Elementy i funkcje systemu komputerowego

1. Definicja systemu komputerowego

System komputerowy to złożony układ współpracujących ze sobą elementów, którego zadaniem jest przetwarzanie informacji zgodnie z potrzebami użytkownika. Składa się z:

  • sprzętu komputerowego (hardware),
  • oprogramowania (software),
  • użytkownika (peopleware), a ich współdziałanie pozwala na wykonywanie prostych oraz bardzo skomplikowanych operacji.

2. Struktura systemu komputerowego

2.1. Sprzęt komputerowy (hardware)

Fizyczne urządzenia, które realizują wszystkie operacje systemu.

a) Jednostka centralna (procesor, CPU – Central Processing Unit)

  • Funkcja: centrum sterowania i przetwarzania danych.

  • Podzespoły:

    • Jednostka sterująca (CU – Control Unit): interpretuje rozkazy, steruje przepływem danych, synchronizuje pracę systemu.
    • Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU – Arithmetic Logic Unit): realizuje operacje matematyczne (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie) i logiczne (AND, OR, NOT).
    • Rejestry procesora: bardzo szybka pamięć wewnętrzna służąca do tymczasowego przechowywania danych i instrukcji.
    • Cache (pamięć podręczna): przyspiesza dostęp procesora do często używanych danych.

b) Pamięć operacyjna (RAM – Random Access Memory)

  • Funkcja: przechowywanie aktualnie przetwarzanych programów i danych.
  • Cechy: szybka, ulotna (zanik danych po wyłączeniu zasilania).
  • Rodzaje: DRAM, SRAM, VRAM.

c) Pamięć trwała (masowa)

  • Funkcja: długoterminowe przechowywanie danych.
  • Przykłady: dyski twarde (HDD), dyski półprzewodnikowe (SSD), pendrive, karty pamięci, płyty CD/DVD/Blu-ray.
  • Charakterystyka: większa pojemność niż RAM, wolniejszy dostęp.

d) Urządzenia wejścia/wyjścia (I/O)

  • Wejścia: umożliwiają wprowadzanie danych (klawiatura, mysz, skaner, mikrofon).
  • Wyjścia: prezentują wyniki (monitor, drukarka, głośniki).
  • Dwukierunkowe: dyski, karty sieciowe, urządzenia USB.

e) Płyta główna (Motherboard)

  • Integruje wszystkie elementy sprzętu, zapewnia magistrale danych, układy sterujące, sloty rozszerzeń.

f) Zasilacz (PSU)

  • Dostarcza odpowiednie napięcia i prądy do pracy podzespołów.

g) Urządzenia dodatkowe

  • Karty graficzne (GPU): przyspieszają obliczenia graficzne i równoległe.
  • Karty dźwiękowe: obsługa dźwięku.
  • Urządzenia sieciowe: modemy, routery, karty sieciowe – komunikacja w sieci.

2.2. Oprogramowanie (software)

a) Oprogramowanie systemowe

  • System operacyjny (OS): pośrednik między użytkownikiem a sprzętem (np. Windows, Linux, macOS).

    • zarządzanie pamięcią,
    • obsługa procesów,
    • zarządzanie plikami i systemami plików,
    • obsługa urządzeń wejścia/wyjścia.
    • Narzędzia systemowe (utility): programy wspomagające pracę systemu (antywirusy, programy diagnostyczne, defragmentatory).

b) Oprogramowanie użytkowe (aplikacyjne)

  • Programy przeznaczone dla końcowego użytkownika.

  • Kategorie:

    • biurowe (Word, Excel),
    • graficzne (Photoshop, GIMP),
    • multimedialne (VLC, Audacity),
    • edukacyjne,
    • rozrywkowe (gry komputerowe).

c) Oprogramowanie narzędziowe dla programistów

  • Kompilatory, interpretery, debugery – służą do tworzenia oprogramowania.
  • IDE (Integrated Development Environment) – np. Visual Studio, IntelliJ, Eclipse.

2.3. Użytkownik (peopleware)

Człowiek jest najważniejszym elementem systemu komputerowego, ponieważ to on nadaje sens jego działaniu.

  • Rodzaje użytkowników:

    • końcowi (np. pracownicy biurowi, uczniowie),
    • administratorzy systemów,
    • programiści,
    • operatorzy systemów przemysłowych.

3. Funkcje systemu komputerowego

3.1. Przetwarzanie danych

  • Realizacja operacji arytmetycznych i logicznych.
  • Obsługa programów i aplikacji.
  • Analiza danych (np. w systemach Big Data, sztucznej inteligencji).

3.2. Przechowywanie danych

  • Krótkotrwałe: RAM (ulotne).
  • Długotrwałe: dyski i nośniki zewnętrzne.
  • Zdalne: przechowywanie w chmurze (np. Google Drive, OneDrive).

3.3. Komunikacja i wymiana danych

  • Przesyłanie informacji między urządzeniami.
  • Obsługa sieci komputerowych i Internetu.
  • Współdzielenie zasobów (drukarek, baz danych, plików).

3.4. Sterowanie i kontrola

  • Nadzór nad pracą procesora i urządzeń peryferyjnych.
  • Synchronizacja działań różnych podzespołów.

3.5. Interakcja z użytkownikiem

  • Interfejsy:

    • CLI (wiersz poleceń),
    • GUI (graficzny interfejs użytkownika),
    • interfejsy dotykowe, głosowe, gestowe.

3.6. Zarządzanie zasobami

  • Przydział pamięci i mocy obliczeniowej.
  • Priorytetyzacja zadań.
  • Kontrola dostępu i bezpieczeństwa.

3.7. Funkcje specjalistyczne

  • Sterowanie procesami przemysłowymi.
  • Przetwarzanie obrazów i dźwięku.
  • Symulacje komputerowe.
  • Zastosowania militarne, medyczne, naukowe.

4. Hierarchia działania systemu komputerowego

  • Sprzęt – fizyczna podstawa działania.
  • System operacyjny – zarządza sprzętem i zasobami.
  • Programy użytkowe – realizują konkretne zadania.
  • Użytkownik – korzysta z efektów działania systemu.

5. Zależności i współpraca

  • Sprzęt jest bezużyteczny bez oprogramowania.
  • Oprogramowanie nie zadziała bez sprzętu.
  • Użytkownik nadaje cel wszystkim procesom.

6. Przykłady zastosowania systemów komputerowych

  • Domowe: edukacja, praca zdalna, rozrywka.
  • Biznesowe: obsługa dokumentów, komunikacja, księgowość.
  • Naukowe: symulacje, modelowanie, obliczenia superkomputerowe.
  • Medyczne: tomografia komputerowa, MRI, analizy genetyczne.
  • Przemysłowe: sterowanie liniami produkcyjnymi, automatyzacja.
  • Wojsko i bezpieczeństwo: systemy radarowe, kryptografia, sztuczna inteligencja.
Wróć do spisu lekcji