Кто разработал основные принципы работы компьютера
Обновлено: 04.07.2024
До сих пор в обсуждении подчеркивалось разделение вычислений на девять предметных областей, три процесса и их социальный и профессиональный контекст. Однако некоторые фундаментальные концепции повторяются в рамках всей дисциплины и играют важную роль в разработке отдельных курсов и целых учебных программ. Компьютинг как дисциплина относится к некоторым из этих понятий как к родственным группам или основным проблемам в рамках всей дисциплины 1 . Take Force ссылается на эти фундаментальные концепции как на повторяющиеся концепции в этом отчете.
Повторяющиеся концепции – это важные идеи, проблемы, принципы и процессы, которые помогают объединить академическую дисциплину на глубоком уровне. Понимание распространенности этих концепций и способность применять их в соответствующих контекстах является одним из показателей зрелости выпускника как ученого-компьютерщика или инженера. Ясно, что при разработке конкретной учебной программы эти повторяющиеся концепции должны быть эффективно переданы; важно отметить, что надлежащее использование повторяющихся концепций является важным элементом реализации учебных программ и курсов, основанных на спецификациях, приведенных в этом отчете. Кроме того, эти концепции можно использовать в качестве основных тем, которые помогают связать учебные материалы в единые курсы.
- Присутствует во всей дисциплине.
- Имеет различные экземпляры
- Обладает высокой степенью технологической независимости.
Таким образом, повторяющаяся концепция — это любая концепция, пронизывающая дисциплину и не зависящая от какой-либо конкретной технологии. Повторяющееся понятие более фундаментально, чем любое его воплощение. Повторяющаяся концепция зарекомендовала себя как фундаментальная и постоянная на протяжении всей истории вычислений и, вероятно, останется таковой в обозримом будущем.
- Имейте экземпляры на уровнях теории, абстракции и дизайна.
- Имейте экземпляры в каждой из девяти предметных областей.
- Обычно встречаются в математике, естественных науках и технике.
Эти дополнительные пункты делают сильное утверждение относительно распространенности и постоянства большинства повторяющихся понятий. Они повторяются не только по всей дисциплине, но и по девяти предметным областям, а также по уровням теории, абстракции и дизайна. Кроме того, большинство из них являются примерами еще более общих понятий, которые пронизывают математику, естественные науки и инженерное дело.
Ниже приведен список из двенадцати повторяющихся концепций, которые мы определили как фундаментальные для вычислений. Каждое понятие сопровождается кратким описанием и характеристикой на конкретных примерах. В оставшейся части отчета каждый из них явно упоминается всякий раз, когда он появляется в элементе учебной программы общих требований.
Связывание: процесс конкретизации абстракции путем связывания с ней дополнительных свойств. Примеры включают связывание (назначение) процесса с процессором, связывание типа с именем переменной, связывание библиотечной объектной программы с символической ссылкой на подпрограмму, создание экземпляра в логическом программировании, связывание метода с сообщением на объектно-ориентированном языке. , создавая конкретные экземпляры из абстрактных описаний.
Сложность больших задач: эффекты нелинейного увеличения сложности по мере увеличения размера задачи. Это важный фактор при различении и выборе методов, которые масштабируются для различных объемов данных, областей задач и размеров программ. В крупных проектах по программированию это является фактором, определяющим организацию группы реализации.
Концептуальные и формальные модели: различные способы формализации, характеристики, визуализации и осмысления идеи или проблемы. Примеры включают формальные модели в логике, теорию переключения и теорию вычислений, парадигмы языков программирования, основанные на формальных моделях, концептуальные модели, такие как абстрактные типы данных и семантические модели данных, а также визуальные языки, используемые при спецификации и проектировании систем, таких как поток данных и диаграммы сущность-связь.
Непротиворечивость и полнота: конкретные реализации концепций непротиворечивости и полноты в вычислениях, включая связанные понятия, такие как правильность, устойчивость и надежность. Непротиворечивость включает в себя непротиворечивость набора аксиом, служащих формальной спецификацией, непротиворечивость теории наблюдаемым фактам и внутреннюю непротиворечивость дизайна языка или интерфейса. Корректность можно рассматривать как соответствие поведения компонента или системы заявленным спецификациям. Полнота включает адекватность данного набора аксиом для охвата всех желаемых вариантов поведения, функциональную адекватность программных и аппаратных систем, а также способность системы вести себя хорошо в условиях ошибок и непредвиденных ситуациях.
Эффективность: мера затрат по отношению к таким ресурсам, как пространство, время, деньги и люди. Примеры включают теоретическую оценку пространственной и временной сложности алгоритма, осуществимости, эффективности, с которой может быть достигнут определенный желаемый результат (например, завершение проекта или изготовление компонента), и эффективность данного реализация по сравнению с альтернативными реализациями.
Эволюция: факт изменения и его последствия. Влияние изменений на всех уровнях, а также устойчивость и адекватность абстракций, методов и систем перед лицом изменений. Примеры включают способность формальных моделей представлять аспекты систем, которые изменяются со временем, и способность конструкции выдерживать изменяющиеся требования окружающей среды и меняющиеся требования, инструменты и средства для управления конфигурацией.
Уровни абстракции: природа и использование абстракции в вычислениях; использование абстракции в управлении сложностью, структурировании систем, сокрытии деталей и фиксации повторяющихся паттернов; способность представлять объект или систему абстракциями, имеющими различные уровни детализации и специфичности. Примеры включают уровни описания оборудования, уровни специфичности в иерархии объектов, понятие универсальных шаблонов в языках программирования и уровни детализации, предоставляемые в решении проблемы из спецификаций через код.
Порядок в пространстве: понятия локальности и близости в вычислительной дисциплине. В дополнение к физическому расположению, как в сетях или памяти, это включает организационное расположение (например, процессоров, процессов, определений типов и связанных операций) и концептуальное расположение (например, область действия программного обеспечения, связь и связность).
Упорядочивание во времени: концепция времени в упорядочении событий. Сюда входит время как параметр формальных моделей (например, темпоральной логики), время как средство синхронизации процессов, разбросанных по пространству, время как важный элемент выполнения алгоритмов.
Повторное использование: способность определенного метода, концепции или системы адекватно реагировать на повторное использование в новом контексте или ситуации. Примеры включают вероятность, повторное использование программных библиотек и аппаратных компонентов, технологии, способствующие повторному использованию программных компонентов, и языковые абстракции, способствующие разработке повторно используемых программных модулей.
Безопасность: способность программных и аппаратных систем надлежащим образом реагировать на неуместные и непредвиденные запросы и защищаться от них; способность компьютерной установки противостоять катастрофическим событиям (например, стихийным бедствиям и попыткам саботажа). Примеры включают проверку типов и другие концепции языков программирования, которые обеспечивают защиту от неправильного использования объектов данных и функций, шифрование данных, предоставление и отзыв привилегий системой управления базами данных, функции пользовательских интерфейсов, которые минимизируют ошибки пользователя, меры физической безопасности на компьютере. средства и механизмы безопасности на различных уровнях системы.
Компромиссы и последствия: феномен компромиссов в вычислительной технике и последствия таких компромиссов. Технические, экономические, культурные и другие последствия выбора одного варианта дизайна над другим. Компромиссы являются фундаментальным фактом жизни на всех уровнях и во всех предметных областях. Примеры включают компромиссы между пространством и временем при изучении алгоритмов, компромиссы, присущие конфликтующим целям проектирования (например, простота использования и полнота, гибкость и простота, низкая стоимость и высокая надежность и т. д.), компромиссы при проектировании в аппаратное обеспечение и компромиссы, связанные с попытками оптимизировать вычислительную мощность перед лицом различных ограничений.
