Что такое цифровой компьютер

Обновлено: 21.11.2024

Компьютер, выполняющий вычисления и логические операции с величинами, представленными в виде цифр, обычно в двоичной системе счисления.

Словарь английского языка American Heritage®, пятое издание. Авторские права © 2016, издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

цифровой компьютер

(Информатика) электронный компьютер, в котором входные данные являются дискретными, а не непрерывными, и состоят из комбинаций цифр, букв и других символов, написанных на соответствующем языке программирования и представленных внутри в двоичной системе счисления. Сравните аналоговый компьютер

Английский словарь Коллинза – полный и полный, 12-е издание, 2014 г. © HarperCollins Publishers, 1991, 1994, 1998, 2000, 2003, 2006, 2007, 2009, 2011, 2014

цифровой компьютер

bbs, доска объявлений, система досок объявлений, электронная доска объявлений — компьютер, на котором установлено программное обеспечение, позволяющее пользователям оставлять сообщения и получать доступ к информации, представляющей общий интерес

файловый сервер - (информатика) цифровой компьютер, который предоставляет рабочим станциям в сети контролируемый доступ к общим ресурсам

мэйнфрейм, мэйнфрейм-компьютер — большой цифровой компьютер, обслуживающий 100-400 пользователей и занимающий специальное помещение с кондиционером

микрокомпьютер, ПК, персональный компьютер — небольшой цифровой компьютер на базе микропроцессора, предназначенный для использования одним человеком одновременно

Машина фон Неймана — любой цифровой компьютер, в котором воплощены идеи хранимых программ и последовательных счетчиков, предложенные в 1946 году фон Нейманом и его коллегами

рабочая станция — настольный цифровой компьютер, который традиционно считается более мощным, чем микрокомпьютер

Ссылка на эту страницу:

Учитывая большой, но конечный период времени, машина Тьюринга способна выполнять любые вычисления, которые может выполнить любой современный цифровой компьютер , независимо от его мощности.

«Именно эта особенность — стабильность состояний 1 и 0 — обеспечивает успех цифрового компьютера», — говорит Ландауэр.

При наличии достаточного времени такое простое устройство, известное как машина Тьюринга, может выполнять любые вычисления, которые может выполнять современный цифровой компьютер, независимо от его мощности.

За последние 30 лет исследователи искусственного интеллекта разработали цифровые компьютерные программы, в которых информация обрабатывается посредством операций над строками произвольных символов.

Цифровые компьютерные модели предполагают, что чтение зависит от "проверки гипотез" о значении текста, а не от визуальной обработки частей слов.

По мере того, как мозг воспринимает новые стимулы, различные модели хаотической активности принимают сознание в форме мыслей и воспоминаний, утверждает она, а не возникают из бессознательного хранилища, как в цифровых компьютерных моделях памяти и обучения.

р>

Такая машина служит удобной математической моделью вычислений, выполняя последовательность основных операций для достижения всего, что может современный цифровой компьютер.

В этом сборнике из 11 эссе авторы развивают экономическую теорию и средства прикладной экономики, основанные на математике цифрового компьютера. Эссе, вдохновленные семинаром по вычислимой экономике в Тренто в октябре 2002 г., включают такие темы, как сложность и информация в моделировании, алгоритмические и обменные аспекты индукции, конструктивные и классические модели результатов в экономике и теории игр, инструменты и концепции. вычислимой экономики, возникновения и универсальных вычислений, исследований и разработок вычислимых производственных функций, изучения вычислимых знаний и неразрешимости с помощью метафоры машины Тьюринга, применяемой к моделям эндогенного роста, а также к правам и децентрализованным вычислениям.

Вторая мировая война послужила толчком к развитию электронного цифрового компьютера , говорят они, а потребность США в безопасности и обороне времен холодной войны стимулировала развитие вычислительных технологий.

В этой статье вы узнаете о цифровых компьютерах, различных типах цифровых компьютеров, их преимуществах и недостатках, функциях, классификации, использовании и эволюции.

Цифровой компьютер

Что такое цифровой компьютер?

Типы цифровых компьютеров

Цифровой компьютер — это машина или устройство, которое помогает обрабатывать информацию любого типа.

Это устройства, с помощью которых мы вводим некоторые данные и получаем результат за доли секунд.

Операции, которые выполняются внутри устройства, выполняются с использованием двоичной системы счисления, поскольку компьютер понимает только цифры, то есть 0 и 1.

Все содержимое, написанное на английском языке, будет преобразовано в двоичный язык, и таким образом компьютеры и люди будут общаться друг с другом.

Некоторыми из основных примеров цифровых устройств являются персональные компьютеры, настольные компьютеры, ноутбуки, смартфоны и мобильные устройства.

Цифровой компьютер в основном состоит из трех частей, и он состоит из –

Ввод. Обычно пользователь передает данные на устройство, которое называется вводом.

Обработка: введенные пользователем данные обрабатываются внутри с использованием определенной последовательности.

Вывод: после завершения обработки на основе ввода пользователю выводятся выходные данные.

Различные типы цифровых компьютеров

Цифровые компьютеры — это устройство, которое необходимо запрограммировать, чтобы получить желаемый результат.

Он использует электронные технологии для создания, хранения и обработки различных типов данных.

В зависимости от размера и типа устройства эти цифровые компьютеры подразделяются на четыре категории.

Микрокомпьютер

Мини-компьютер

Мейнфрейм

Суперкомпьютер

Микрокомпьютер

Микрокомпьютер не очень дорог и поставляется с микропроцессором в качестве центрального процессора и устройств ввода/вывода.

Эти компьютеры обычно называются персональными компьютерами, например, IBM pc, Apple, Dell.

Мини-компьютеры

Мини-компьютеры — это компьютеры среднего уровня, содержащие один или несколько процессоров.

Они поддерживают многопроцессорность, что означает, что эти несколько процессоров совместно используют одну и ту же память компьютера и другие необходимые периферийные устройства для выполнения данной задачи.

Мини-компьютеры обычно используются для обработки транзакций, обработки файлов и управления базой данных.

Мейнфреймы

Мэйнфреймы, как правило, представляют собой компьютеры большого размера, которые в основном используются для хранения и обработки больших объемов данных. Он известен своим высоким уровнем надежности.

Эти машины используются организацией, которой требуются важные приложения, такие как перепись населения, статистика клиентов, для больших вычислений, требующих обработки большого объема данных.

Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры очень дорогие, и доступны самые быстрые компьютеры в мире.

Эти компьютеры имеют тысячи процессоров, которые выполняют триллионы вычислений в секунду и, следовательно, являются самыми быстрыми из когда-либо существовавших.

Суперкомпьютеры широко используются на предприятиях и в организациях, которым требуются большие объемы вычислений.

Классификация компьютеров

Компьютеры можно разделить на аналоговые, цифровые и гибридные. Каждая категория используется для своих целей и имеет свое значение.

Аналоговые компьютеры

Аналоговые компьютеры в основном основаны на напряжении и токе с непрерывными электрическими сигналами и непрерывно отображают выходные данные.

Эти компьютеры хранят данные и выполняют вычисления иначе, чем цифровые компьютеры, использующие символьное представление.

Как правило, они работают медленнее, чем цифровые компьютеры. Одним из примеров является термометр.

Цифровые компьютеры

Цифровые компьютеры – это компьютеры, которые обрабатывают данные в двоичной форме, т. е. в виде нулей и единиц.

Главное преимущество цифровых компьютеров заключается в том, что они быстрые и перепрограммируемые.

В качестве примера можно привести ноутбуки, смартфоны и калькуляторы.

Гибридные компьютеры

Гибридные компьютеры – это компьютеры специального назначения, сочетающие в себе как аналоговые, так и цифровые компьютеры.

Это цифровой компьютер, который принимает аналоговые сигналы и преобразует их в цифровую форму.

Обычно они используются в научных целях, в самолетах и больницах.

Некоторые примеры включают аппарат для электрокардиограммы, ультразвуковой аппарат, аппарат для мониторинга.

Преимущества и недостатки цифрового/аналогового компьютера

Главное преимущество цифровых компьютеров заключается в том, что они могут хранить большое количество данных и очень точны.

Аналоговый компьютер работает быстро и, следовательно, быстрее всех. Цифровые компьютеры сравнительно медленнее аналоговых, и это главный недостаток.

Аналоговые компьютеры хранят меньше данных, поэтому цифровые компьютеры отлично подходят для памяти.

Возможности цифрового компьютера

Хорошая память. Цифровые компьютеры могут хранить большое количество данных и извлекать их за доли секунды. Данные можно хранить в течение любого периода времени и получать в любое время.

Очень гибкие. Эти компьютеры могут выполнять несколько задач без вмешательства человека, поэтому они очень гибкие и универсальные.

Автоматически. После запуска эти устройства работают автоматически. Они не нуждаются в каком-либо вмешательстве до тех пор, пока это не требуется конкретной задачей.

Хорошая скорость. Цифровые компьютеры обладают высокой скоростью и выполняют все операции с очень высокой скоростью.

Точные. Эти устройства помогают хранить всю информацию, которая помогает получать точные данные в любой момент времени.

Компоненты цифрового компьютера

Цифровой компьютер состоит из следующих основных компонентов —

Устройство ввода

Устройство ввода — это в основном устройства, подключенные к системе, такие как мышь, клавиатура и сканер.

Эти устройства ввода принимают ввод от пользователя и преобразуют его в двоичный язык, который понятен компьютеру, что облегчает понимание.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП — это центральный процессор, известный как мозг компьютера, поскольку он управляет всей компьютерной системой.

После того как пользователь вводит данные с помощью устройства ввода, такого как клавиатура или мышь, они обрабатываются центральным процессором.

Он сначала получает инструкции из памяти, а затем решает, что нужно сделать.

Следовательно, ЦП выполняет все вычислительные части и отправляет их на устройство вывода.

ЦП состоит из разных компонентов, у которых разные обязанности.

Арифметико-логическое устройство (ALU). Основная функция ALU заключается в том, что оно выполняет все арифметические и математические вычисления, включая сложение, вычитание, умножение и деление.

Блок управления. Задача блока управления заключается в том, что он в основном позволяет данным перемещаться от и к ЦП и управляет операциями, выполняемыми АЛУ. Все отправляемые инструкции собираются, расшифровываются и анализируются. Затем он отправляет соответствующую инструкцию на устройства ввода/вывода.

Память. Эта часть в основном используется для хранения данных и называется «Внутренняя память». Внутренняя память разделена на несколько ячеек, в которых хранятся инструкции. Каждое из этих местоположений имеет уникальный адрес и имеет одинаковый размер. С этим уникальным адресом компьютер будет считывать данные, хранящиеся в памяти, без необходимости поиска по всей ячейке памяти. Всякий раз, когда программа запускается, данные будут храниться во внутренней памяти и останутся до конца выполнения. Эта внутренняя память называется ОЗУ, т.е. Оперативная память.

Устройства вывода

Устройства вывода — это устройства, подключенные к компьютеру, которые преобразуют двоичные данные с компьютера в язык, понятный людям.

Некоторыми из распространенных устройств вывода являются монитор, плоттер и принтер.

Где в основном используются цифровые компьютеры?

Поскольку цифровые компьютеры в основном используются для хранения данных, они почти повсеместно используются для хранения фотографий, музыки, документов и файлов.

Студенты используют его для математических расчетов, вычислений. Он используется космическими аппаратами, учреждениями здравоохранения, школами, колледжами, крупными и небольшими организациями, заводами.

Цифровые компьютеры используются во всем мире, и это очень мощное устройство.

Эволюция цифрового компьютера

Первое поколение компьютеров

В первые годы компьютерной эры в 1940–1956 годах появилось первое поколение компьютеров, получившее название вакуумных ламп.

При использовании этой системы на выполнение задачи и получение результатов ушли бы недели.

Раньше входными данными были перфокарты, а выходными — распечатки.

Примером компьютеров первого поколения является компьютер ENIAC.

Компьютеры второго поколения

Вторым поколением компьютеров были транзисторы, которые заменили электронные лампы в 1956–1963 годах.

Транзисторы были быстрее, дешевле, эффективнее и меньше по размеру по сравнению с предыдущим поколением.

Вывод остался таким же, как и в первом поколении. (перфокарты и распечатка).

Третье поколение компьютеров

Третье поколение компьютеров представляло собой интегральные схемы, которые заменили транзисторы в 1964–1971 годах.

Интегральные схемы представляли собой миниатюрные транзисторы, которые располагались над кремниевыми чипами и назывались полупроводниками.

Они оказались очень эффективными по сравнению с предыдущими версиями с точки зрения скорости и размера. Здесь ввод и вывод заменены на клавиатуры и мониторы.

Четвертое поколение компьютеров

Четвертым поколением компьютеров были микропроцессоры, которые пришли на смену интегральным схемам с 1971 года по настоящее время.

Тысячи интегральных схем начали создаваться на одном кремниевом чипе, и это привело к появлению четвертого поколения компьютеров.

Это были небольшие, эффективные, интеллектуальные компьютеры, которые стали более мощными.

Он может быть подключен к различным устройствам ввода и вывода. В конце концов, они смогли подключиться к сетям, что привело к развитию Интернета.

Пятое поколение компьютеров

Пятое поколение компьютеров — это искусственный интеллект (ИИ).

Это вычислительные устройства на основе искусственного интеллекта, которые все еще развиваются с большим прогрессом день ото дня.

К ним относятся такие приложения, как распознавание голоса и параллельная обработка.

Идея вычислений пятого поколения заключается в создании новых устройств, которые понимают входные данные на человеческом языке и способны самостоятельно обучаться и выдавать результаты.

Вывод :-

Цифровые компьютеры очень широко используются в нынешнюю эпоху, и они помогают в повседневной деятельности.

Помимо научного и инженерного использования, он также используется в автоматизированных промышленных процессах, транспортных системах и для анализа других статистических данных.

Цифровой компьютер может работать бесконечно, эффективно и точно, не уставая в ближайшее время.

Цифровой компьютер — это машина, которая хранит данные в числовом формате и выполняет операции с этими данными с помощью математических манипуляций. Этот тип компьютера обычно включает в себя какое-то устройство для хранения информации, некоторый метод ввода и вывода данных и компоненты, позволяющие выполнять математические операции над хранимыми данными. Цифровые компьютеры почти всегда электронные, но это не обязательно должно быть так.

Цифровые компьютеры хранят данные в числовом формате.

Существует два основных метода моделирования мира с помощью вычислительной машины. Аналоговые компьютеры используют некоторое физическое явление, например электрическое напряжение, для моделирования другого явления и выполнения операций путем прямого изменения сохраненных данных. Однако цифровой компьютер хранит все данные в виде чисел и выполняет операции с этими данными арифметически. В большинстве компьютеров для хранения данных используются двоичные числа, так как единицы и нули, из которых состоят эти числа, легко представить простыми электрическими состояниями.

Ранние аналоговые компьютеры занимали целые комнаты.

Компьютеры, основанные на аналоговых принципах, имеют преимущества в некоторых специализированных областях, таких как их способность непрерывного моделирования уравнения. Преимущество цифрового компьютера, однако, в том, что его легко программировать. Это означает, что они могут обрабатывать множество различных наборов инструкций без физической перенастройки.

Большинство компьютеров работают с использованием двоичного кода и могут считаться цифровыми.

Первые цифровые компьютеры относятся к 19 веку. Одним из первых примеров является аналитическая машина, разработанная Чарльзом Бэббиджем. Эта машина должна была хранить и обрабатывать данные механически. Однако эти данные хранились не механически, а скорее как последовательность цифр, представленных дискретными физическими состояниями. Этот компьютер должен был быть программируемым, впервые в вычислительной технике.

Цепи в цифровом компьютере теперь можно печатать очень близко друг к другу.

Цифровые вычисления получили широкое распространение в 20 веке. Давление войны привело к большим достижениям в этой области, и после Второй мировой войны появились электронные компьютеры. Этот тип цифрового компьютера обычно использовал массив электронных ламп для хранения информации для активного использования в вычислениях. Бумага или перфокарты использовались для более длительного хранения. Клавиатурный ввод и мониторы появились позже в этом веке.

Изобретатель Чарльз Бэббидж придумал паровую разностную машину в 1822 году.

В начале 21 века в компьютерах используются интегральные схемы, а не электронные лампы. Они по-прежнему используют активную память, долговременное хранилище и центральные процессоры.Количество устройств ввода и вывода значительно увеличилось, но они по-прежнему выполняют одни и те же основные функции.

В 2011 году компьютеры начинают выходить за рамки традиционных схем. Пути цепи в цифровом компьютере теперь могут быть напечатаны так близко друг к другу, что необходимо учитывать такие эффекты, как туннелирование электронов. Работа над цифровыми оптическими компьютерами, которые обрабатывают и хранят данные с помощью света и линз, может помочь преодолеть это ограничение.

Нанотехнологии могут привести к совершенно новой разновидности механических вычислений. Данные могут храниться и обрабатываться в цифровом виде на уровне отдельных молекул или небольших групп молекул. Удивительное количество молекулярных вычислительных элементов уместилось бы на сравнительно маленьком пространстве. Это может значительно увеличить скорость и мощность цифровых компьютеров.

Цифровые компоненты, такие как процессоры, обычно более универсальны, чем аналоговые.

В вычислительной технике есть две основные системы передачи данных и связи — цифровая и аналоговая. Аналоговые системы имеют непрерывный ввод и вывод данных, в то время как цифровые системы обрабатывают информацию дискретными порциями. Хотя цифровые устройства могут использовать любую систему счисления для обработки данных, в настоящее время они используют только двоичную систему счисления, состоящую из единиц и нулей. Информация всех типов, включая символы и десятичные числа, перед обработкой цифровыми устройствами кодируется в двоичной системе счисления. В смешанных системах, где датчики могут передавать информацию цифровому компьютеру в аналоговой форме, например, о напряжении, данные должны быть преобразованы из аналогового представления в цифровое (обычно также в двоичном).

Основное различие между цифровыми и аналоговыми устройствами связано с точностью и скоростью. Поскольку кодирование, как правило, необходимо для цифровых систем, невозможно точно представить такие данные, как данные с датчиков, осциллографов и других приборов. Информация числовая, но постоянно меняется. Следовательно, то, что входит в цифровой компьютер, является приближением. Примером может служить использование арифметики с плавающей запятой для обработки больших чисел в цифровых устройствах. Преобразование их полной формы в представление с плавающей запятой (которое обычно представляет собой некоторую степень десяти) может привести к некоторой неточности, поскольку несколько цифр младшего разряда могут быть потеряны при попытке подогнать мантисса (или часть дроби) в регистрах. цифрового устройства. Когда в вычислениях используются числа с плавающей запятой, ошибка усугубляется. Что касается скорости, цифровые устройства работают с закодированными представлениями реальности, а не с аналоговой моделью, которая работает с реальностью. Это делает цифровые устройства более медленными из-за преобразований и дискретного характера вычислений.

Аналоговые устройства могут работать с непрерывным потоком входных данных, тогда как цифровые устройства должны выполнять явную выборку входящих данных. Определение этой частоты выборки является важным решением, влияющим на точность и скорость работы систем реального времени. Одна вещь, которую цифровые компьютеры делают легче, — это оценка логических взаимосвязей. Цифровые компьютеры используют булеву арифметику и логику. Логические решения компьютеров, вероятно, так же важны, как и их числовые расчеты.

Первым примером цифровых вычислений были счеты . На самом деле, слово «цифровой» может происходить от «цифр» руки, которая используется для манипулирования счетчиками счетов, хотя это название могло также произойти от традиции счета пальцев, которая предшествовала ему. Происхождение абака слишком древнее, чтобы его можно было зафиксировать, но оно появилось в Китае в 1200 г. н.э. и в других частях Восточной Азии в течение нескольких сотен лет. Счеты - это не просто игрушка. Доказательства этого были ясно представлены, когда японский специалист по арифметике, используя счеты, избил солдата армии США, который использовал электрический калькулятор, в серии вычислений в 1946 году. Счеты цифровые, с пятью единицами на одной стороне каждой. столбец и пятерка с другой стороны, столбцы столбцов с десятками.

В 1642 году французский математик и философ Блез Паскаль (1623–1662) построил десятичную машину. Каждый циферблат его калькулятора представлял собой степень десяти. Каждый зуб шестерни представлял собой единицу. Он также изобрел оригинальный механизм переноса, выходящий за рамки счетов, который требовал «переноса» в уме.

Первым цифровым компьютером современного типа был программируемый калькулятор, разработанный, но так и не построенный британским математиком Чарльзом Бэббиджем (1791–1871). Эта аналитическая машина использовала числа с основанием 10, где каждая цифра представляет собой степень десяти и представлена зубцом шестерни. Первые электронно-вычислительные машины использовали обе общепринятые системы счисления, двоичную и десятичную.Машина, построенная американским физиком Джоном Винсентом Атанасоффом (1903–1995) и его аспирантом Клиффордом Э. Берри (1918–1963) в конце 1930-х годов, могла решать лишь ограниченный класс задач, но в ней использовались цифровые схемы с основанием 2.

Электронный числовой интегратор и компьютер (ENIAC), разработанный американскими инженерами Дж. Преспером Эккертом (1919–1995) и Джоном У. Мокли (1907–1980), считается первой электронной цифровой машиной общего назначения. Он использовал десятичную систему счисления, что упростило его интерфейс. Первый по-настоящему практичный программируемый цифровой компьютер, автоматический калькулятор электронного хранения с задержкой (EDSAC), разработанный Морисом В. Уилксом (1913–) в Кембридже, Англия, в 1949 году, использовал двоичное представление. С тех пор все цифровые устройства любой практичности были двоичными на машинном уровне и восьмеричными (с основанием 8) или шестнадцатеричными (с основанием 16) на более высоком уровне абстракции.

Цифровым компьютерам прощают небольшие неточности из-за их скорости. Например, интегральный расчет — это вычисление площади под кривой. Цифровое решение состоит в том, чтобы «нарисовать» большое количество прямоугольников под кривой, приблизительно соответствующей ее высоте. Каждый из этих прямоугольников имеет крошечные линии, представляющие две стороны — чем больше количество прямоугольников, тем меньше линии. Эти крошечные линии во многих точках приближаются к изогнутой линии, поэтому, если сложить площади каждого прямоугольника, получится оценка интеграла. Чем быстрее машина, тем больше прямоугольников можно запрограммировать на создание и тем точнее расчет.

Существует также временная задержка, присущая аналого-цифровому преобразованию и наоборот. Многие системы управления полетом самолета имеют датчики, генерирующие аналоговые сигналы. Например, можно передать напряжение, величина которого важна. Его можно преобразовать в число в цифровой форме, с которым затем может работать бортовой компьютер, и ответ, наконец, снова преобразуется из цифровой формы в напряжение. Эти системы управления способны вычислять новые значения пятьдесят раз в секунду.

Эти улучшения скорости в цифровых компьютерах стали обычным явлением, когда весь процессор был интегрирован в один чип. Передача данных между компонентами на чипе происходит достаточно быстро из-за небольших расстояний между ними. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи также могут быть основаны на микросхемах, что позволяет избежать какого-либо ускорения.

Цифровые компьютеры состоят из более чем 1000 таких процессоров, работающих параллельно. Это делает возможным то, что всегда было главной силой цифровых компьютеров: делать то, что невозможно для людей. Поначалу они выполняли расчеты быстрее, если не лучше. Затем они управляли другими устройствами, некоторыми цифровыми, некоторыми аналоговыми, почти наверняка лучше, чем люди. Наконец, размеры и скорость цифровых компьютеров позволяют моделировать обтекание крыла ветром, первые микросекунды термоядерного взрыва или предположительно неразрывный код.

см. также Abacus; Аналоговые вычисления; Двоичная система счисления.

Джеймс Э. Томайко

Библиография

Уильямс, Майкл Р. История вычислительной техники, 2-е изд. Лос-Аламитос, Калифорния: издательство IEEE Computer Society Press, 1997 г.

Читайте также: