Компьютер

Эта статья входит в число готовых статей
Материал из «Знание.Вики»
Моноблок iMac

Компьютер — это устройство, которое обрабатывает данные с помощью программируемых вычислительных средств.

Ранние компьютеры также назывались (большими) калькуляторами; их ввод и вывод данных первоначально ограничивались числами. Правда, современные компьютеры способны обрабатывать и другие данные, например, буквы и звуки. Однако эти данные преобразуются в числа внутри компьютера и обрабатываются как таковые, поэтому даже сегодня компьютер остается вычислительной машиной.

По мере повышения эффективности открывались новые области применения. Сегодня компьютеры доступны практически во всех сферах повседневной жизни. Чаще всего они используются в специализированных вариантах, адаптированных к текущему прикладному назначению. Таким образом, микрокомпьютеры (встроенные системы) используются для управления повседневными устройствами, такими как стиральные машины и видеомагнитофоны, или проверки монет в торговых автоматах; В современных автомобилях они используют данные о движении с помощью «помощников по вождению».

Универсальные компьютеры можно найти в смартфоне и игровых приставках. Персональные компьютеры используют для работы, учебы, в государственных учреждениях; суперкомпьютеры используются для моделирования сложных операций, например, исследований климата или медицинских расчетов.

История

Harvard Mark I

1890: американец Герман Холлерит изобретает табуляторную машину[1], опираясь на некоторые идеи Бэббиджа, которая использовалась при составлении переписи населения США. Впоследствии Холлерит основал компанию, которая впоследствии стала IBM.

1893: швейцарский ученый Отто Штайгер разрабатывает первый автоматический калькулятор[2], который был изготовлен и использован в промышленных масштабах, известный как Миллионер.

1938: немецкий инженер Конрад Цузе завершает разработку Z1, первого компьютера[3], который можно рассматривать как таковой. Работающий электромеханически и с использованием реле, он был программируемым (с помощью перфоленты) и использовал двоичную систему и логику Болеана. За ней последуют улучшенные модели Z2, Z3 и Z4.

Apple II

1944: в Соединенных Штатах компания IBM создает электромеханический компьютер Harvard Mark I[4], разработанный командой во главе с Говардом Эйкеном. Это был первый компьютер, созданный в Соединенных Штатах.

1944: в Англии создаются компьютеры Colossus[5] (Colossus Mark I и Colossus Mark 2) с целью расшифровки коммуникаций немцев во время Второй мировой войны.

1946: в Пенсильванском университете введен в эксплуатацию ENIAC[6] (электронный числовой интегратор и калькулятор), который работал на клапанах и был первым электронным компьютером общего назначения.

EDVAC
IBM System 360

1947: в Bell Laboratories Джон Бардин, Уолтер Хаузер Браттейн и Уильям Шокли изобретают транзистор.[7]

1950: Кэтлин Бут создает язык ассемблер[8] для выполнения операций на компьютере без необходимости замены соединительных кабелей, но с помощью перфокарт (программа или операция, сохраненная для использования при необходимости), которые были подвержены повреждениям. По этой причине, в конце этого года начинается разработка языка программирования.

1951: начинает работать EDVAC, задуманный Джоном фон Нейманом[9], который, в отличие от ENIAC, был не десятичным, а двоичным, и в нем была первая программа, предназначенная для хранения.

1953: IBM производит свой первый компьютер в промышленных масштабах, IBM 650[10]. Расширяется использование языка ассемблера для компьютерного программирования. Транзисторные компьютеры заменяют клапанные, что знаменует начало второго поколения компьютеров.

1957: Джек С. Килби создает первую интегральную схему.[11]

IBM PC

1964: появление IBM 360[12] знаменует собой начало третьего поколения компьютеров, в которых печатные платы с несколькими элементарными компонентами заменяются платами интегральных схем.

1965: Olivetti выпускает Programma 101, первый настольный компьютер.[13]

1971: Nicolet Instruments Corp. выводит на рынок Nicolet 1080, компьютер научного назначения, основанный на 20-битных регистрах.[14]

Стив Джобс и Билл Гейтс

1971: Intel представляет первый коммерческий микропроцессор, первый чип: микропроцессор Intel 4004[15], разработанный Федерико Фаггином и Марсианом Хоффом.

1975: Билл Гейтс и Пол Аллен основывают Microsoft.

1976: Стив Джобс, Стив Возняк, Майк Марккула основали Apple.

1977: Apple представляет первый крупномасштабный персональный компьютер Apple II, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком.

1981: на рынок выходит IBM PC[16], который станет коммерчески успешным, ознаменует революцию в области персональных компьютеров и определит новые стандарты.


Элементы

Джон фон Нейман

Технологии, используемые в цифровых компьютерах, значительно эволюционировали с момента появления первых моделей устройств в середине XX века, хотя большинство из них по-прежнему используют архитектуру фон Неймана, опубликованную Джоном фон Нейманом в начале того же десятилетия.

Архитектура фон Неймана описывает компьютер с четырьмя основными разделами: арифметико-логическим блоком, блоком управления, первичной, основной или центральной памятью, а также устройствами ввода-вывода. Эти части соединены между собой проводящими каналами, называемыми шинами.[17]

Центральный процессор фирмы AMD

Центральный процессор

Основная статья: Центральный процессор

Центральный процессор (CPU) — это электронная схема, которая выполняет инструкции, составляющие компьютерную программу. Центральный процессор осуществляет арифметические, логические, управляющие операции и операции вывода (I/O), указанные инструкциями в программе[18]. В этом случае он контрастирует с внешними компонентами, такими как основная память и схемы ввода-вывода, а также специализированными процессорам (GPU). Конструкция процессоров менялась с течением времени, но их фундаментальное функционирование остается практически неизменным. Основные компоненты центрального процессора включают арифметико-логический блок (АЛУ), который выполняет арифметические и логические операции, регистры процессора, которые передают операнды в АЛУ и сохраняют результаты операций АЛУ, и блок управления, который управляет извлечением (из памяти), декодированием и выполнением (инструкций), направляя скоординированные операции ALU, регистров и других компонентов.

Оперативная память

Оперативная память

Основная статья: Оперативная память

Запоминающее устройство с произвольным доступом позволяет считывать или записывать элементы данных практически за одинаковое время, независимо от физического расположения данных в памяти, в отличие от других носителей данных с прямым доступом (таких как жесткие диски, SSD, CD-RW, DVD-RW и другие более старые устройства), где время, необходимое для чтения и записи элементов данных, сильно меняется в зависимости от их физического расположения на носителе записи из-за механических ограничений, таких как скорость вращения носителя (для CD, DVD) или движение рычага (для жестких дисков).[19]

Оперативная память является одним из самых важных компонентов компьютера. Объем ОЗУ определяет количество задач, которые может выполнять компьютер одновременно, а от его быстродействия зависит скорость работы компьютера.

Периферийные устройства ввода/вывода

Компьютерная клавиатура

Устройства ввода/вывода — это аппаратные средства, используемые человеком[20] (или другой системой) для связи с компьютером. Например, клавиатура или компьютерная мышь являются устройствами ввода для компьютера, в то время как мониторы и принтеры — устройства вывода. В большинстве случаев устройства для обмена данными между компьютерами, такие как модемы и сетевые карты, выполняют операции ввода-вывода. Любое взаимодействие с системой со стороны интерактора является входом, а реакция, на которую реагирует система, называется выходом.

Компьютерные шины

Три главных элемента в компьютере — ЦП, память и элемент вывода — связаны друг с другом шиной или каналами связи:

Адресная шина: позволяет выбрать адрес данных или периферийного устройства, к которому требуется доступ Управляющая шина : управляет внешней и внутренней работой процессора. Шина данных: содержит информацию (данные), которая циркулирует в системе.[21]

Многозадачность

Многозадачность — понятие из теории операционных систем,[22] под которым подразумевается обеспечение возможности параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Однако, идеальная многозадачность ОС возможна только в распределённых вычислительных системах.

Центральный процессор выполняет инструкции одной программы, а затем переключает выполнение на вторую программу и выполняет некоторые из её инструкций. Этот процесс очень быстрый и создает иллюзию одновременного выполнения нескольких программ; на самом деле процессорное время распределяется между программами по одной за раз. Операционная система контролирует распределение времени.

Использование компьютеров

Современный офис компании

С появлением коммерческого производства компьютеров предприятия систематизировали многие из своих задач по сбору и обработке данных, которые ранее выполнялись вручную. Ученые во всех областях начали использовать компьютеры для проведения анализов и расчетов; продолжающееся снижение цен на эти устройства позволило использовать их все меньшему и малому бизнесу. Потребители, организации и государственные учреждения начали использовать большое количество персональных компьютеров для выполнения задач в рамках работы с большими или дорогими мэйнфреймами.

Изобретение микропроцессора в 1970 году позволило выпускать все более дешевые компьютеры.[23]Появился микрокомпьютер, а затем появился персональный компьютер. Первые стали популярными для выполнения ежедневных задач, таких как написание и печать документов, вычисление вероятностей с помощью электронных таблиц или выполнение анализа данных с помощью электронных таблиц и Интернета. При этом высокая доступность компьютеров и их простая адаптация к потребностям каждого человека привели к тому, что они используются для решения самых различных задач в разных областях.

В то же время небольшие компьютеры с фиксированным программным обеспечением (встраиваемые системы) начали находить применение в быту, автомобилях, самолетах и промышленном оборудовании. Это позволяет управлять поведением устройств, позволяя разрабатывать более сложные функции управления, такие как антиблокировочная тормозная система (ABS). В начале XXI века большинство электроприборов, почти все виды электрического транспорта и большинство производственных линий на фабриках работают на компьютере.

На протяжении 20 века персональные компьютеры использовались как для исследований, так и развлечений (видеоигры), в то время как большие компьютеры использовали для сложных математических вычислений, технологий, моделирования, астрономии, медицины и т. д.

Примечания

  1. ↑ Герман Холлерит: от табулятора к фирме IBM. compgramotnost.ru.
  2. ↑ May 7, 1895: Calculator Learns to Multiply (неопр.). Wired.com.
  3. ↑ История компьютеров в картинках: репортаж из Немецкого технического музея. 3dnews.
  4. ↑ IBM's ASCC introduction (неопр.). IBM.com.
  5. ↑ История электронных компьютеров, часть 2: Колосс. habr.com.
  6. ↑ ENIAC – самый первый компьютер в мире. PC Life.
  7. ↑ История транзистора: от «кошачьего уса» до закона Мура. vc.ru.
  8. ↑ Dr. Kathleen Booth (nee Britten) (неопр.). IT HISTORY SOCIETY.
  9. ↑ История электронных компьютеров, часть 4: электронная революция. habr.com.
  10. ↑ IBM 650 (неопр.). IBM.com.
  11. ↑ Первые интегральные схемы. Виртуальный компьютерный музей.
  12. ↑ System 360 (неопр.). IBM.com.
  13. ↑ История компьютера: от калькулятора до кубитов. Chip.
  14. ↑ The 1080 gets embedded (неопр.). versci.com.
  15. ↑ 40-летие процессора Intel 4004 и необычные факты. 3dnews.
  16. ↑ Как появился персональный компьютер. gazeta.ru.
  17. ↑ Принципы фон Неймана (Архитектура фон Неймана). Планета информатики.
  18. ↑ Энциклопедия процессорных терминов. ixbt.com.
  19. ↑ Современная оперативная память. ixbt.com.
  20. ↑ Аппаратные средства ввода-вывода данных. bstudy.net.
  21. ↑ Основные шины компьютера. losst.pro.
  22. ↑ Организация многозадачности в ядре ОС. habr.com.
  23. ↑ Микропроцессоры 1970-х – 1990-х годов: архитектура и эволюция. Кафедра информатики СУНЦ УрГУ.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Компьютер&oldid=575399