB = 6 TB.
Równowartość jednego dysku zajmują dane parzystości rozproszone po całej
macierzy. Macierz przetrwa awarię jednego dysku.
Pułapka: jeśli dyski mają różną pojemność, do wzoru
podstawiasz zawsze rozmiar najmniejszego — reszta pojemności
przepada.
6
Interfejsy, magistrale i złącza
Tu zadania sprowadzają się do rozpoznawania złącz na ilustracji i do dobierania kabla do urządzenia. Warto znać typowe przepustowości rzędu wielkości, bo pojawiają się w zadaniach na dobór sprzętu.
- PCI Express — magistrala szeregowa dla kart rozszerzeń. Liczba linii oznaczana x1, x4, x8, x16. Karta x1 zadziała w slocie x16, odwrotnie nie.
- SATA III — do 6 Gb/s, standard dla dysków talerzowych i SSD 2,5 cala.
- M.2 — złącze, nie protokół. Dysk M.2 może działać po SATA albo po NVMe (przez PCIe) i to drugie jest kilkukrotnie szybsze.
- NVMe — protokół zaprojektowany pod pamięci Flash, korzysta z linii PCIe.
- USB — 2.0 do 480 Mb/s, 3.0 do 5 Gb/s (niebieskie gniazdo), kolejne generacje szybsze. USB-C to kształt wtyczki, nie prędkość.
- HDMI — obraz i dźwięk jednym kablem, standard w telewizorach.
- DisplayPort — obraz i dźwięk, preferowany w monitorach do wysokich odświeżeń.
- DVI — starszy, cyfrowy, bez dźwięku. D-Sub (VGA) — analogowy, 15 pinów, przestarzały.
- RJ-45 — sieć Ethernet. RJ-11 — węższy, telefon i DSL.
7
Zasilacze, chłodzenie i obudowy
Zasilacz zamienia napięcie przemienne 230 V na stałe: 12 V, 5 V i 3,3 V. Najważniejsza jest linia 12 V — z niej korzystają procesor i karta graficzna.
- Złącza zasilacza: 24-pin do płyty głównej, 4/8-pin EPS do procesora, 6/8-pin PCIe do karty graficznej, SATA power do dysków, Molex do starszych urządzeń.
- Certyfikat 80 PLUS (Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium) mówi o sprawności, czyli jaka część pobranej energii trafia do podzespołów, a jaka zamienia się w ciepło. Nie mówi o mocy.
- Dobór mocy: sumujesz zapotrzebowanie podzespołów i dokładasz zapas około 30%. Zasilacz pracujący na granicy szybciej się starzeje.
- Chłodzenie: pasywne (sam radiator), aktywne (radiator z wentylatorem), cieczowe (AIO). Między procesorem a radiatorem zawsze pasta termoprzewodząca — cienka, równa warstwa.
- Obieg powietrza: wentylatory z przodu i z dołu wciągają, z tyłu i z góry wyrzucają. Odwrotnie zamontowany wentylator to klasyczna przyczyna przegrzewania.
8
Diagnostyka usterek sprzętowych
Zadania praktyczne często opisują objaw i każą wskazać przyczynę oraz sposób naprawy. Klucz to metoda: od zasilania, przez POST, po system.
POST (Power-On Self-Test) to autotest wykonywany przez BIOS/UEFI zaraz po włączeniu. Sprawdza procesor, pamięć i podstawowe układy. Jeśli coś jest nie tak, komputer sygnalizuje to sekwencją sygnałów dźwiękowych albo diodami na płycie.
Znaczenie konkretnych sekwencji zależy od producenta BIOS-u (AMI, Award, Phoenix) i od modelu płyty. Na egzaminie nie zgaduj — jeśli zadanie podaje tabelę kodów, odczytaj z niej; jeśli nie, opisz procedurę: sprawdź w dokumentacji płyty głównej.
| Objaw | Gdzie szukać |
|---|---|
| Brak jakiejkolwiek reakcji po naciśnięciu przycisku | zasilanie, kabel, przełącznik na zasilaczu, przewód Power SW od panelu przedniego |
| Wentylatory kręcą się, brak obrazu | pamięć RAM (przełóż moduły), karta graficzna, procesor bez iGPU przy kablu w płycie |
| Komputer wyłącza się po kilku minutach pracy | przegrzewanie: zaschnięta pasta, zakurzony radiator, niedziałający wentylator |
| Zegar i ustawienia BIOS resetują się po odłączeniu prądu | zużyta bateria CR2032 |
| Losowe niebieskie ekrany, błędy pamięci | uszkodzony moduł RAM — test programem typu memtest |
| Klikanie z dysku, długie uruchamianie, znikające pliki | dysk HDD u kresu życia — odczytaj parametry S.M.A.R.T. |
dxdiag — informacje o systemie, karcie graficznej i dźwiękowej
msinfo32 — pełna specyfikacja sprzętowa
devmgmt.msc — Menedżer urządzeń (wykrzykniki = brak sterownika)
diskmgmt.msc — Zarządzanie dyskami i partycjami
mdsched.exe — Narzędzie diagnostyki pamięci Windows
chkdsk C: /f /r — sprawdzenie i naprawa systemu plików
wmic diskdrive get status,model — status S.M.A.R.T. dysków- Pojemność RAID liczona od największego dysku. Zawsze bierzesz najmniejszy — nadmiar pozostałych przepada.
- Mylenie TDP z poborem mocy. TDP to ciepło do odprowadzenia, dobierasz pod nie chłodzenie, a nie zasilacz.
- Certyfikat 80 PLUS jako miara mocy. Opisuje sprawność. Zasilacz 400 W Gold nie zasili zestawu wymagającego 600 W.
- Dual channel jako podwojenie pamięci. Podwaja przepustowość. 2 × 8 GB to nadal 16 GB, tylko szybciej.
- Traktowanie M.2 jako synonimu NVMe. M.2 to kształt złącza. Dysk M.2 SATA jest wolniejszy od M.2 NVMe mimo identycznego wyglądu.
- Defragmentacja dysku SSD. Bezcelowa i szkodliwa. SSD obsługuje TRIM, nie defragmentację.
- Zgadywanie kodów dźwiękowych POST. Zależą od producenta BIOS-u — bez tabeli w treści zadania opisz procedurę, nie podawaj liczb z głowy.
Teoria hardware'u wchodzi dopiero wtedy, gdy policzysz kilka macierzy RAID i rozpoznasz złącza bez podpowiedzi. Rozwiąż test z tego działu i zobacz, gdzie jeszcze masz luki.