Комп'ютер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Комп’ютер
DM IBM S360.jpg Columbia Supercomputer - NASA Advanced Supercomputing Facility.jpg Intertec Superbrain.jpg 2010-01-26-technikkrempel-by-RalfR-05.jpgThinking Machines Connection Machine CM-5 Frostburg 2.jpgG5 supplying Wikipedia via Gigabit at the Lange Nacht der Wissenschaften 2006 in Dresden.JPG Acer Aspire 8920 Gemstone.jpgAcorn BBC Master Series Microcomputer.jpgDell PowerEdge Servers.jpg
Класичний вид персонального комп'ютера - системний блок, відеомонітор, клавіатура)

Комп'ютер (від англ. computer; лат. computator — обчислювач, лат. computatrum — рахувати  — обчислювач, МФА: [kəmpjuː.Tə(ɹ)] [1] ) — багатозначний термін, найчастіше вживається для означення програмно керованого електронного пристрою обробки інформації. Разом з тим, це може бути будь-який механічний, немеханічний (електронний) пристрій (або навіть людина), призначені для проведення обчислень. Обчислення можуть відбуватися дискретно або безперервно у часі. У вузькому значенні — електронний цифровий програмований пристрій (електронна обчислювальна машина) для проведення обчислень, а також приймання, оброблення, зберігання і видачі інформації заздалегідь визначеним алгоритмом. Наразі практично всі існуючі на сьогодні комп’ютери є електронно-обчислювальними машинами.

Термін «комп'ютер» і абревіатура «ЕОМ», прийнята в українській науковій та технічній літературі, є синонімами.

Комп’ютер як електронна обчислювальна машина (скор.ЕОМ) - є обчислювальною машиною, яка побудована з використанням в якості функціональних елементів електронних пристроїв, термін використовується щоб показати відмінність від історичного попередника - механічної обчислювальної машини. На даний час словосполучення «електронна обчислювальна машина» майже витіснене з побутового вжитку.

Абревіатуру «ЕОМ» використовується як правовий термін в юридичних документах, інженерами цифрової електроніки, також в історичному сенсі - для позначення комп'ютерної техніки 1940-1980-х років, і для позначення великих обчислювальних пристроїв, на відміну від персональних.

Також зустрічається застарілий термін «ЦОМ» - «цифрова обчислювальна машина» на противагу «АОМ» - «аналогова обчислювальна машина».

За допомогою обчислень комп'ютер здатний обробляти інформацію за певним алгоритмом. Розв’язання будь-якої задачі для комп'ютера є послідовністю обчислень.

Фізично комп'ютер може функціонувати за рахунок переміщення будь-яких механічних частин, руху електронів, фотонів, або за рахунок використання ефектів будь-яких інших фізичних явищ.

Архітектура комп'ютерів може змінюватися в залежності від типу розв'язуваних задач. Оптимізація архітектури комп'ютера проводиться з метою максимально реалістично математично моделювати досліджувані фізичні (або інші) явища. Так, електронні потоки можуть використовуватися як моделі потоків води при комп'ютерному моделюванні (симуляції - computing simulation) дамб, гребель або кровотоку в людському мозку. Подібним чином сконструйовані аналогові комп'ютери були звичними у 1960-х роках, однак сьогодні стали досить рідкісним явищем.

Для більшості сучасних комп'ютерів проблему спочатку слід описати у зрозумілому їм вигляді - при цьому вся необхідна інформація, як правило, розміщується у пам’яті комп’ютера у двійковій формі, після чого дії з її обробки зводяться до застосування простої алгебри логіки. Оскільки практично вся математика може бути зведена до виконання булевих операцій, досить швидкий електронний комп'ютер може бути застосовний для вирішення більшості математичних задач, а також і більшості завдань з обробки інформації, які можуть бути зведені до математичних.

Було виявлено, що комп'ютери можуть вирішити не будь-яку математичну задачу. Вперше завдання, які не можуть бути вирішені за допомогою комп'ютерів, були описані англійським математиком Аланом Тюрінгом.

Результат виконаної роботи може бути представлено користувачеві за допомогою різних пристроїв введення-виведення інформації - у вигляді візуального зображення на екрані монітора, роздруковано на папері за допомогою принтера або будь-яким іншим доступним способом.

Етимологія[ред.ред. код]

Слово комп'ютер є похідним від англійських слів to computer, computer, які перекладаються як «обчислювати», «обчислювач» (англійське слово, в свою чергу, походить від латинського computār - «вирахувати»). Спочатку англійською мовою це слово означало людину, яка проводить арифметичні обчислення із залученням або без залучення механічних пристроїв. Надалі його значення було перенесено на самі машини, проте сучасні комп'ютери виконують безліч завдань, не пов'язаних безпосередньо з математикою.

Вперше трактування слова комп'ютер з'явилося у 1896 році в Оксфордському словнику англійської мови. Його укладачі тоді розуміли комп'ютер як механічний обчислювальний пристрій. В 1946 році словник поповнився доповненнями, що дозволяють розділити поняття цифрового, аналогового і електронного комп'ютера.

Історія появи комп’ютерів[ред.ред. код]

Z3 Конрада Цузе, 1941, вважається першою у світі робочою програмованою, повністю автоматичною обчислювальною машиною
Комп'ютер ENIAC
EDSAC один з перших комп'ютерів, де було реалізовавано збереження програми в пам'яті (архітектура фон Неймана)
  • 1941 рік — Конрад Цузе створює обчислювальну машину Z3, що мала всі властивості сучасного комп'ютера.
  • 1942 рік — в Університеті штату Айова (англ. Iowa State University) Джон Атанасов (англ. John Atanasoff) та його аспірант Кліффорд Беррі (англ. Clifford Berry) створили (а точніше — розробили та почали монтувати) першу в США електронну цифрову обчислювальну машину (англ. Atanasoff-Berry Computer — ABC (обчислювальна машина)). Хоча ця машина так і не була завершена (Атанасов пішов у діючу армію), вона, як пишуть історики, мала великий вплив на Джона Моклі, який створив через два роки першу ЕОМ ENIAC.
  • На початку 1943 року успішні випробування пройшла перша американська обчислювальна машина Марк I, призначена для виконання складних балістичних розрахунків ВМФ США.
  • В кінці 1943 року запрацювала англійська обчислювальна машина спеціального призначення «Колосс». Машина працювала над розшифровкою секретних кодів фашистської Німеччини.
  • В 1944 році Конрад Цузе розробив ще більш швидку обчислювальну машину Z4.
  • 1946 став роком створення першої універсальної електронної цифрової обчислювальної машини ENIAC.
  • В 1950 році в Києві під керівництвом академіка Лебедєва була створена перша в континентальній Європі ЕОМ — МЕСМ.
Історія обчислювальної техніки
Перше покоління (механічні та електромеханічні пристрої) Калькулятори Антикітерський механізм, Різницева машина
Програмовані пристрої ткацький верстат Жакарра, Аналітична машина, Марк I, Z3
Друге покоління (електронні вакуумні прилади) Калькулятори калькулятор Атанасова-Беррі, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120
Програмовані пристрої Колосс, ENIAC, EDSAC, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701 , IBM 702, IBM 650, Z22, МЕСМ
Третє покоління (на дискретних транзисторах та мікросхемах) Мейнфрейми IBM 7090, IBM 7080, IBM System/360, BUNCH
Мінікомп'ютери PDP-8, PDP-11, IBM System/32, IBM System/36
Четверте покоління (надвеликі інтегральні схеми) Мінікомп'ютери VAX, IBM System i
4-бітні комп'ютери Intel 4004, Intel 4040
8-бітні комп'ютери Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80
16-бітні комп'ютери Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802
32-бітні комп'ютери Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM
64-бітні комп'ютери Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64
Вбудовані комп'ютери Intel 8048, Intel 8051
Персональний комп'ютер настільний комп'ютер, домашній комп'ютер, портативний комп'ютер, особистий цифровий помічник (PDA), Tablet PC
Теоретичні та експериментальні проекти Квантовий комп'ютер, хімічний комп'ютер, ДНК-комп'ютер, оптичний комп'ютер, спінтронний комп'ютер
Обладнання
Периферійні пристрої (введення/виведення) Введення Миша, клавіатура, джойстик, сканер, веб-камера, графічний планшет, мікрофон
Виведення Монітор, принтер, гучномовець
Носії інформації Гнучкі диски, жорсткий диск, оптичний диск, телетайп
Системи обміну даними невелика відстань RS-232, SCSI, PCI, USB
великі відстані (комп'ютерні мережі) Ethernet, ATM, FDDI

Будова сучасного електронного комп'ютера[ред.ред. код]

Більшість сучасних обчислювальних машин мають блочно-модульну конструкцію: апаратну конфігурацію, необхідну для виконання певних робіт, можна складати з готових вузлів та блоків.

Системний блок являє собою основний вузол, у якому зібрані найбільш важливі компоненти персонального комп’ютера. Основною компонентою є материнська плата. На ній розміщені:

  • центральний процесор;
  • шини — набір кабелів для передачі даних та сигналів управління;
  • оперативна пам'ять — набір мікросхем, призначених для зберігання даних під час їх безпосереднього опрацювання;
  • постійна пам'ять — мікросхеми, призначені для постійного зберігання інформації, у тому числі і за вимкненого живлення.

У зв’язку з тим, що багато компонентів можуть бути інтегровані на материнській платі, то не всі вони можуть бути представлені як окремі комплектуючі елементи. Задня панель, як правило, містить панелі плат розширень із роз’ємами, заглушки роз’ємів, вентиляційний отвір вентилятора блоку живлення.

Системна плата[ред.ред. код]

Докладніше: Системна плата

Системна плата є своєрідним «фундаментом» для всіх комплектуючих персонального комп’ютера. Саме в неї вставляються всі основні пристрої: відеокарта, оперативна пам'ять, процесор, жорсткі диски тощо. Інакше кажучи, це платформа, на якій будується вся конфігурація комп'ютера.

На системних платах також зустрічаються інтегровані пристрої, тобто вмонтовані. Прикладом можуть бути системні плати із вмонтованими звуковою і відеокартами.

Центральний процесор (CPU)[ред.ред. код]

Центральний процесор (Central processing unit) — функціональна частина ЕОМ, що призначена для інтерпретації команд. Усіма блоками комп'ютера керує центральний процесор (ЦП). Він також виконує всі програми. Це компактний модуль (розміром близько 5 х 5 х 0,3 см), що вставляється в гніздо на материнській платі. Напівпровідниковий кристал сучасного процесора містить мільйони чи навіть мільярди транзисторів. Центральний процесор — основний компонент комп'ютера, призначений для керування всіма його пристроями та виконання арифметичних і логічних операцій над даними.

Сьогодні існує два основних виробника процесорів для персональних компютерів і, відповідно, наборів системної логіки (чипсетів)для побудови материнських плат для них — від компанії Intel (Slot 1, Slot 2, Socket 340, Socket 478) і від компанії AMD (Slot A, Socket А). Перша підтримує процесори Intel Pentium II, Pentium ІІІ, Celeron і Pentium 4, а друга — AMD Athlon і Duron. Процесор одного виробника у більшості випадків неможливо використовувати в материнських платах, розрахованих для іншого.

За числом процесорів, що складають центральний процесор, розрізняють однопроцесорні й багатопроцесорні (мультипроцесорні) материнські плати.

Види[ред.ред. код]

За призначенням[ред.ред. код]

Персональний комп'ютер IBM PC/XT
Комп'ютер PDP-11/40

За системою числення[ред.ред. код]

Елементна основа[ред.ред. код]

Перша трійкова ЕОМ «Сетунь» на ферритдіодних комірках була побудована М.П.Бруснєцовим в 1958 році.

Фізична реалізація[ред.ред. код]

Більш строгий підхід до класифікації базується на відслідковуванні використовуваних при створенні комп'ютерів технологій. Найраніші комп'ютери були повністю механічними системами. Тим не менше, вже у 1930-х роках телекомунікаційна промисловість представила розробникам нові електромеханічні компоненти (реле), а у 1940-х було створено повністю електронні комп'ютери, які мали у своїй основі електронні лампи. У 19501960-х роках на зміну лампам прийшли транзистори, а в кінці 1960-х — початку 1970-х років — використовувані і сьогодні напівпровідникові інтегральні схеми (кремнієві чіпи).

Одними з перших напівпровідникових приладів були точкові діоди на основі сульфіда свинця (Pb) та окису олова (Sn) в детекторних радіоприймачах. пізніше було розроблено напівпровідники на основі германія (Ge). Ще пізніше було розроблено напівпровідники на основі кремнія (Si). Якщо подивитись на розташування цих елементів у періодичній таблиці Д. І. Мендєлєєва, то можна помітити, що вісі вони знаходяться у одній групі і рух відбувається вверх по колонці у таблиці, тому можна припустити, що наступні напівпровідники будуть розроблені на основі вуглецяа (C). На планеті Земля білкові живі створіння у своєму «думальнику» (мозку) використовують білкові утворення (нейрони), які побудовані з білкових молекул, що в основному є вуглеводними молекулами, тобто деякі білки є є напівпровідниками на основі вуглецю (C)Найдосконалішим мозком з білкових створінь на планеті Земля володіє людина.

Наведений перелік технологій не є вичерпним, він описує тільки основну тенденцію розвитку обчислювальної техніки. У різні періоди історії досліджувалась можливість створення обчислювальних машин на основі багатьох інших, нині забутих і часом досить екзотичних технологій. Наприклад існували плани створення гідравлічних і пневматичних комп'ютерів, між 1903 та 1909 роками один Персі І. Луджет навіть розробляв проект програмованої аналітичної машини, яка працює на базі прошивальних механізмів (змінні цього обчислювача планувалось визначати за допомогою ниткових котушок).

На даний час ведуться серйозні роботи по створенню оптичних комп'ютерів, які використовують замість тралиційної електрики світлові сигнали. Інший перспективний напрям передбачає використання досягнень молекулярної біології та досліджень ДНК. І, накінець, один з найновіших підходів, який здатний привести до грандіозних змін в області обчислювальної техніки оснований на розробці квантових комп'ютерів.

Проте, у більшості випадків технологія виконання комп'ютера є набагато менш важливою ніж закледні в його основу конструкторські рішення.

По здатностях[ред.ред. код]

Одним з найпростіших способів класифікувати різні типи обчислювальних пристроїв є визначення їх можливостей. Всі обчислювачі, таким чином, можуть бути віднесені до одного з трьох типів:


Сучасний комп'ютер загального призначення[ред.ред. код]

При розгляді сучасних комп'ютерів найважливішою особливістю, що відрізняє їх від ранніх обчислювальних пристроїв, є те, що при відповідному програмуванні будь-який комп'ютер може повторювати поведінку будь-якого іншого (хоча ця можливість і обмежена, до прикладу, вмістимістю засобів зберігання даних чи відмінністю у швидкості). Таким чином припускається, що сучасні машини можуть емулювати будь-який обчислювальний пристрій майбутнього, який колись може бути створено. У певному значенні ця порогова здатність корисна для розрізняння комп'ютерів загального призначення від пристроїв спеціального призначення. Визначення "комп'ютера загального призначення" може бути формалізовано у вимозі, щоб конкретний комп'ютер був здатний копіювати поведінку універсальної машини Т'юрінга. Першим комп'ютером, який задовольнив таку умову, вважається машина Z3, що була створена Конрадом Цузе в 1941 році.

Характеристики[ред.ред. код]

Швидкодія ЕОМ (computer speed) — характеристика ЕОМ, що визначає кількість елементарних операцій (додавання та ін.), які виконуються за одиницю часу.


Застосування комп'ютерів[ред.ред. код]

Тривимірна карта ділянки земної поверхні, побудована за допомогою комп'ютерної програми

Перші комп'ютери створювалися виключно для обчислень (що відображено в назвах «комп'ютер» і «ЕОМ»). Навіть найпримітивніші комп'ютери в цій галузі у багато разів перевершують людей (якщо не брати до уваги можливості деяких унікальних "людей-лічильників"). Не випадково першою високорівневою мовою програмування був Фортран, призначений виключно для виконання математичних розрахунків.

Іншою сферою застосування комп’ютерів стали бази даних. Перш за все вони були потрібні урядам і банкам, які вимагають вже складніших комп'ютерів з розвиненими системами введення-виведення та зберігання інформації. Для цих цілей був розроблено мову Кобол. Пізніше з'явилися СКБД зі своїми власними мовами програмування.

Третім застосуванням було управління всілякими пристроями. Тут розвиток йшов від вузькоспеціалізованих пристроїв (часто аналогових) до поступового впровадження стандартних комп'ютерних систем, на яких запускаються керуючі програми. Крім того, все більша частина техніки починає включати в себе керуючий комп'ютер.

Комп'ютери розвинулися настільки, що стали головним інформаційним інструментом як в офісі, так і вдома. Тепер майже будь-яка робота з інформацією найчастіше здійснюється через комп'ютер - набір тексту чи перегляд фільмів. Це відноситься як до зберігання інформації, так і до її пересилання каналами зв'язку. Основне застосування сучасних домашніх комп'ютерів - навігація в Інтернеті та ігри.

Сучасні суперкомп'ютери використовуються для комп'ютерного моделювання складних фізичних, біологічних, метеорологічних й інших процесів та вирішення прикладних завдань, таких як, моделювання ядерних реакцій або кліматичних змін. Деякі проекти проводяться за допомогою розподілених обчислень, коли велика кількість відносно слабких комп'ютерів одночасно працює над невеликими частинами загальної задачі, формуючи таким чином дуже потужну комп’ютерну систему.

Найбільш складним і слаборозвиненим областю застосуванням комп'ютерів є штучний інтелект - застосування комп'ютерів для вирішення таких завдань, де немає чітко визначеного більш-менш простого алгоритму. Приклади таких завдань - ігри, машинний переклад тексту, експертні системи.

Математичні моделі[ред.ред. код]

Архітектура комп'ютерів[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Форм-фактори електронно-обчислювальних машин[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. У преамбулі представлено британську вимову слова; також можливий американський варіант: [kəmpjuː.tɚ]. Нормативна вимова українською мовою: [kɐmpʲjʉtʲər]
  2. Перспективы создания экономичных систем реального времени.

Посилання[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Інформатика: Комп'ютерна техніка. Комп'ютерні технології. — Київ: «Академія», 2002. — С. 704.
  • Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. — ОЛМА Медиа Групп, ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2006. — С. 896.
  • Руденко В.Д., Макарчук О.М., Патланжоглу М.О. Практичний курс інформатики. — Київ: Фенікс, 1996. — С. 418.
  • Ярмуш О.В., Редько М.М. Інформатика і комп’ютерна техніка. — Київ: Вища освіта, 2006. — С. 359.
  • Гуржій А.М., Поворознюк Н.І., Самсонов В.В. Інформатика та інформаційні технології.. — Харків: ООО «Компанія СМІТ», 2003. — С. 352.
  • Інформатика. Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології. — Київ: Каравела, 2011. — С. 592.
  • Клименко О.Ф., Головко Н.Р., Шарапов О.Д. Інформатика та комп’ютерна техніка. — Київ: КНЕУ, 2002. — С. 534.