Компьютер (англ. computer — вычислитель) — программируемое электронно-вычислительное устройство для обработки данных, передачи и хранения информации. То есть, компьютер — это комплекс программно-управляемых электронный устройств.
Термин «компьютер» (или «персональный компьютер») является синонимом аббревиатуры «ЭВМ» (электронной вычислительной машины) или «ПЭВМ» (персональной ЭВМ). После появления персональных компьютеров (от англ. personal computer, PC), термин ЭВМ впоследствии практически вытеснен из употребления и заменен заимствованным термином «компьютер», «ПК» или «PC». Дело в том, что если обозначения «ПК» и «ПЭВМ» характеризуют компьютер как «однопользовательскую универсальную ЭВМ», то термин «PC» означает именно IBM PC-совместимый компьютер.
При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, компьютер при помощи программного обеспечения способен принимать, хранить и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств вывода. Своё название компьютеры получили по своей основной функции – проведению вычислений. В настоящее время кроме непосредственно функций вычислений, компьютеры используются для обработки и управления информацией, а также игр.
Схему устройства компьютера предложил знаменитый математик Джон фон Нейман в 1946 г., её принципы работы во многом сохранились в современных компьютерах.
Фон Нейман с соавторами выдвинули основные принципы логического устройства ЭВМ и предложили ее структуру, которая полностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ.
Прежде всего, компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:
- арифметическо-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции;
- устройство управления (УУ), которое организует процесс выполнения программ;
- запоминающее устройство (ЗУ), или память для хранения программ и данных;
- внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Кроме архитектуры ЭВМ Нейман предложил основополагающие принципы логического устройства ЭВМ.
Принципы Джона фон Неймана:
1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности);
2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти);
3. Принцип адресности (основная память состоит из пронумерованных ячеек, и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка).
Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу «фон-нейманских». На сегодняшний день это подавляющие большинство компьютеров, в том числе и IBM PC-совместимые. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой — например системы для параллельных вычислений.
Обычно компьютер проектируется на основе принципа открытой архитектуры:
- Описание принципа действия ПК и его конфигурации, что позволяет собирать ПК из отдельных узлов и деталей;
- Наличие в ПК внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять различные устройства, удовлетворяющие заданному стандарт.
В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в понятном им виде, при этом вся необходимая информация представляется в двоичной форме (в виде единиц и нулей), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач (а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть легко сведены к математическим).
Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т.п.
Было обнаружено, что компьютеры всё-таки не могут решить любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.
Применение компьютеров
Первые компьютеры создавались непосредственно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.
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 (системы управления базами данных) 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 большая часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.
Наконец, компьютеры развились настолько, что компьютер стал главным информационным инструментом как в офисе, так и дома. То есть, теперь почти любая работа с информацией осуществляется через компьютер — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи.
Современные суперкомпьютеры используются для моделирования сложных физических и биологических процессов — например, 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 недостаточно развитым 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.
Источники и дополнительная информация:
- К. Айден, Х. Фибельман, М. Крамер. Аппаратные средства PC / Пер. с нем. — СПб.: BHV — Санкт-Петербург, 1997. — 544 с.;
- — статья «Компьютер» в Википедии;
- — статья «Что такое компьютер?»;
- — статья «Что такое компьютер?»;
- — классическая архитектура ЭВМ.
Дополнительная информация: Дополнительно на Genon.ru: