Компьютер

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Информация должна бытьпроверяема, иначе она может быть удалена. Вы можетеотредактировать статью, добавив ссылки наавторитетные источники в видесносок.(1 февраля 2022)
Компьютеры разных эпох и областей применения. По часовой стрелке от левого верхнего:

Компью́тер (англ. computer,МФА:[kəmˈpjuː.tə(ɹ)][1] — «вычислитель», отлат. computare — считать, вычислять[2]) — функциональное устройство, способное выполнять значительный объём вычислений, включая многочисленныеарифметические илогические операции, без прямого вмешательства человека. Компьютер может быть как отдельным блоком, так и состоять из нескольких взаимосвязанных устройств[3].

Компьютер функционирует под управлениемкомпьютерных программ.

Использование компьютеров для различных целей описывается терминами «автоматизированный» (например, автоматизированный контроль или автоматизированное управление)[4], «машинный» (например,машинная графика)[5], «вычислительный» (например,вычислительная техника)[6], иногда «цифровой» (например,цифровая экономика[7],цифровая валюта).

Содержание

История терминологии

[править |править код]
См. также:Электронная вычислительная машина

Словокомпьютер является производным от английских словto compute,computer, которые переводятся как «вычислять», «вычислитель» (английское слово, в свою очередь, происходит от латинскогоcomputāre — «вычислять»). Первоначально ванглийском языке это слово означалочеловека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. В дальнейшем его значение было перенесено на сами машины, однако современные компьютеры выполняют множество задач, не связанных напрямую сматематикой.

Впервые трактовка словакомпьютер появилась в1897 году вОксфордском словаре английского языка. Его составители тогда понимали компьютер какмеханическое вычислительное устройство. В1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятияцифрового,аналогового и электронного компьютера.

В русский язык словокомпьютер вошло в 70-е годы как синоним терминаэлектронная вычислительная машина[8].

Понятиекомпьютер в целом является более общим, чемэлектронно-вычислительная машина (ЭВМ); поскольку последняя является одним из способов реализации компьютера. ЭВМ подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах — он может бытьмеханическим,биологическим,оптическим,квантовым и т. п., работая за счёт перемещения механических частей, движенияэлектронов,фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) ианалоговой (АВМ). Однако все «неэлектронные» компьютеры являются или устаревшими, или крайне экзотическими, поэтому в русскоязычной практике термины «ЭВМ» и «компьютер» используются как синонимы. Так,Гражданский кодекс Российской Федерации систематически использует термин «ЭВМ» в значении «компьютер», например в статье 1261 ГК РФ, в этой же статье законодатель отдельно выделяет понятие «компьютерное устройство».

В настоящее время термин «ЭВМ», как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин вюридических документах, а также в историческом смысле — для обозначения вычислительной техники 1940—1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие отперсональных.

История

[править |править код]
Информация должна бытьпроверяема, иначе она может быть удалена. Вы можетеотредактировать статью, добавив ссылки наавторитетные источники в видесносок.(2 июля 2022)
Основная статья:История вычислительной техники
  • 2995 лет до н. э. — предположительно, в ДревнемВавилоне были изобретены[9] первыесчёты —абак.
  • 190 год до н. э. — первое упоминание появившегося вКитае[10] более «современного» варианта абака с косточками на соломинках —суаньпань.
  • 2 век до н. э. — вГреции был изготовлен[11] «антикитерский механизм» — механическое устройство на базе зубчатых передач, представляющее собой специализированный астрономический вычислитель.
  • В XIII векеЛуллий Раймунд создал логическую машину в виде бумажных кругов, построенных по троичной логике.
  • 1492 год —Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только вXX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.
Суммирующая машина Паскаля
Зал счётных машин«Computing Division»Казначейства США.1920-е
КомпьютерЭНИАК

Экспоненциальное развитие компьютерной техники

[править |править код]
Основная статья:Закон Мура
Диаграмма Закона Мура. Количество транзисторов удваивается каждые 2 года

После изобретенияинтегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось. Этот эмпирический факт, замеченный в1965 году соучредителем компанииIntelГордоном Е. Муром, назвали по его имениЗаконом Мура. Столь же стремительно развивается и процесс миниатюризации компьютеров. Первые электронно-вычислительные машины (например, такие, как созданный в1946 годуЭНИАК) были огромными устройствами, весившими 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

[править |править код]

Архитектура и структура

[править |править код]

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 прикомпьютерном моделировании (симуляции) дамб, плотин или кровотока в человеческоммозгу. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в1960-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.

Квантовые ЭВМ

[править |править код]
Основная статья:Квантовый компьютер

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, использующее явленияквантовой суперпозиции иквантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер оперирует небитами, акубитами. В результате он имеет возможность обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая огромного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.

Полноценный квантовый компьютер является покагипотетическим устройством, сама возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. Разработки в данной области связаны с новейшими открытиями и достижениямисовременной физики. Сейчас реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированный алгоритм небольшой сложности.

Первым[источник не указан 2525 дней] практическимвысокоуровневым языком программирования для такого вида компьютеров считается язык Quipper, основанный наHaskell (см.Квантовое программирование).

Конструктивные особенности

[править |править код]
Перфолента

Современные компьютеры используют весь спектр конструкторских решений, разработанных за всё время развитиявычислительной 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

[править |править код]

Фундаментальным решением при проектировании компьютера является выбор, будет ли он цифровой или аналоговой системой. Если цифровые компьютеры работают сдискретными 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 всё ещё используются для некоторых специальных целей. Следует также упомянуть, что здесь возможны и другие подходы, применяемые, к примеру, вимпульсных и квантовых вычислениях, однако пока что они являются либо узкоспециализированными, либо экспериментальными решениями.

Примерамианалоговых вычислителей, от простого к сложному, являются:номограмма,логарифмическая линейка,астролябия,осциллограф,телевизор,аналоговый звуковой процессор,автопилот,мозг[источник не указан 4781 день].

Среди наиболее простых дискретных вычислителей известенабак, или обыкновенныесчёты; наиболее сложной из такого рода систем являетсясуперкомпьютер.

Система счисления

[править |править код]

Примером компьютера на основедесятичной системы счисления является первая американская вычислительная машинаМарк I.

Важнейшим шагом в развитии вычислительной техники стал переход к внутреннему представлению чисел вдвоичной форме[18]. Это значительно упростило конструкции вычислительных устройств ипериферийного оборудования. Принятие за основу двоичной системы счисления позволило более просто реализовыватьарифметические функции илогические операции.

Тем не менее, переход кдвоичной логике был не мгновенным и безоговорочным процессом. Многие конструкторы пытались разработать компьютеры на основе более привычной для человекадесятичной системы счисления. Применялись и другие конструктивные решения. Так, одна из раннихсоветских машин работала на основетроичной системы счисления, использование которой во многих отношениях более выгодно и удобно по сравнению с двоичной системой (проекттроичного компьютераСетунь был разработан и реализован талантливым советским инженеромН. П. Брусенцовым).

Под руководством академикаХетагурова Я. А. разработан «высоконадёжный и защищённый микропроцессор недвоичной системы кодирования для устройств реального времени», использующий систему кодирования 1 из 4 с активным нулём.

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

Хранение программ и данных

[править |править код]

Во время выполнениявычислений часто бывает необходимо сохранить промежуточныеданные для их дальнейшего использования. Производительность многих компьютеров в значительной степени определяется скоростью, с которой они могут читать и писать значения в (из)памяти и её общей ёмкости. Первоначально компьютерная память использовалась только для хранения промежуточных значений, но вскоре было предложено сохранять кодпрограммы в той же самой памяти (архитектура фон Неймана, она же «принстонская»), что и данные. Это решение используется сегодня в большинстве компьютерных систем. Однако для управляющихконтроллеров (микро-ЭВМ) исигнальных процессоров более удобной оказалась схема, при которой данные и программы хранятся в различных разделах памяти (гарвардская архитектура).

Программирование

[править |править код]
Подробнее см.Программирование
Джон фон Нейман — один из основоположников создания архитектуры современных компьютеров

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 немецкий инженерКонрад Цузе в 1941 году.

При помощивычислений компьютер способен обрабатывать информацию по определённомуалгоритму. 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 вдвоичной 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 простойалгебры логики. Достаточно быстрыйэлектронный 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 математикомАланом Тьюрингом.

Применение

[править |править код]
Трёхмерная карта поверхности участка земной суши, построенная при помощи компьютерной программы

Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым языком программирования былФортран, предназначенный исключительно для выполнения математических расчётов.

Вторым крупным применением былибазы 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 языкКобол. Позже появилисьСУБД со своими собственнымиязыками 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.

Затем 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 набортекста или просмотрфильмов. Это относится и к хранению информации, и к её пересылке по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров — навигация вИнтернете иигры.

Современныесуперкомпьютеры используются длякомпьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощираспределённых 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 являетсяискусственный 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.

Примечания

[править |править код]
  1. Представленобританское произношение слова; также возможенамериканский вариант:[kəmˈpjuː.tɚ]. Нормативное произношение в русском языке:[kɐmˈpʲjʉtʲɪr]
  2. Словарь иностранных слов. — М.: «Русский язык», 1989. — 624 с.ISBN 5-200-00408-8
  3. ISO/IEC/IEEE 24765:2017 Systems and software engineering — Vocabulary . Дата обращения: 18 июля 2023. Архивировано 31 марта 2022 года.
  4. C.229 computer-aided tetsing//Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. —М.: Машиностроение, 1990. — 560 с. —70 000 (доп.) экз. —ISBN 5-217-00617-X (СССР),ISBN 0-19-853913-4 (Великобритания).
  5. C.235 computer graphics//Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. —М.: Машиностроение, 1990. — 560 с. —70 000 (доп.) экз. —ISBN 5-217-00617-X (СССР),ISBN 0-19-853913-4 (Великобритания).
  6. C.242 computer science//Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. —М.: Машиностроение, 1990. — 560 с. —70 000 (доп.) экз. —ISBN 5-217-00617-X (СССР),ISBN 0-19-853913-4 (Великобритания).
  7. Цифровая экономика: как специалисты понимают этот терминАрхивная копия от 29 мая 2023 наWayback Machine //РИА Новости, 16.06.2017
  8. Компьютер // Новые слова и значения. Словарь-справочник по материалам прессы и литературы 70-х годов / Под ред. Н. З. Котеловой. — М.: Русский язык, 1984.
  9. Абак: история появления и основные виды  (рус.). abakus-center.ru. Дата обращения: 25 сентября 2023. Архивировано 3 октября 2023 года.
  10. "ЭВМHISTORY": Суаньпань . evmhistory.ru. Дата обращения: 25 сентября 2023. Архивировано 4 октября 2023 года.
  11. The History of the Antikythera Mechanism . www.antikythera-mechanism.com. Дата обращения: 25 сентября 2023. Архивировано 4 октября 2023 года.
  12. Деятели философии. Жизнь и труды Лейбница . Дата обращения: 17 февраля 2012. Архивировано изоригинала 7 июля 2012 года.
  13. innuendoPL. Chinese Qing Dynasty abacus ring, c. 300 years old. [640x355] . r/ArtefactPorn (20 февраля 2015). Дата обращения: 25 сентября 2023. Архивировано 4 октября 2023 года.
  14. The calculating machines of Johann Helfrich MüllerАрхивная копия от 10 февраля 2012 наWayback Machine (англ.)
  15. The ternary calculating machine of Thomas Fowler . Дата обращения: 20 января 2012. Архивировано 20 января 2012 года.
  16. Сайт Томаса Фоулера (англ.). Дата обращения: 12 сентября 2025. Архивировано 16 мая 2014 года.
  17. Vannevar Bush’s Differential AnalyzerАрхивная копия от 15 апреля 2009 наWayback Machine (англ.)
  18. Раздел 5.2 Choice of binary system (Выбор двоичной системы)
В родственных проектах

Перейти к шаблону «External links»
Ссылки на внешние ресурсы
Перейти к шаблону «Внешние ссылки» Перейти к элементу Викиданных
  Словари и энциклопедии
В библиографических каталогах
Источник —https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Компьютер&oldid=149812406
Категории:
Скрытые категории: