Что такое цифровой компьютер кратко

Обновлено: 05.07.2024

Компьютер и ноутбук являются неотъемлемой частью нашей жизни, они есть практически в каждой семье и служат для многих проводником в мир высоких технологий.

Знать определение, что такое ПК и, как он работает действительно нужно. Не важно, что вы делаете за ним: играете в игры, работаете — он может решать множество самых разных задач.

Прошлый материал был посвящен тому, что такое процессор. Сейчас вы узнаете в подробностях, что такое компьютер в информатике, их типы и, что это такое ноутбук.

Что такое компьютер — ПК

Компьютер (комп, пк) — это электронно вычислительная машина, для обработки и выполнения определенных задач. Может быть мульти-задачным, или для решения специфических узкоспециализированных задач. Термин чаще употребляют для обозначения вычислительной машины, собранной из аппаратного обеспечения (железа) в системном блоке. Но, его можно смело употреблять и для ноутбуков, смартфонов и планшетов. Все эти — мини-компьютеры.

Компьютерная система — это устройства, собранные в одну систему для решения определенных задач. Это могут быть не обязательно именно ПК.

Компьютер является именно электронно вычислительной машиной и собирается из нескольких разных устройств, которые называются аппаратным обеспечением. Собранные вместе в системном блоке они и составляют ПК. Также, это правило и распространяется и на другие устройства.

Само слово — термин произошло от английского — compute, т.е. вычислять. С английского полностью переводится, как вычислитель. Совсем правильно будет называть — ЭВМ, т.е. электронно вычислительная машина. Интересно то, что некоторые разделяют термины ЭВМ и ПК, как разные понятия, что странно. Вообще компьютерами раньше называли людей, которые занимались вычислениями, еще в 1 613 английский писатель Ричард Брейтуэйт в своей книге употреблял этот термин в отношении человека, который производил вычисления. А до 20 века так чаще называли женщин, которые делали то же самое (их труд был дешевле).

Позволяет решать, выполнять, обрабатывать самые различные задачи и является многозадачным и универсальным вычислительным средством. С помощью него можно: хранить и обрабатывать информацию, играть в игры, заниматься программированием, работать с векторной и растровой графикой и т.д.

Компьютер история создания и развития

Отец компьютера

Сделать автоматизированную вычислительную машину хотели еще в 19 веке, тогда Чарльз Бэббидж создал ее первый концепт. Заниматься она должна была навигационными вычислениями. Машина была бы программируемой с помощью перфокарт. Но завершить дело ему не удалось, и упрощенную версию уже закончил его сын, в 1 906 представив ее использование в вычислительных таблицах.

Аналоговые компьютеры

Первые компьютеры были аналоговыми и позволяли решать лишь узкоспециализированные задачи. Т.е. одно такое устройство решает лишь одну определенную задачу. Строились они на механической и электронной модели. Первым из них считается устройство для прогнозирования приливов, которое разработал Уильям Томсон.

Из-за того, что использовались механические детали, сделать такие устройства мульти задачными было практически невозможно или просто очень тяжело. Часто такие устройства мы видим в разных книгах и фильмах про фантастику. Это была эпоха механических вычислительных устройств, где использовались различные шестерни, рычаги и другие, а не электронные компоненты. Если электронные компоненты и использовались, то не так как сейчас.

В 1 927 году апогеем аналоговых компьютеров стал дифференциальный анализатор, созданный Х.Л Хазеном и Ванневаром Бушем в Массачусетском технологическом институте. Сделали его на основе механических интеграторов Джеймса Томсона с использованием крутящего момента, который изобрел Х.В. Ниман. Их успели сделать около двенадцать штук пока поняли, что это уже устаревающая технология. Уже к 1 950 году цифровые электронные-компьютеры завоевали свою популярность и вытеснили аналоговые, но их еще продолжали использовать для некоторых отраслей — авиации и образования. И в течение этого же десятилетия перестали.

Цифровые компьютеры

К 1 938 году ВМС США смогли разработать и сделать электромеханический аналоговый-компьютер таких размеров, что он помещался на борт подводной лодки. Он вычислял данные для торпед, решал проблемы стрельбы по движущимся целям и т.д. Похожие устройства в дальнейшем разработали и другие страны во время Второй мировой войны.

Самые первые цифровые-компьютеры были электромеханическими. Переключатели были электрическими и приводили в действие механическое реле, чтобы осуществлять расчеты. Эти механические детали не давали большую скорость работы, поэтому в скором времени уже все такие устройства делали, используя чисто электрические компоненты.

Современные компьютеры

Он реально доказал, что его машина может вычислять все, что можно вычислить, выполняя инструкции (программы), хранящиеся на ленте, что позволяет машине быть программируемой. Фундаментальная концепция дизайна Тьюринга — это хранимая программа, в которой все инструкции для вычислений хранятся в памяти.

Создание компьютерных вычислительных машин положило начало новой эры развития человечества и открыло перед нами возможности, которых еще никогда не было прежде.

Устройство компьютера — как работает

Состоит из нескольких устройств, которые собираются вместе. Называется это аппаратным обеспечением. То, из чего состоит ПК зависит от его форм фактора. Рассмотрим основные компоненты:

Материнская плата — основная плата системы, на которую устанавливаются другие компоненты. Является главной системной платой.

Процессор — выполняет все основные задачи, функции и команды программного обеспечения.

Оперативная память — является хранилищем для выполняемых в данный момент программ, чтобы ускорить к ним доступ процессору.

Видеокарта — является обработчиком графики.

Устройство хранения данных — жесткий диск, SSD диск и т.д.

Блок питания — обеспечивает питанием все компоненты системного блока.

Устройства ввода — клавиатура, мышь, микрофон, сканер, джойстик и т.д.

Устройство вывода — монитор, дисплей, колонки, наушники, принтер и т.д.

Каждый из этих компонентов отвечает за свои функции и все вместе они обеспечивают работу всей системы.

Виды компьютеров — классификация

Их можно разделить на две основные группы:

Специализированные — предназначены для решения узкого класса задач или чаще лишь одной
Универсальные — для решения широкого спектра задач

По архитектуре:

Аналоговые
Цифровые
Гибридные
Гарвардская архитектура
Архитектура фон Неймана
Сокращенный набор команд

По размеру и форм фактору:

Персональный-компьютер
Портативный ПК
ЭВМ — большие
Суперкомпьютер
мини-эвм
Рабочая станция
Смартфон
Одноплатный
Микрокомпьютер

Как выбрать компьютер — характеристики

При выборе ПК или ноутбука нужно обращать внимание на компоненты, установленные в нем.

Это основные компоненты начинки обычного системного блока, от того, насколько они мощны и подходят друг к другу и будет зависеть производительность ПК. Подробнее о том, на что стоит обратить внимание при их выборе — читайте по ссылкам на них.

А какую выбирать мышку, клавиатуру, монитор и т.д. — уже исходите из своих предпочтений, чем вам удобнее пользоваться. Если есть возможность, то мышку лучше подержать в руках, прежде чем приобретать, т.к. не всеми моделями действительно удобно пользоваться.

Что такое ноутбук

Ноутбук (ноут) — это компьютер в портативном форм-факторе. Является полноценным ПК и включает в себя все его компоненты. Отличается лишь размером и позиционированием.

Сами ноутбуки тоже бывают разных размером — нетбуки, большие и т.д. По умолчанию кроме основных компонентов чаще всего включают в себя: встроенную видеокарту, дисплей, тачпад, Wi-Fi модуль, Bluetooth, аккумулятор.

Чаще приобретаются для мобильности. Имеют недостаток — не могут быть такими же мощными, как полноценный ПК, но это больше вопрос цены, т.к. есть модели в высоком ценовом сегменте, которые действительно производительные.

Удобно брать с собой, в небольшой квартире и, если за ПК по большому счету нужно лишь изредка печать и находится в интернете. Т.к. для работы с графикой и играми, все равно захочется экран побольше, производительности и удобств в виде полноценной клавиатуры, мыши т.д.

Отличный вариант для тех кому не нужна вся мощь полноценного системного блока, кто не хочет выделять место под ПК в квартире и часто путешествующим людям.

Выбор их действительно большой и можно подобрать на любые задачи, есть даже игровые — производительности, но по цене такое удовольствие выйдет в два раза дороже, чем просто собрать системник.

В заключение

Это основные моменты, что нужно и важно знать по этой теме и краткая история создания. Рассказывать здесь можно много, и про каждое железо отвести отдельную статью. Надеюсь вам был интересен и полезен этот материал.

Аналоговый компьютер производит вычисления с непрерывными сигналами (в непрерывном диапазоне значений). Аналоговые сигналы подвержены паразитным искажениям, и, несмотря на то, что аналоговый компьютер обрабатывает сигналы практически мгновенно, результаты будут иметь определенную погрешность.

Цифровой компьютер - обрабатывает информацию в дискретной форме (оперирует последовательностью состояний, имеющих два разрешённых значения: открыто-закрыто; наличие-отсутствие; истина-ложь, которые могут быть выражены только двумя цифрами – 1 или 0).

В отличие от аналоговых, цифровые сигналы, имеющие всего два разрешённых значения - уровень логического нуля и уровень логической единицы, по своей природе, защищены от действия помех. Небольшие отклонения от разрешённых значений никак не искажают цифровой сигнал, так как всегда существуют зоны допустимых отклонений, например, напряжение от 0 до 1 В (уровень нуля) и от 3 до 5 В (уровень единицы). Цифровые сигналы проще обрабатывать, чем аналоговые. Аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой, и цифровой сигнал в аналоговый при помощи аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. Естественно, что при преобразовании, часть информации теряется. Чем сложнее сигнал, тем больше процессорных тактов требуется (соответственно и времени) на его анализ цифровому устройству, но цифровой компьютер может выполнить любые преобразования в соответствии со своей программой, он универсален, его проще проектировать и в логических операциях он имеет явное преимущество над аналоговыми вычислителями.

Цифровой компьютер (наверное, точнее было бы назвать его двоичным или бинарным) - любой класс устройств, способных обрабатывать информацию в дискретной форме. Цифровой компьютер оперирует данными, которые представлены в двоичной форме, т.е., используя только две цифры 0 и 1, которые могут обозначать наличие или отсутствие сигнала (напряжения, тока в электронных системах; состояние механического клапана, замка – открыт или закрыт и т.п.). Манипулируя этими цифрами или их комбинациями в соответствии с набором инструкций, имеющихся в его памяти, цифровой компьютер может выполнить задачи контроля процессов, анализа и систематизация данных, моделирования поведения динамических систем.

В упрощенном виде цифровая вычислительная система имеет четыре основных функциональных элемента: 1) устройство ввода-вывода (input-output equipment), 2) основной памяти (main memory) или по другому оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), 3) управляющее устройство (control unit), 4) арифметико-логическое устройство (arithmetic-logic unit, ALU).

Важнейший принцип, заложенный в архитектуру цифрового компьютера - принцип программного управления, что позволяет компьютеру эмулировать любую другую вычисляющую систему всего лишь заменой сохранённой последовательности инструкций. Программа есть последовательность специальных кодов. Программа, записанная в запоминающем устройстве, управляет действиями процессора. Данные для обработки процессор получает от устройств ввода, а полученные результаты отправляет на устройства вывода. Устройства ввода (input devices) включают такие устройства как клавиатуры и сканеры (но не только их) и используются для ввода данных и программ. К устройствам вывода относятся, например принтеры и мониторы, они используются для контроля вводимых данных и вывода результатов вычислений. Информация, полученная компьютером от устройства ввода, хранится в основной памяти, либо, если она не предназначена к немедленной обработке, в дополнительном устройстве хранения данных (auxiliary storage device, внешнее запоминающее устройство). Управляющее устройство выбирает и вызывает инструкции из памяти в определённой последовательности, и передает соответствующие команды необходимому функциональному блоку. Оно также синхронизирует работу устройств ввода-вывода и арифметико-логического устройства (АЛУ), что обеспечивает надлежащую обработку и движение данных через компьютерную систему. АЛУ производит вычисления и логические операции с числами. Основная память, управляющее устройство и АЛУ совместно составляют процессор (central processing unit, CPU).

В действительности, обобщённая схема, даже в упрощённом виде, выглядит намного сложнее. Так для работы цифровых вычислителей необходим тактовый генератор - генератор электрических импульсов прямоугольной формы, который задаёт рабочие такты процессора (наименьшая единица времени, в течение которой компьютер выполняет какую-либо операцию), обеспечивает синхронную работу всех модулей, организует циклы системной шины. Должен присутствовать такой элемент, как контроллер, который направляет потоки информации по нужным шинам, следит за сигналами от внутренних и внешних устройств. И, наконец, должны быть электрические шины, по которым цифровые сигналы, в строго определённые моменты времени, подводятся к нужному устройству.

Я подозреваю, что, не смотря на все мои старания и упрощения, не всё понятно моему читателю. Ну что же, будем двигаться от сложного к простому, и в следующих публикациях, я обязательно затрону азы цифровой электроники и основы двоичного счисления.

Есть три типа компьютеров, каждый из которых способен делать уникальные вещи. Они разделены аппаратным обеспечением и способом обработки данных. Рассматриваются три типа компьютеров: Аналоговый, Цифровой, и Гибридный. Каждый из них можно найти в различных отраслях по всему миру, у вас дома и даже в автомобиле. Но послушайте, давайте продолжим и сосредоточимся на том, что такое все эти компьютеры.

Типы компьютеров

Эти три типа компьютеров основаны на работе, приложениях и функциях:

Аналоговый компьютер
Цифровой компьютер
Гибридный компьютер

Разница между аналоговыми, цифровыми и гибридными компьютерами

1]Аналоговый компьютер

Аналоговый компьютер — это тип системы, который предоставляет информацию в непрерывной форме. Эти типы компьютеров могут представлять только физические величины, такие как давление, вес, напряжение, давление, скорость и т. Д. Какая бы информация ни была на аналоговых выходах компьютера, они обычно отображаются на графике.

Эти компьютерные системы полезны в ситуациях, когда данные принимаются с помощью измерительных приборов, что означает, что нет необходимости преобразовывать в числа или любые формы цифровых атрибутов. Спидометр — отличный пример аналогового компьютера, то же самое можно сказать и о традиционном термометре.

Обратите внимание, что аналоговые компьютерные системы не требуют каких-либо возможностей хранения, потому что они связывают и измеряют количества в одном процессе. Короче говоря, они нигде не умны по сравнению с тем, что мы используем сегодня, но у них есть свои отрасли.

В прошлом аналоговый компьютер в основном использовался в научных и промышленных приложениях и даже после появления цифровых компьютеров. Это связано с тем, что на заре цифровых компьютеров аналоговые системы все еще работали намного быстрее. Однако между 1950-ми и 1960-ми годами аналоговые компьютерные системы устарели, поскольку они больше не могли идти в ногу с цифровой волной.

Электронные аналоговые компьютеры

По большей части эти компьютеры действительно основаны на специфике аналога. Однако их компоненты состоят из конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов. Люди могут моделировать их, используя уравнения аналогичной формы. Кроме того, они более полезны, чем обычные аналоговые устройства, потому что имеют электрическую цепь.

Использование электрической схемы позволяет моделированию двигаться быстрее, чем когда-либо прежде, что в то время было огромным преимуществом для научного сообщества.

Теперь, если вам интересно, как выглядят эти компьютеры, ну, у них много усилителей и разъемов. Коммутатор в прошлом был отличным аналоговым компьютером, но ему не хватало надежности по сравнению с тем, что есть сегодня. И это не должно вызывать удивления.

Например, мы можем найти аналоговые компьютеры на нефтеперерабатывающих заводах и в бумажной промышленности, и это лишь некоторые из них.

Некоторые характеристики аналоговых компьютеров

Непрерывные значения
Маленькая память
Медленная скорость
Не такой надежный
Результаты неточные
Сложно использовать

Теперь вы знаете, что такое аналоговый компьютер, давайте поговорим о цифровом.

2]Цифровой компьютер

В типичном случае ON обозначается 1, а off — 0. Таким образом, мы можем заключить, что цифровые компьютеры обрабатывают данные, основанные на наличии или отсутствии электрического заряда. Короче говоря, это называется двоичной 1 или двоичным 0.

Для тех, кто может захотеть обрабатывать числовые или нечисловые данные, цифровой компьютер более чем способен выполнять такие задачи. Кроме того, такие системы могут выполнять арифметические операции с легкостью и в большинстве случаев намного быстрее, чем человеческий мозг.

Человек, стоящий за первым электронно-цифровым компьютером, — это человек, известный как Джон В. Атанасов. Устройство было построено между 1939 и 1942 годами, и ему помогал немецкий инженер по имени Клиффорд Э. Берри. Конрад Зузе.

В настоящее время наиболее распространенными цифровыми компьютерами являются калькуляторы и бухгалтерские машины.

Некоторые характеристики цифровых компьютеров

Дискретные значения
Большая память
Быстрее скорость
Очень надежный
Результаты точны на 100 процентов

Пора поговорить о гибридных компьютерах, которые наиболее известны в мире благодаря тому, что они широко используются как потребителями, так и предприятиями.

3]Гибридный компьютер

Что приходит на ум, когда вы думаете о гибридном компьютере? Это должна быть смесь аналоговых и цифровых компьютеров. Таким устройствам удалось объединить в себе лучшие аналоговые и цифровые характеристики, что сделало их очень важными в ряде областей.

Что касается того, где используются гибридные компьютеры, то они в основном используются в специализированных приложениях, которым необходимо обрабатывать аналоговую и цифровую информацию. Как вы могли догадаться, гибридные компьютеры могут обрабатывать дискретные и непрерывные данные.

Сегодня весь мир в значительной степени полагается на гибридные компьютеры, и это во многом связано с их гибкостью. Один гибридный компьютер можно использовать для разных целей. Этого нельзя сказать об аналоге, но мы не должны забывать о его вкладе.

Примером гибридного компьютера являются отделения интенсивной терапии (ICU) в больницах по всему миру. В этих устройствах используется аналоговая технология для измерения температуры и артериального давления, а затем данные преобразуются и отображаются в цифровой форме на небольшом экране.

Цифровой компьютер - это машина, которая хранит данные в цифровом формате и выполняет операции с этими данными с помощью математических манипуляций. Этот тип компьютера обычно включает какое-то устройство для хранения информации, некоторый метод ввода и вывода данных и компоненты, которые позволяют выполнять математические операции над сохраненными данными. Цифровые компьютеры почти всегда являются электронными, но не обязательно должны быть такими.

Имеется два основных метода моделирования с помощью вычислительной машины. Аналоговые компьютеры используют некоторое физическое явление, такое как электрическое напряжение, для моделирования другого явления и выполняют операции путем непосредственной модификации хранимых данных. Однако цифровой компьютер хранит все данные в виде чисел и выполняет операции с этими данными арифметически. Большинство компьютеров используют двоичные числа для хранения данных, которые составляют эти числа, легко представляются простыми автономными электрическими состояниями.

Компьютеры, основанные на аналоговых принципах, имеют преимущества в некоторых специализированных областях. Однако цифровой компьютер имеет преимущество в том, что он легко программируется. Это означает, что они могут обрабатывать множество разных наборов инструкций, не будучи физически переконфигурированными.

Самые ранние цифровые компьютеры относятся к XIX веку. Ранним примером является аналитический механизм, теоретизированный Чарльзом Бэббиджем. Эта машина хранила и обрабатывала данные механически. Однако эти данные сохранялись не механически, а скорее как ряд цифр, представленных дискретными физическими состояниями. Этот компьютер был бы программируемым, первым в вычислительной технике.

В начале XXI века компьютеры полагаются на интегральные схемы, а не на вакуумные трубки. Они по-прежнему используют активную память и центральные процессоры. Устройства ввода и вывода значительно увеличились, но все же выполняют одни и те же основные функции.

Нано технология может привести к совершенно новому разнообразию механических вычислений. Данные могут храниться и обрабатываться в цифровом виде на уровне отдельных молекул или небольших групп молекул. Удивительное количество молекулярных вычислительных элементов поместилось бы в сравнительно небольшое пространство. Это может значительно увеличить скорость и мощность цифровых компьютеров.

ВНИМАНИЕ! НИЖЕ РЕКЛАМНЫХ БЛОКОВ ВЫ МОЖЕТЕ ОСТАВИТЬ СВОЙ КОММЕНТАРИЙ К СТАТЬЕ. ВСЕ КОММЕНТАРИИ ПРОХОДЯТ ПРЕМОДЕРАЦИЮ, ПОЭТОМУ ХОРОШО ПОДУМАЙТЕ, ПРЕЖДЕ ЧЕМ ЧТО-ТО НАПИСАТЬ.

Содержание

Этимология

Впервые трактовка слова компьютер появилась в 1897 году в Оксфордском словаре английского языка. Его составители тогда понимали компьютер как механическое вычислительное устройство. В 1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятия цифрового, аналогового и электронного компьютера.

История

Экспоненциальное развитие компьютерной техники

После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Этот эмпирический факт, замеченный в 1965 году соучредителем компании Intel Гордоном Е. Муром, назвали по его имени Законом Мура. Столь же стремительно развивается и процесс миниатюризации компьютеров. Первые электронно-вычислительные машины (например, такие, как созданный в 1946 году ЭНИАК) были огромными устройствами, весящими тонны, занимавшими целые комнаты и требовавшими большого количества обслуживающего персонала для успешного функционирования. Они были настолько дороги, что их могли позволить себе только правительства и большие исследовательские организации, и представлялись настолько экзотическими, что казалось, будто небольшая горстка таких систем сможет удовлетворить любые будущие потребности. В контрасте с этим, современные компьютеры — гораздо более мощные и компактные и гораздо менее дорогие — стали воистину вездесущими.

Математические модели

Архитектура и структура

Архитектура компьютеров может изменяться в зависимости от типа решаемых задач. Оптимизация архитектуры компьютера производится с целью максимально реалистично математически моделировать исследуемые физические (или другие) явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при компьютерном моделировании (симуляции) дамб, плотин или кровотока в человеческом мозгу. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, однако сегодня стали достаточно редким явлением.

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т. п.

Классификация

По назначению

Элементная основа

Поверхностный характер представленного подхода к классификации компьютеров очевиден. Он обычно используется лишь для обозначения общих черт наиболее часто встречающихся компьютерных устройств. Быстрые темпы развития вычислительной техники означают постоянное расширение областей её применения и быстрое устаревание используемых понятий. Для более строгого описания особенностей того или иного компьютера обычно требуется использовать другие схемы классификаций.

Физическая реализация

Более строгий подход к классификации основан на отслеживании используемых при создании компьютеров технологий. Самые ранние компьютеры были полностью механическими системами. Тем не менее, уже в 1930-х годах телекоммуникационная промышленность предложила разработчикам новые, электромеханические компоненты (реле), а в 1940-х были созданы первые полностью электронные компьютеры, имевшие в своей основе электронные лампы. В 1950—1960-х годах на смену лампам пришли транзисторы, а в конце 1960-х — начале 1970-х годов — используемые и сегодня полупроводниковые интегральные схемы (кремниевые чипы).

Приведённый перечень технологий не является исчерпывающим; он описывает только основную тенденцию развития вычислительной техники. В разные периоды истории исследовалась возможность создания вычислительных машин на основе множества других, ныне позабытых и порою весьма экзотических технологий. Например, существовали планы создания гидравлических и пневматических компьютеров, между 1903 и 1909 годами некто Перси И. Луджет даже разрабатывал проект программируемой аналитической машины, работающей на базе пошивочных механизмов (переменные этого вычислителя планировалось определять при помощи ниточных катушек).

В настоящее время ведутся серьёзные работы по созданию оптических компьютеров, использующих вместо традиционного электричества световые сигналы. Другое перспективное направление подразумевает использование достижений молекулярной биологии и исследований ДНК. И, наконец, один из самых новых подходов, способный привести к грандиозным изменениям в области вычислительной техники, основан на разработке квантовых компьютеров.

Впрочем, в большинстве случаев технология исполнения компьютера является гораздо менее важной, чем заложенные в его основу конструкторские решения.

Гидравлический компьютер

Биокомпьютер Адлемана

По способностям

Одним из наиболее простых способов классифицировать различные типы вычислительных устройств является определение их способностей. Все вычислители могут, таким образом, быть отнесены к одному из трёх типов:

специализированные устройства, умеющие выполнять только одну функцию (например, Антикитерский механизм87 года до н. э. или ниточный предсказатель Вильяма Томсона 1876 года);
устройства специального назначения, которые могут выполнять ограниченный диапазон функций (первая разностная машина Чарльза Бэббиджа и разнообразные дифференциальные анализаторы);
устройства общего назначения, используемые сегодня. Название компьютер применяется, как правило, именно к машинам общего назначения.

Современный компьютер общего назначения

Конструктивные особенности

Современные компьютеры используют весь спектр конструкторских решений, разработанных за всё время развития вычислительной техники. Эти решения, как правило, не зависят от физической реализации компьютеров, а сами являются основой, на которую опираются разработчики. Ниже приведены наиболее важные вопросы, решаемые создателями компьютеров:

Цифровой или аналоговый

Фундаментальным решением при проектировании компьютера является выбор, будет ли он цифровой или аналоговой системой. Если цифровые компьютеры работают с дискретными численными или символьными переменными, то аналоговые предназначены для обработки непрерывных потоков поступающих данных. Сегодня цифровые компьютеры имеют значительно более широкий диапазон применения, хотя их аналоговые собратья все ещё используются для некоторых специальных целей. Следует также упомянуть, что здесь возможны и другие подходы, применяемые, к примеру, в импульсных и квантовых вычислениях, однако пока что они являются либо узкоспециализированными, либо экспериментальными решениями.

Среди наиболее простых дискретных вычислителей известен абак, или обыкновенные счёты; наиболее сложной из такого рода систем является суперкомпьютер.

Система счисления

Примером компьютера на основе десятичной системы счисления является первая американская вычислительная машина Марк I.

Важнейшим шагом в развитии вычислительной техники стал переход к внутреннему представлению чисел в двоичной форме. [9] Это значительно упростило конструкции вычислительных устройств и периферийного оборудования. Принятие за основу двоичной системы счисления позволило более просто реализовывать арифметические функции и логические операции.

Тем не менее, переход к двоичной логике был не мгновенным и безоговорочным процессом. Многие конструкторы пытались разработать компьютеры на основе более привычной для человека десятичной системы счисления. Применялись и другие конструктивные решения. Так, одна из ранних советских машин работала на основе троичной системы счисления, использование которой во многих отношениях более выгодно и удобно по сравнению с двоичной системой (проект троичного компьютера Сетунь был разработан и реализован талантливым советским инженером Н. П. Брусенцовым).

В целом, однако, выбор внутренней системы представления данных не меняет базовых принципов работы компьютера — любой компьютер может эмулировать любой другой.

Хранение программ и данных

Программирование

Способность машины к выполнению определённого изменяемого набора инструкций (программы) без необходимости физической переконфигурации является фундаментальной особенностью компьютеров. Дальнейшее развитие эта особенность получила, когда машины приобрели способность динамически управлять процессом выполнения программы. Это позволяет компьютерам самостоятельно изменять порядок выполнения инструкций программы в зависимости от состояния данных. Первую реально работающую программируемую вычислительную машину сконструировал немец Конрад Цузе в 1941 году.

При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по определённому алгоритму. Решение любой задачи для компьютера является последовательностью вычислений.

В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в понятном им виде (при этом вся информация как правило представляется в двоичной форме — в виде единиц и нулей, хотя компьютер может быть реализован и на других основаниях, как целочисленных — например, троичный компьютер, так и нецелых), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций [источник не указан 512 дней] , достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач, а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть сведены к математическим.

Было обнаружено, что компьютеры могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.

Применение

Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был разработан язык Кобол. Позже появились СУБД со своими собственными языками программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие программы. Кроме того, всё бо́льшая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

Четвёртое. Компьютеры развились настолько, что стали главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров — навигация в Интернете и игры.

Пятое. Современные суперкомпьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Наиболее сложным и слаборазвитым применением компьютеров является искусственный интеллект — применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма. Примеры таких задач — игры, машинный перевод текста, экспертные системы.

Читайте также: