Комп'ютер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Версія від 15:51, 11 лютого 2022, створена Olexa Riznyk (обговорення | внесок) (Відкинуто редагування 193.19.255.185 (обговорення) до зробленого Lxlalexlxl)
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Комп’ютер
Схема персонального комп'ютера:
1: Монітор
2: Материнська плата
3: Процесор
4: Порт ATA
5: Оперативна пам'ять
6: Карти розширення
7: Комп'ютерний блок живлення
8: Дисковод
9: Жорсткий диск
10: Клавіатура
11: Комп'ютерна миша
Класичний вид персонального комп'ютера — системний блок, відеомонітор, клавіатура)

Комп'ютер (від англ. computer — обчислювач) або електронно-обчислювальна машина (ЕОМ) — програмно-керований пристрій для обробки інформації. За будовою, це може бути механічний або не механічний (електронний) пристрій, призначений для проведення обчислень, які можуть відбуватися дискретно або безперервно. У вузькому значенні — це електронний пристрій з можливістю програмування (раніше також називався «електронна обчислювальна машина»), який здійснює обчислення за заздалегідь визначеним алгоритмом — починаючи приблизно з 1950-х років практично всі комп'ютери є саме електронними.

Назва «комп'ютер» і скорочення «ЕОМ», прийняте в українській науковій та технічній літературі[джерело?], є синонімами. Термін «ЕОМ» використовується щоби показати відмінність від історичного попередника комп'ютера — механічної обчислювальної машини. У 21-му столітті словосполучення «електронна обчислювальна машина» майже витіснене з побутового вжитку.

Абревіатура «ЕОМ» використовується як правовий термін в юридичних документах[джерело?], 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 дані 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 завдяки використанню ефектів будь-яких інших фізичних явищ. Найчастіше під словом «комп'ютер» розуміють систему, побудовану з використанням електронних пристроїв як функціональних елементів.

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

Слово комп'ютер є похідним від англійських слів to compute, 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.

Електро́нна обчи́слювальна маши́на (ЕОМ) — загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну[джерело?] від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин. В часи широкого розповсюдження аналогових обчислювальних машин, що теж були в своїй переважній більшості електронними, для уникнення непорозумінь використовувалася назва «цифрова електронна обчислювальна машина» (ЦЕОМ) або «лічильна» (рос. счётная) машина (задля підкреслення того, що цифрова електронна машина саме реалізує безпосередньо обчислення результату, в той час, як аналогова машина, фактично, реалізує процес фізичного моделювання з отриманням результату вимірюванням).[джерело?]

Історія появи комп'ютерів

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 перший комп'ютер ENIAC. Цей комп'ютер був створений на замовлення міністерства оборони США. Його вага складала 30 тонн. В конструкції було використано 18 тисяч радіоламп, через що випромінюваного тепла було надто багато і для охолодження були прилаштовані кондиціонери. Швидкодія становила 5 тис. операцій на секунду. Програму набирали вручну перемикачами та кабелями на спеціальному полі. Математик з Америки Джон фон Нейман вирішив записувати програму на електронну пам'ять комп'ютера, збільшив його швидкість. Він згодом запропонував використати двійкову систему для обчислень і запису команд програми.
  • 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 нацистської 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 — МЭСМ.
  • В 1965 році було випущено перший мінікомп'ютер PDP-8, що мав розмір холодильника і вартість 20 тис. доларів США.
  • 1967 став роком, присвяченим формальним методам проєктування електронних обчислювальних машин під керівництвом Глушкова.
  • В 1970 році вчені, що працювали на фірму Intel, винайшли мікропроцесор Intel 4004 (розрядність даних — 4 біт).
  • В 1973 році — перший персональний комп'ютер Altair 8800 на основі 8-бітного мікропроцесора Intel 8080.
  • У серпні 1981 р. новий комп'ютер під назвою IBM PC офіційно показаний публіці і вже швидко набув великої популярності у користувачів.
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 D-Wave
Обладнання та можливі додаткові пристрої
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

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, яка є своєрідним «фундаментом» для всіх комплектуючих 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 ній розміщені:

  • центральний процесор;
  • шини — системи передачі даних та сигналів керування;
  • 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, прикладом можуть бути плати із вмонтованими звуковою і відеокартами..

Центральний процесор (Central processing unit) — функціональна частина ЕОМ, що призначена для інтерпретації команд програми, керування пристроями комп'ютера та виконання арифметичних і логічних операцій над даними. Як правило, це компактний напівпровідниковий пристрій, що вставляється в гніздо на материнській платі.

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

Види

За призначенням

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

За системою числення

Елементна основа

ПК з LED освітленням

Перша трійкова ЕОМ «Сетунь» з тризначною логікою на феритдіодних комірках була побудована Брусєнцовим М. П. в 1958 році.

Фізична реалізація

Більш строгий підхід до класифікації базується на відслідковуванні використовуваних при створенні комп'ютерів технологій. Найдавніші обчислювальні пристрої були повністю механічними системами, перед Другою світовою війною розроблялися машини на основі електромеханічних 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 чипи).

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.

На даний час ведуться серйозні роботи по створенню оптичних комп'ютерів, які використовують замість традиційної електрики світлові сигнали. Інший перспективний напрям передбачає використання досягнень молекулярної біології та досліджень ДНК. І, нарешті, 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 закладені в його основу конструкторські рішення.

За можливостями

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

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, місткістю 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 Тюрінга. Першим комп'ютером, який задовольнив таку умову, вважається машина Z3, що була створена Конрадом Цузе в 1941 році.

Характеристики

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

Застосування комп'ютерів

Тривимірна карта ділянки земної поверхні, побудована за допомогою комп'ютерної програми
Неттоп у ролі офісної АТС, побудованої на Asterisk

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 керівні програми. Крім того, все більша частина технічних пристроїв має у своєму складі керівний 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 проєкти 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.

Найскладнішою[джерело?] цариною застосування 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

Архітектура комп'ютерів

Див. також

Форм-фактори електронно-обчислювальних машин

Примітки

Література

  • Інформатика: Комп'ютерна техніка. Комп'ютерні технології. — Київ : Академія, 2002. — 704 с.
  • 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.
  • Обчислювальна техніка: історія розвитку від лампових комп'ютерів до комп'ютерів на інтегральних схемах : монографія / В. І. Зацерковний, В. В. Литвинов, В. П. Клименко ; Черніг. держ. ін-т економіки і упр. - Ніжин : НДУ ім. М. Гоголя, 2013. - 438 с. : рис., табл.

Посилання

Шаблон:Інші проекти