При составлении учебных программ на основе общих спецификаций Целевой группы разработчики учебных программ должны осознавать фундаментальную роль повторяющихся концепций. То есть повторяющаяся концепция (или набор повторяющихся концепций) может помочь унифицировать структуру курса, лекции или лабораторного занятия. С точки зрения преподавателя (а также с точки зрения студентов) курс редко бывает удовлетворительным, если нет какой-то «большой идеи», которая, кажется, объединяет разрозненные элементы. Мы рассматриваем использование повторяющихся понятий как один из способов унификации материала в курсе.
На уровне всей учебной программы повторяющиеся понятия также играют объединяющую роль. Их можно использовать как нити, которые связывают и связывают разные курсы воедино. Например, вводя понятие согласованность применительно к языковому дизайну в курсе языков программирования, преподаватель может попросить студентов рассмотреть другие контексты, в которых согласованность играла важную роль, например, в предыдущем программном обеспечении. курс инженерии или пользовательских интерфейсов.Указывая на повторяющиеся концепции и обсуждая их по мере их возникновения, добросовестный преподаватель может помочь представить вычисления как последовательную дисциплину, а не как набор не связанных между собой тем.
Предварительный просмотр первой страницы статьи в формате PDF
Войти
Личный кабинет
- Получать оповещения по электронной почте
- Сохранить результаты поиска
- Купить контент
- Активировать покупки и пробные версии
Институциональный доступ
Управление корпоративным аккаунтом
Получить помощь с доступом
Институциональный доступ
Доступ к контенту с ограниченным доступом в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь сотрудником учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту следующими способами:
Доступ по IP
Как правило, доступ предоставляется через корпоративную сеть к диапазону IP-адресов. Эта проверка подлинности происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с проверкой подлинности IP.
Войти через свое учреждение
Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения.
Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.
- Нажмите «Войти через свое учреждение».
- Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
- Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
- После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.
Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.
Войти с помощью читательского билета
Введите номер читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти, обратитесь к своему библиотекарю.
Члены сообщества
Многие общества предлагают членам доступ к своим журналам с помощью единого входа между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Из журнала Oxford Academic:
- Нажмите "Войти через сайт сообщества".
- Находясь на сайте общества, используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
- После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.
Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, свяжитесь с вашим обществом.
Некоторые общества используют для своих членов личные аккаунты Oxford Academic.
Личный кабинет
Личный аккаунт можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.
Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.
Институциональная администрация
Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению учетной записью учреждения. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.
Просмотр аккаунтов, в которые вы вошли
Вы можете одновременно войти в свою личную учетную запись и учетную запись своего учреждения. Нажмите на значок учетной записи в левом верхнем углу, чтобы просмотреть учетные записи, в которые вы вошли, и получить доступ к функциям управления учетной записью.
Вы вошли, но не можете получить доступ к содержимому
Оксфордский академический магазин предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.
Купить
Краткосрочный доступ
Чтобы приобрести краткосрочный доступ, войдите в свою учетную запись Oxford Academic выше.
Компьютер – это программируемое электронное устройство, которое может хранить, извлекать и обрабатывать данные. В этой главе представлен обзор того, как работает компьютер, основных аппаратных компонентов компьютерной системы, различий между каждым типом системы и различными типами мониторов. Понимание этих основных тем обеспечит основу для обсуждения в следующих главах архивации и передачи изображений (PAC) и цифровых рентгенографических систем.
Как работает компьютер?
В своей базовой форме компьютер состоит из устройств ввода, вывода и обработки (рис. 7-1). Устройствами ввода являются клавиатуры, мыши, микрофоны, считыватели штрих-кодов, сенсорные экраны и сканеры изображений, и любое из них можно найти в современном рентгенологическом отделении. Обычными устройствами вывода являются мониторы, принтеры и динамики. Компьютер также имеет различные коммуникационные устройства, которые он использует для обмена информацией. Обработка информации осуществляется в центральном процессоре, который будет подробно описан далее в этой главе.
РИСУНОК 7-1. Базовый персональный компьютер, состоящий из процессора, клавиатуры, мыши и ЖК-монитора.
Компьютер получает данные от пользователя и обрабатывает их, используя машинный язык единиц и нулей, известный как двоичный код. Компьютерная обработка выполняется рядом транзисторов, которые представляют собой переключатели, которые либо включены, либо выключены (рис. 7-2). Если цепь транзистора закрыта и через нее проходит ток, ему присваивается значение 1. Если ток не проходит, потому что цепь разомкнута, ему присваивается значение 0. Транзисторы компьютера могут включаться и выключаться миллионы раз за Второй. Каждая 1 и каждый 0 представляют бит. Бит — это единица данных. Байт состоит из восьми битов и представляет собой объем памяти, необходимый для хранения одного буквенно-цифрового символа (рис. 7-3). Поскольку один символ занимает байт памяти, память обычно измеряется в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах и даже терабайтах.
РИСУНОК 7-2 Двоичный код состоит из 1 и 0.
РИСУНОК 7-3. Двоичное представление алфавита.
Компоненты оборудования
Дело
Корпус компьютера изготовлен из тяжелого металла и выполняет две основные функции:
Корпус поставляется в двух основных конфигурациях: настольная модель и башня (рис. 7-4). Настольная модель обычно размещается в горизонтальном корпусе, тогда как модель башни — в вертикальном корпусе. Как следует из названия, большинство настольных моделей размещаются на столе под монитором. Башенная модель обычно размещается под столом в пределах досягаемости руки оператора. Самыми большими недостатками настольной модели являются (1) место, которое она занимает на столе, и (2) меньше места для расширения и обновлений из-за меньшего размера корпуса. Башенная модель всегда обеспечивает достаточно места для расширения компонентов, и ее легко убрать с рабочей поверхности.
РИСУНОК 7-4 Настольная модель изображена слева, а башня — справа.
Материнская плата
Материнская плата (рис. 7-5) — это самая большая плата внутри компьютера, содержащая множество важных мелких компонентов, обеспечивающих правильную работу компьютера. В этой главе подробно рассматриваются лишь некоторые компоненты материнской платы: ЦП, базовая система ввода-вывода (BIOS), шина, память, порты и комплементарный металлооксид-полупроводник (CMOS).
РИСУНОК 7-5 Материнская плата.
ЦП.
Многие люди называют корпус персонального компьютера (ПК) процессором. Это неправильно. Центральный процессор (ЦП) или микропроцессор — это небольшая микросхема на материнской плате (рис. 7-6). Микропроцессор — это мозг компьютера. Он состоит из ряда транзисторов, предназначенных для обработки данных, полученных от программного обеспечения.
РИСУНОК 7-6 Центральный процессор.
Микропроцессоры бывают разных размеров и скоростей и производятся двумя крупными компаниями, Intel и Advanced Micro Devices (AMD). Основными задачами ЦП являются чтение данных из хранилища, обработка данных, а затем перемещение данных обратно в хранилище или отправка их на внешние устройства, такие как мониторы или принтеры.
Микропроцессор назван в честь производителя и скорости, с которой он обрабатывает данные. Первый микропроцессор для компьютера был изготовлен в 1979 году компанией Intel и назывался 8088.
У него была тактовая частота всего 4,77 МГц. Более современный микропроцессор Pentium 4 имеет частоту от 3,2 до 3,8 ГГц. Чтобы представить эти скорости в перспективе, процессору 8088 требовалось около 12 тактов для выполнения одной базовой инструкции, а современный процессор Pentium может выполнять одну инструкцию за такт.
БИОС.
Базовая система ввода/вывода (BIOS) содержит простой набор инструкций для компьютера. Микропроцессор использует BIOS в процессе загрузки компьютера, чтобы оживить компьютер. BIOS также запускает диагностику системы при запуске, чтобы убедиться, что все периферийные устройства работают правильно.После загрузки компьютера BIOS наблюдает за основными функциями приема и интерпретации сигналов с клавиатуры и обмена информацией с различными портами. BIOS является посредником между операционной системой и оборудованием.
Автобус.
Шина – это набор соединений, контроллеров и микросхем, образующих информационную магистраль компьютера. В компьютере есть несколько шин, которые соединяют микропроцессор, системную память и различные периферийные устройства. Большинство современных ПК имеют так называемую шину межсоединения периферийных компонентов (PCI) на материнской плате, которая служит для передачи информации различным адаптерам. Другие шины, находящиеся внутри компьютера, предназначены для соединений интерфейса малых компьютерных систем (SCSI), ускоренного графического порта (AGP) для видеоадаптеров и универсальной последовательной шины (USB) для различных устройств. Проще говоря, шина обеспечивает соединения для передачи информации внутри компьютера.
Память.
Память компьютера используется для хранения информации, которая в данный момент обрабатывается центральным процессором (рис. 7-7). Эта память также известна как оперативная память (ОЗУ). Оперативная память — это краткосрочное хранилище для открытых программ. Микропроцессор имеет небольшой объем памяти внутри себя, но его недостаточно для обработки больших объемов данных, генерируемых высокоуровневыми программами. Оперативная память будет получать данные от ЦП, чтобы ЦП мог обрабатывать потребности в обработке запущенных программ. Оперативная память является временной; после выключения компьютера оперативная память очищается. С современными сложными программами и графикой компьютерам требуется больше памяти для работы на приемлемом уровне. Доступно много различных типов оперативной памяти: DRAM, EDO RAM, VRAM, SRAM, SDRAM, SIMM, DIMM и ECO. Большинство современных ПК имеют SDRAM-DDR, в частности DDR3 SDRAM (удвоенная скорость передачи данных, тип трех синхронной динамической памяти с произвольным доступом). Память измеряется в байтах и может быть найдена в таких конфигурациях, как 4 гигабайта (ГБ), 8 ГБ, 12 ГБ и так далее. В 1975 году Altair 8800 поставлялся с 0,25 килобайта (КБ) памяти по цене 103 доллара; по этой цене 1 гигабайт будет стоить примерно 432 миллиона долларов. При более современных ценах можно приобрести 4 ГБ памяти DDR3 примерно за 25 долларов, что соответствует 6,25 доллара за гигабайт. Эти цифры даны для перспективных целей и быстро устаревают, поэтому, пожалуйста, изучите текущие объемы памяти и цены, чтобы получить актуальную информацию.
РИСУНОК 7-7 Микросхема памяти. (Предоставлено корпорацией Sun.)
Порты.
Порты компьютера представляют собой набор разъемов, торчащих из задней части ПК и соединяющих карты адаптеров, дисководы, принтеры, сканеры, клавиатуры, мыши и другие периферийные устройства, которые могут использоваться. Существует множество различных типов портов, таких как параллельный, последовательный, USB, встроенный электронный привод (IDE) и интерфейс малой компьютерной системы (SCSI). Мы обсудим каждый из этих типов и то, как их можно использовать в системе.
Параллельный порт — это 25-контактный разъем (Рис. 7-8). Параллельный порт был синонимом порта принтера, потому что он чаще всего использовался для этой цели до широкого использования соединения USB. Параллельный порт может отправлять 8 бит данных через соединение, тогда как последовательный порт может отправлять только 1 бит данных по одному проводу. Последовательный порт можно универсально использовать для многих компонентов, подключенных к компьютеру, таких как мышь, для которой не требуется скорость параллельного порта. Большинство последовательных портов имеют 9 контактов, но некоторые могут иметь до 25 контактов.
Соединение USB — наиболее распространенное проводное соединение, используемое сегодня между устройствами (Рис. 7-9
).
Задумывались ли вы когда-нибудь:
Как работают компьютеры?
Что делают компьютеры?
Из чего сделаны компьютеры?
Что такое компьютер?
Что внутри компьютеров?
Могут ли компьютеры думать?
Как компьютеры могут делать то, что они делают?
Книга доступна в печатном виде, в виде электронной книги и на Kindle во многих странах мира. Проверьте страницу покупки для всех деталей.
Полностью и точно объясняет:
Что такое бит?
Что такое байт?
Что такое ОЗУ?
Что такое ЦП?
Что такое часы?
Что такое компьютер?
Что такое программа?
Как взаимодействуют части?
И многое другое.
- Г-н. Книга Скотта должна стать стандартным первым учебником по компьютерам для всех отныне. - Архитектор программного обеспечения
- В этих компьютерах действительно не так много всего. - Мюриэль, 85 лет
- Я настоятельно рекомендую эту книгу. Подход Скотта идеален для всех. — Гленн, доктор философии из Массачусетского технологического института
- Я никогда не буду смотреть на компьютер так, как раньше, они такие простые! - Энди, 18 лет
- Теперь я хорошо разбираюсь в компьютерах. - Марк, музыкант
- Мне кажется, я мог бы построить компьютер r. - Джон, компьютерный энтузиаст
На YouTube появилось новое фантастическое видео под названием "Как работает процессор", созданное талантливыми ребятами с канала "In One Lesson"
. Он иллюстрирует многие идеи, которые можно найти на страницах этой книги. Это очень приятная 20-минутная экскурсия по
таинственным внутренностям компьютера. "Я очень рекомендую это." - Джей Кларк Скотт
Но как это узнать? — это книга, которую вы искали, если хотите узнать, как работают компьютеры.
Вы можете просматривать веб-страницы и находить десятки книг и веб-сайтов, которые укажут на основные части компьютера и расскажут, как они называются. Но
ни в одном из них не объясняется, что на самом деле делают части или как и почему они это делают.
С другой стороны, вы можете найти полную учебную программу Массачусетского технологического института по компьютерным наукам в Интернете. Но даже вводный курс предполагает, что вы уже
имеете инженерное образование.
Но как это узнать? – это революционная книга, в которой информатика сводится к простым базовым принципам, общим для всех компьютеров,
и в которой шаг за шагом представлена общая картина. простым английским языком, чтобы каждый мог понять это гениальное, но в целом простое изобретение под названием
компьютер.
Вы можете прочитать первые три главы на странице предварительного просмотра. Вы можете увидеть больше контента на Amazon и Google Play. Мы приветствуем сравнения
с другими вариантами, что мы и сделали, и именно поэтому эта книга была написана и опубликована. Просто нет ничего похожего на:
Но как это узнать? – Основные принципы использования компьютеров для всех .
Ознакомьтесь с многочисленными блестящими отзывами на Amazon
Наш друг Патрик ЛеБутилье (см. благодарность на странице «Видео о сборке процессора») создал еще одну замечательную серию видео!
Это видео называется «Дополнительная серия видео к «Но как это узнать?» и имеет 32 видео. Это еще одна законченная сборка ЦП, на этот раз с использованием макетных плат,
проводов, светодиодов и множества отдельных компонентов, описанных в книге. Если вы будете смотреть его одновременно с чтением книги, представленные принципы
будут еще легче понять. И это очень поучительно само по себе.
(Все 32 видео будут воспроизводиться в этом окне. На видео есть элементы управления для выбора любого из 32 и еще одно, чтобы открыть его в новом окне YouTube)
Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.
Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.
цифровой компьютер, любое из класса устройств, способных решать задачи путем обработки информации в дискретной форме. Он работает с данными, включая величины, буквы и символы, которые выражены в двоичном коде, т. е. с использованием только двух цифр 0 и 1. Считая, сравнивая и манипулируя этими цифрами или их комбинациями в соответствии с набором инструкций, хранимых в своей памяти цифровая вычислительная машина может выполнять такие задачи, как управление производственными процессами и регулирование работы машин; анализировать и систематизировать огромные объемы бизнес-данных; и моделировать поведение динамических систем (например, глобальные погодные условия и химические реакции) в научных исследованиях.
Далее следует краткое описание цифровых компьютеров. Полное описание см. в см. информатике: основные компьютерные компоненты.
Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.
Функциональные элементы
Типичная цифровая компьютерная система имеет четыре основных функциональных элемента: (1) оборудование ввода-вывода, (2) основную память, (3) блок управления и (4) арифметико-логическое устройство. Любое из ряда устройств используется для ввода данных и программных инструкций в компьютер и для получения доступа к результатам операции обработки. Общие устройства ввода включают клавиатуры и оптические сканеры; устройства вывода включают принтеры и мониторы. Информация, полученная компьютером от своего блока ввода, сохраняется в основной памяти или, если не для непосредственного использования, во вспомогательном запоминающем устройстве. Блок управления выбирает и вызывает инструкции из памяти в соответствующей последовательности и передает соответствующие команды соответствующему блоку. Он также синхронизирует различные рабочие скорости устройств ввода и вывода со скоростью арифметико-логического устройства (ALU), чтобы обеспечить правильное перемещение данных по всей компьютерной системе. АЛУ выполняет арифметические и логические алгоритмы, выбранные для обработки входящих данных, с чрезвычайно высокой скоростью — во многих случаях за наносекунды (миллиардные доли секунды). Основная память, блок управления и АЛУ вместе составляют центральный процессор (ЦП) большинства цифровых компьютерных систем, а устройства ввода-вывода и вспомогательные запоминающие устройства составляют периферийное оборудование.
Разработка цифрового компьютера
Блез Паскаль из Франции и Готфрид Вильгельм Лейбниц из Германии изобрели механические цифровые вычислительные машины в 17 веке. Однако обычно считается, что английский изобретатель Чарльз Бэббидж создал первый автоматический цифровой компьютер. В 1830-х годах Бэббидж разработал свою так называемую аналитическую машину, механическое устройство, предназначенное для объединения основных арифметических операций с решениями, основанными на собственных вычислениях. Планы Бэббиджа воплотили в себе большинство фундаментальных элементов современного цифрового компьютера. Например, они призывали к последовательному управлению, т. е. программному управлению, которое включало ветвление, циклирование, а также арифметические и запоминающие устройства с автоматической распечаткой. Однако устройство Бэббиджа так и не было завершено и было забыто до тех пор, пока его труды не были заново открыты более века спустя.
Огромное значение в эволюции цифрового компьютера имели работы английского математика и логика Джорджа Буля. В различных эссе, написанных в середине 1800-х годов, Буль обсуждал аналогию между символами алгебры и символами логики, используемыми для представления логических форм и силлогизмов. Его формализм, работающий только с 0 и 1, стал основой того, что сейчас называется булевой алгеброй, на которой основаны теория и процедуры компьютерного переключения.
Джону В. Атанасову, американскому математику и физику, приписывают создание первого электронного цифрового компьютера, который он построил с 1939 по 1942 год с помощью своего аспиранта Клиффорда Э. Берри. Конрад Цузе, немецкий инженер, фактически изолированный от других разработок, в 1941 году завершил строительство первой действующей вычислительной машины с программным управлением (Z3). В 1944 году Ховард Эйкен и группа инженеров корпорации International Business Machines (IBM) завершили работу над Harvard Mark I – машиной, операции обработки данных которой контролировались главным образом электрическими реле (коммутационными устройствами).
Клиффорд Э. Берри и компьютер Атанасова-Берри, или ABC, c. 1942 г. ABC, возможно, был первым электронным цифровым компьютером.
С момента разработки Harvard Mark I цифровой компьютер развивался быстрыми темпами. Последовательность достижений в компьютерном оборудовании, главным образом в области логических схем, часто делится на поколения, при этом каждое поколение включает группу машин, использующих общую технологию.
В 1946 году Дж. Преспер Эккерт и Джон У. Мочли из Пенсильванского университета сконструировали ENIAC (аббревиатура от eэлектронный nмерический i). интегратор ии cкомпьютер), цифровая машина и первый электронный компьютер общего назначения. Его вычислительные возможности были заимствованы у машины Атанасова; оба компьютера включали электронные лампы вместо реле в качестве активных логических элементов, что привело к значительному увеличению скорости работы. Концепция компьютера с хранимой программой была представлена в середине 1940-х годов, а идея хранения кодов инструкций, а также данных в электрически изменяемой памяти была реализована в EDVAC (electronic, d создать vпеременный аавтоматический cкомпьютер).
Второе поколение компьютеров появилось в конце 1950-х годов, когда в продажу поступили цифровые машины, использующие транзисторы. Хотя этот тип полупроводникового устройства был изобретен в 1948 году, потребовалось более 10 лет опытно-конструкторских работ, чтобы сделать его жизнеспособной альтернативой электронной лампе. Небольшой размер транзистора, его большая надежность и относительно низкое энергопотребление значительно превосходили лампу. Его использование в компьютерных схемах позволило производить цифровые системы, которые были значительно эффективнее, меньше и быстрее, чем их предки первого поколения.
Транзистор был изобретен в 1947 году в Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли.
В конце 1960-х и 1970-х годах компьютерное оборудование стало еще более значительным. Первым было изготовление интегральной схемы, твердотельного устройства, содержащего сотни транзисторов, диодов и резисторов на крошечном кремниевом чипе. Эта микросхема сделала возможным производство мейнфреймов (крупномасштабных) компьютеров с более высокими рабочими скоростями, мощностью и надежностью при значительно меньших затратах. Другим типом компьютеров третьего поколения, которые были разработаны в результате микроэлектроники, были миникомпьютеры, машина значительно меньшего размера, чем стандартный мэйнфрейм, но достаточно мощная, чтобы управлять приборами целой научной лаборатории.
Развитие крупномасштабной интеграции (БИС) позволило производителям оборудования разместить тысячи транзисторов и других связанных компонентов на одном кремниевом чипе размером с ноготь ребенка. Такая микросхема дала два устройства, которые произвели революцию в компьютерной технике. Первым из них был микропроцессор, представляющий собой интегральную схему, содержащую все арифметические, логические и управляющие схемы центрального процессора. Его производство привело к разработке микрокомпьютеров, систем размером не больше портативных телевизоров, но со значительной вычислительной мощностью. Другим важным устройством, появившимся из схем БИС, была полупроводниковая память. Это компактное запоминающее устройство, состоящее всего из нескольких микросхем, хорошо подходит для использования в миникомпьютерах и микрокомпьютерах. Кроме того, он находит применение во все большем количестве мейнфреймов, особенно в тех, которые предназначены для высокоскоростных приложений, из-за его высокой скорости доступа и большой емкости памяти. Такая компактная электроника привела в конце 1970-х годов к разработке персонального компьютера, цифрового компьютера, достаточно небольшого и недорогого, чтобы его могли использовать обычные потребители.
К началу 1980-х интегральные схемы продвинулись до очень крупномасштабной интеграции (СБИС). Этот дизайн и технология производства значительно увеличили плотность схем микропроцессора, памяти и вспомогательных микросхем, т. Е. Те, которые служат для сопряжения микропроцессоров с устройствами ввода-вывода. К 1990-м годам некоторые схемы СБИС содержали более 3 миллионов транзисторов на кремниевой микросхеме площадью менее 0,3 квадратных дюйма (2 квадратных см).
Цифровые компьютеры 1980-х и 90-х годов, использующие технологии БИС и СБИС, часто называют системами четвертого поколения. Многие микрокомпьютеры, произведенные в 1980-х годах, были оснащены одним чипом, на котором были интегрированы схемы процессора, памяти и функций интерфейса. (См. также суперкомпьютер.)
Использование персональных компьютеров выросло в 1980-х и 90-х годах. Распространение Всемирной паутины в 1990-х годах привело миллионы пользователей к Интернету, всемирной компьютерной сети, и к 2019 году около 4,5 миллиардов человек, более половины населения мира, имели доступ к Интернету. Компьютеры становились меньше и быстрее, и в начале 21 века они были широко распространены в смартфонах, а затем и в планшетных компьютерах.
Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена Эриком Грегерсеном.
Читайте также: