Комп'ютер

Визначення

Комп'ютер (від англ. computer; лат. computator — обчислювач, лат. computatrum — рахувати, МФА: [kəmpjuː.Tə(ɹ)) — програмно-керований пристрій для обробки інформації. Конструктивно це може бути механічний або немеханічний (електронний) пристрій, призначений для проведення обчислень, які можуть відбуватися дискретно або безперервно у часі. У вузькому значенні — електронний цифровий програмований пристрій (електронна обчислювальна машина) для проведення обчислень за здалегідь 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.

Абревіатура «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 прикомп'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.

Історія появи комп'ютерів

• 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 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 — МЕСМ.

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:

• Калькулятор
• Консольний комп'ютер
• Мінікомп'ютер
• Мейнфрейм
• Персональний комп'ютер
  • Настільний комп'ютер
  • Ноутбук (Лептоп)
    • Субноутбук
    • Нетбук
    • Смартбук
  • Планшетний комп'ютер
    • Планшетний персональний комп'ютер
      • Тонкий персональний комп'ютер (Slate PC)
      • Ультрамобільний ПК
    • Інтернет-планшет
    • Електронна книга (пристрій)
  • Ігрова приставка (Ігрова консоль)
  • Кишеньковий комп'ютер (КПК)
  • Комунікатор
  • Смартфон
  • Носимий комп'ютер
• Робоча станція
• Комп'ютер для операцій з функціями
• Сервер
• Суперкомп'ютер

За системою числення

• двійкові
• трійкові
• четвіркові
• десяткові

Елементна основа

• релейні
• лампові
• ферритдіодні
• транзисторні дискретні
• транзисторні інтегральні

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 світової 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 1950—1960-х роках на зміну лампам прийшли транзистори, а в кінці 1960-х — початку 1970-х років — використовувані і сьогодні напівпровідникові інтегральні схеми (кремнієві чіпи).

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 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.

• Механічний комп'ютер
  • Пневматичний комп'ютер
  • Гідравлічний комп'ютер
• Оптичний комп'ютер
• Електронний комп'ютер
• Квантовий комп'ютер
• Нанокомп'ютер
• Біокомп'ютер
  • Біокомп'ютер Едлмана
  • Кінцевий біоавтомат Шапіро

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:

• спеціалізовані пристрої, які вміють виконувати тільки одну функцію (наприклад Антикітерський механізм 87 року до н. е. чи нитковий віщун Вільяма Томсона 1876 року);
• діапазон функцій (перша Різницева машина Чарлза Беббіджа та різноманітні диференціальні аналізатори);
• пристрої загального призначення, які використовуються сьогодні. Назва комп'ютер застосовується, як правило, саме до машин 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 ЕОМ (computer speed) — характеристика ЕОМ, що визначає кількість елементарних операцій (додавання та ін.), які виконуються за одиницю часу.

Застосування комп'ютерів

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 власнимимовами 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 — набіртексту 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

• Машина фон Неймана
• Універсальна машина Тюрінга
• Машина Поста
• Нанокомп'ютер
• Квантовий комп'ютер
• Біокомп'ютер Едлмана
• Кінцевий біоавтомат Шапіро

Архітектура комп'ютерів

• Архітектура фон Неймана
• Гарвардська архітектура
• Архітектура персонального комп'ютера
• Класифікація паралельних обчислювальних систем
• Комп'ютерна пам'ять
• Процесор

Форм-фактори електронно-обчислювальних машин

• Калькулятор
• Смартфон
• Кишеньковий комп'ютер
• Планшетний комп'ютер
• Смартбук
• Ультрабук
• Нетбук
• Субноутбук
• Ноутбук
• Персональний комп'ютер
• Велокомп'ютер
• Карп'ютер
• Бортовий комп'ютер