Computer - Computer


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Počítač
Acer Aspire 8920 Gemstone.jpg Columbia Superpočítač - NASA Advanced Supercomputing Facility.jpg Intertec Superbrain.jpg
2010-01-26-technikkrempel-by-RalfR-05.jpg Myšlení stroje Connection Machine CM-5 Frostburg 2.jpg G5 dodává Wikipedii přes Gigabit na Lange Nacht der Wissenschaften 2006 Dresden.JPG
DM IBM S360.jpg Acorn BBC mistr Series Microcomputer.jpg Dell PowerEdge Servers.jpg
Počítače a výpočetní zařízení z různých období

Počítač je zařízení, které může být poučeni, aby provádět sekvencí aritmetických nebo logických operací automaticky pomocí počítačového programování . Moderní počítače mají schopnost sledovat zobecněné sadu operací, které se nazývají programy . Tyto programy umožňují počítačům provádět mimořádně širokou škálu úkolů.

Počítače se používají jako řídicí systémy pro širokou škálu průmyslových a spotřebních zařízení . To zahrnuje jednoduché jednoúčelové zařízení, jako jsou mikrovlnné trouby a dálkových ovladačů , výrobních zařízení, jako jsou průmyslové roboty a Computer-Aided Design a také víceúčelových zařízení, jako jsou osobní počítače a mobilní zařízení , jako jsou chytré telefony .

Časné počítače byly jen koncipovány jako výpočet zařízení. Od dávných dob, jednoduché ruční zařízení, jako je počítadlo pomáhal lidem v tom výpočty. Brzy v průmyslové revoluce , některá mechanická zařízení byla postavena tak, aby automatizovat dlouhé nudné úkoly, jako například vedení vzory pro stavy . Sofistikovanější elektrické stroje se specializuje analogové výpočty na počátku 20. století. První digitální elektronické počítací stroje byly vyvinuty v průběhu druhé světové války . Rychlost, síla a univerzálnost počítače byly od té doby dramaticky zvyšuje vůbec.

Konvenčně, moderní počítač se skládá z alespoň jedné procesní prvek , obvykle centrální procesorové jednotky (CPU), a nějakou formu paměti . Zpracování prvek provádí aritmetické a logické operace, a sekvencování a řídicí jednotka může měnit pořadí operací v závislosti na uložených informací . Periferní zařízení patří vstupní zařízení (klávesnice, myši, joysticku a podobně), výstupní zařízení (obrazovky monitoru, tiskárny a podobně), a vstupní / výstupní zařízení, které plní obě funkce (např 2000s-era touchscreen ). Periferní zařízení umožňují, aby byly informace získány z externího zdroje a umožňují výsledkem operací, které mají být uloženy a vyvolány.

Etymologie

Samice počítač s mikroskopem a kalkulačka, 1952

Podle Oxford anglického slovníku , první známá použití slova „počítač“ byl v roce 1613 v knize s názvem The Yong Mans gleanings anglické autorky Richard Braithwaita: „I Haue [sic] číst nejvěrnější počítač z časů, a nejlepší počtářem tom věky [sic] dýchala a on reduceth tvé Dayes do krátkého čísla.“ Toto použití termínu se odkazoval na lidský počítač , osoba, která provádí výpočty nebo výpočty. Slovo pokračovala ve stejném významu až do poloviny 20. století. Původně byly ženy často najímáni jako „lidská počítače“, protože by mohly být placeny méně než jejich mužské protějšky. Do roku 1943, většina lidských počítačů byly ženy. Od konce 19. století se slovo začali brát na jeho známější smyslu, stroj, který provádí výpočty.

Online slovník etymologie dává první ověřené použití „počítače“ v „1640s, [což znamená]‚ten, kdo počítá,‘, což je“ ... Agent podstatné jméno z výpočetně (v.)“The. Online slovník etymologie stavy že použití termínu znamenat „výpočtu stroj“ (jakéhokoliv typu) je od roku 1897.“ Online slovník etymologie znamená, že „moderní použití“ termínu, mínit „programovatelné digitální elektronický počítač“ se datuje od „... 1945 pod tímto jménem, [v] [teoretické smyslu] z roku 1937, jako Turingův stroj “.

Dějiny

Pre-20th century

Přístroje byly použity na podporu výpočtu po tisíce let, většinou s použitím one-to-one korespondence s prsty . Nejdříve počítací zařízení bylo pravděpodobně forma shodují holí . Pozdější vedení záznamů pomůcky celém úrodného půlměsíce zahrnuty kalkuly (hliněné kuličky, šišky, atd), které představovaly počty kusů, pravděpodobně dobytek nebo obilí, uzavřených v dutých Nepečený hliněných nádobách. Použití počítání tyčí je jedním z příkladů.

Čínský suanpan (算盘) (počet zastoupení v tomto počítadle je 6302715408)

Počítadlo byl původně použit pro aritmetické úlohy. Roman počítadlo byla vyvinuta ze zařízení používaných v Babylonia jak brzy jak 2400 před naším letopočtem. Od té doby bylo vynalezeno mnoho jiných forem zúčtování desky nebo tabulek. Ve středověké evropské počítání domu , je kostkovaný ubrus by být umístěna na stole, a markery pohyboval na ní podle určitých pravidel, jako pomůcka pro výpočet sumy peněz.

Starověké řecké -designed Antikythera mechanismus , datovat mezi 150 a 100 před naším letopočtem, je nejstarší analogový počítač na světě.

Antikythera mechanismus je považován za nejstarší mechanické analog „počítač“, podle Derek J. de Solla Price . To byl navržen tak, aby výpočet astronomické pozice. To bylo objeveno v roce 1901 v Antikythera vrak off řeckého ostrova Antikythera mezi Kythera a Krétě , a byl datován na cca.  100 BC . Zařízení hladiny složitosti srovnatelné k tomu mechanismu Antikythera se neobjeví, dokud tisíc let později.

Mnoho mechanické pomůcky na výpočet a měření byly konstruovány pro astronomické a navigační použití. Planisphere byl hvězdné oblohy vynalezl Abu Rayhān Aliboron na počátku 11. století. Astroláb byl vynalezen v Hellenistic světě, buď v 1. nebo 2. století před naším letopočtem a je často přičítán Hipparchus . Kombinace planisphere a DIOPTRA , astrolabe byl účinně analogový počítač schopen pracovat se několik různých druhů problémů v sférické astronomie . Sextantu s mechanickým kalendáře počítač a převodových -wheels byl vynalezen Abi Bakr z Isfahánu , Persii v 1235. Abu Rayhān Aliboron vynalezl první mechanickou převodovkou lunisolar kalendáře astroláb, časný s pevným připojením na zpracování znalostí stroj s ozubeným soukolím a ozubená kola, c.  1000 nl .

Sektor , je výpočet nástrojem pro řešení problémů v poměru, trigonometrie, násobení a dělení, a pro různé funkce, jako jsou čtverce a kostky kořeny, byl vyvinut na konci 16. století, a našla uplatnění v dělostřelby, zaměřování a navigace.

Planimetr byl ruční nástroj pro výpočet plochy uzavřeného postavy trasováním přes něj s mechanickou vazbou.

Pravidlo slide

Logaritmické pravítko bylo vynalezeno asi 1620-1630, krátce po zveřejnění konceptu logaritmu . Jedná se o ruční analogový počítač pro to násobení a dělení. Jako vývoj pravítko postupoval, přidá váhy poskytovaných reciprocals, čtverce a odmocniny, kostky a třetí odmocniny, jakož i transcendentní funkce , jako jsou logaritmy a exponenciály, kruhové a hyperbolické trigonometrie a další funkce . Posuvná pravidla se speciálními měřítek jsou stále používány pro rychlé plnění běžných výpočtů, například E6B kruhové logaritmické pravítko používané pro daný čas a vzdálenost výpočty na lehká letadla.

V roce 1770, Pierre Jaquet-Droz , švýcarský hodinář , postavený mechanickou loutku ( automat ), který by mohl psát drží brk. Přepnutím počet a pořadí svých vnitřních kol různých písmen, a tudíž různých zpráv, mohl být produkován. Ve skutečnosti by to mohlo být mechanicky „naprogramován“ přečíst pokyny. Spolu s dalšími dvěma složitých strojů, panenka je v Musée d'Art et d'Histoire z Neuchâtel , Švýcarsko , a stále funguje.

Stroj tide-předpovídání vynalezl Sir William Thomson v roce 1872 bylo velmi prospěšné pro plavbu v mělkých vodách. Je použit systém kladek a drátů, aby automaticky vypočítat předpokládané úrovně přílivu po určitou dobu na určitém místě.

Diferenciální analyzátor , mechanický analogový počítač určený pro řešení diferenciálních rovnic pomocí integrace , který se používá mechanismy kol a disků provést integraci. V roce 1876, lord Kelvin již diskutovali možnou výstavbu těchto kalkulaček, ale on byl stymied omezené výstupní točivý moment ball-and-Disk integrátorů . V diferenciálním analyzátoru, výstup z jedné integrátor řídil vstup dalšího integrátor, nebo výstup grafů. Momentu zesilovač byl záloha, která umožnila tyto stroje pracovat. Spouštění v roce 1920, Vannevar Bush a jiní vyvinuli mechanického diferenciálu analyzátorů.

První výpočetní zařízení

Charles Babbage , anglický strojní inženýr a polymath , vznikl koncept programovatelného počítače. Považován za „ otce počítače “, že definování a vynalezl první mechanický počítač, na počátku 19. století. Poté, co pracoval na jeho revoluční rozdílu motoru , který je určen k pomoci v navigačních výpočtů vzrostl v roce 1833 zjistil, že mnohem obecnější design, Analytical Engine , bylo možné. Vstupní programů a dat by měla být poskytnuta ke stroji pomocí děrných štítků , metoda se používá v době, kdy se na přímé mechanické tkalcovské stavy , jako je například žakárovém stavu . Pro výstup, přístroj bude mít tiskárnu, zakřivení plotr a zvonek. Stroj by také mohl punč čísla na kartách třeba číst později. Motor zabudovala aritmetickou logickou jednotku , řídící tok ve formě podmíněného větvení a smyček a integrovanou paměť , dělat to první design pro obecné použití počítače, které by mohly být popsané v moderních termínech jako Turing-kompletní .

Stroj byl asi napřed století své doby. Všechny díly na své stroje musely být vyráběny ručně - to byl hlavní problém pro zařízení s tisíci částmi. Nakonec byl projekt rozpustil s rozhodnutím britské vlády , aby přestaly financování. Selhání Babbage dokončit analytický motor lze hlavně přičítat potížím nejen politiky a financování, ale také k jeho touze vyvinout zvýšeně důmyslný počítač a svobodně se pohybovat dopředu rychleji, než kdokoli jiný mohl následovat. Nicméně, jeho syn, Henry Babbage, dokončil zjednodušenou verzi analytického motoru výpočetní jednotkou (dále jen mlýn ) v roce 1888. Dal úspěšnou demonstraci jejího použití v počítačových tabulek v roce 1906.

analogové počítače

Sir William Thomson ‚s třetí příliv-předpovídání konstrukce stroje, 1879-1881

Během první poloviny 20. století, mnoho vědeckých výpočetních potřeby byly splněny stále sofistikovanějších analogových počítačů , které používají přímé mechanické nebo elektrické model problému jako základ pro výpočet . Ty však nebyly programovatelné a obecně postrádal všestrannost a přesnost moderních digitálních počítačů. První moderní analogový počítač byl stroj přílivu-předpovídají , vynalezl Sir William Thomson v roce 1872. diferenciální analyzátor , mechanický analogový počítač určený pro řešení diferenciálních rovnic integrací pomocí mechanismů kol a disků, byl conceptualized v roce 1876 James Thomson , bratr slavnějšího lorda Kelvina.

Umění mechanické analogové computingu dosáhl svého zenitu s diferenciálním analyzátoru , postavený HL Hazen a Vannevar Bush na MIT od roku 1927. Tato postavena na mechanických integrátorů Jamese Thomsona a točivého momentu zesilovačů vynalezený HW Niemana. Tucet těchto zařízení byly postaveny před jejich zastaralost začalo být zřejmé. Od roku 1950, úspěch digitálních elektronických počítačů už znamenalo konec pro většinu analogových počítací stroje, ale analogové počítače zůstaly v provozu v průběhu roku 1950 v některých specializovaných aplikacích, jako je vzdělávání ( řídicích systémů ) a letadel ( logaritmickém pravítku ).

digitální počítače

elektromechanická

By 1938, námořnictvo Spojených států byl vyvinut elektromechanický analogový počítač dostatečně malý, aby použití na palubě ponorky . To byl Torpedo dat s počítačem , který používá trigonometrie řešit problém odpálení torpéda na pohyblivý cíl. Během druhé světové války byla podobná zařízení vyvinuté v jiných zemích stejně.

Replika Zuse ‚s Z3 , první plně automatické, digitální (elektromechanické) počítače.

Časné digitální počítače byly elektromechanický; elektrické spínače řídil mechanické relé provést výpočet. Tato zařízení měla nízkou provozní rychlost a byl nakonec nahrazen mnohem rychlejší all-elektrické počítačů, původně pomocí vakuových trubic . Z2 , kterou vytvořil německý inženýr Konrad Zuse v roce 1939, byl jedním z prvních příkladů elektromechanického relé počítače.

V roce 1941 Zuse následoval jeho dřívější stroj krok s Z3 , svět je první pracovní elektromechanickým programovatelný , plně automatické digitální počítač. Z3 byl vybudován s 2000 relé , implementaci 22  bitového délku slova , která pracuje při taktovací frekvenci okolo 5-10  Hz . Programový kód byl dodáván na děrné filmu , zatímco data mohou být uložena v 64 slov paměti nebo dodávané z klávesnice. Bylo to docela podobný moderních strojů v některých ohledech průkopnické řadu vylepšení, jako jsou čísla s plovoucí desetinnou čárkou . Spíše než těžší-k-implementovat desítkové soustavě (používanou v Charles Babbage ‚s dřívější konstrukce), pomocí binární systém znamenal, že Zuse stroje byly snadnější se budovat a potenciálně mnohem spolehlivější vzhledem k tomu, že dostupné technologie v té době. Z3 byl Turing kompletní .

Elektronky a digitálních elektronických obvodů

Čistě elektronický obvod prvky brzy nahradil jejich mechanické a elektromechanické ekvivalenty, ve stejnou dobu, že digitální výpočet nahradil analogový. Inženýr Tommy Flowers , kteří pracují ve Post Office Research Station v Londýně v roce 1930, začal zkoumat možnosti využití elektroniky pro telefonní ústředny . Experimentální zařízení, které postavil v roce 1934 přešel do provozu pět let později, přestavovat část výměnného telefonní sítě do elektronického systému pro zpracování dat, s použitím tisíce elektronek . Ve Spojených státech, John Vincent Atanasoff a Clifford E. Berry z Iowa State University vyvinuli a otestovali Atanasoff-Berry počítač (ABC) v roce 1942, první "automatickou elektronický digitální počítač". Tento návrh byl také všechny elektronické a používá asi 300 elektronky, s kondenzátory pevnými v mechanicky rotačním bubnu pro paměť.

Kolos , první elektronický digitální programovatelné výpočetní zařízení, byla použita prolomit německé šifry během druhé světové války.

Během druhé světové války, Britové u Bletchley Parku dosáhla řady úspěchů při prolomení šifrované německé vojenské komunikace. Německý šifrovací stroj Enigma , byl nejprve napaden pomocí elektromechanického bombes , které byly často provozovaných ženami. Crack sofistikovanější německý Lorenz SZ 40/42 stroj, který se používá na vysoké úrovni komunikace armády, Max Newman a jeho kolegové pověřen květiny stavět na Colossus . Strávil jedenáct měsíců od začátku února 1943 navrhování a budování první Colossus. Po funkční zkoušce v prosinci 1943, Kolos byl přepraven do Bletchley Parku, kde byl vydán dne 18. ledna 1944 a napadl svou první zprávu dne 5. února.

Kolos byl první světový elektronický digitální programovatelný počítač. Je použit velký počet ventilů (elektronky). To mělo vstup papírové pásky a byl schopen být nakonfigurován tak, aby provádět celou řadu booleovských logických operací na svých dat, ale to nebylo Turing-kompletní . Devět Mk II kolosy byly stavěny (Mk I se převede na Mk II výrobu deset strojů celkem). Kolos Mark I obsahoval 1,500 thermionic ventily (trubky), ale Mark II s 2400 ventily, byla obě 5 krát rychlejší a jednodušší provozovat než Mark I, což výrazně urychluje proces dekódování.

ENIAC byl první elektronický, Turing-kompletní zařízení, a provedeny výpočty balistických trajektorií pro armádu Spojených států .

US-postavený ENIAC (Electronic Numerical Integrator a počítač) byl první elektronický programovatelný počítač postavený ve Spojených státech. Ačkoli ENIAC byl podobný kolos, bylo to mnohem rychlejší, pružnější a bylo to Turing-kompletní . Stejně jako kolos, je „Program“ na ENIAC byl definován stavy jejích propojovacích kabelů a přepínačů, daleko od uložený program elektronických strojů, které přišly později. Poté, co byl program napsaný, to muselo být mechanicky nastavit do přístroje s manuálním vynulování zástrček a přepínače. Programátoři ENIAC bylo šest žen, často označovány jako „ENIAC dívky“.

To v kombinaci s vysokou rychlostí elektroniky se schopností být naprogramován pro mnoho složitých problémů. Mohlo by to přidat nebo ubrat 5000 krát za sekundu, tisíckrát rychleji, než jakýkoli jiný stroj. To také mělo moduly pro násobení, dělení a odmocniny. Paměť vysoká rychlost byla omezena na 20 slov (cca 80 bytů). Postaven pod vedením Johna Mauchly a J. Presper Eckert na University of Pennsylvania, vývoj a konstrukce ENIAC trvala od roku 1943 do plného provozu koncem roku 1945. Stroj byl obrovský, o hmotnosti 30 tun, s použitím 200 kilowattů elektrické energie a obsahoval více než 18.000 elektronky, 1500 relé a stovky tisíc rezistorů, kondenzátorů, a induktory.

moderní počítače

Koncepce moderního počítače

Princip moderního počítače navrhl Alan Turing v jeho klíčovém 1936 papíru Na vypočitatelných číslech . Turing navrhl jednoduché zařízení, které nazval „univerzální výpočetní technik“, a že je nyní známý jako univerzální Turingův stroj . Dokázal, že takový stroj je schopen výpočtu nic, co je vypočitatelný by provádění instrukcí (Program) uložených na pásce, což umožňuje stroj být programovatelné. Základní koncept Turing designu je uložený program , kde jsou všechny pokyny pro práci na počítači uloženy v paměti. Von Neumann uznal, že centrální pojetí moderního počítače byl kvůli tomuto dokumentu. Turing stroje jsou dodnes centrálním objektem studia v teorii počítání . S výjimkou omezení stanovených jejich konečnou pamětí obchodech, moderní počítače se říká, že Turing-kompletní , což znamená, že mají algoritmus schopností provedení odpovídající univerzální Turingův stroj.

uložené programy

Tři vysoké regály, které obsahují elektronické obvody
Úsek Manchesteru dítě , první elektronické skladoval-počítač programu

Časné počítací stroje určila programy. Mění svou funkci vyžadováno opětovné zapojení a re-strukturování stroje. S návrhem na skladoval-počítač programu to změnilo. Skladoval-počítač programu obsahuje podle návrhu má instrukční sadu a lze uložit do paměti sadu instrukcí ( programu ), který podrobně popisuje výpočty . Teoretický základ pro skladoval-počítač programu byl položen Alan Turing v jeho 1936 papíru. V roce 1945, Turing se připojil k National Physical Laboratory , a začal pracovat na vývoji elektronického skladoval-programové digitální počítač. Jeho 1945 report „Navrhované Electronic Calculator“ byla první specifikace pro takové zařízení. John von Neumann na University of Pennsylvania také obíhal svou první návrh zprávy o EDVAC v roce 1945.

Manchester Dítě bylo první na světě skladoval-počítač programu . Byl postaven na Victoria University of Manchester od Frederic C. Williams , Tom Kilburnu a Geoff Tootill a běžel svůj první program dne 21. června 1948. Byl navržen jako testovací platforma pro Williams trubky , první s náhodným přístupem digitální paměťové zařízení , I když je počítač byl považován za „malé a primitivní“ podle standardů své době se jednalo o první pracovní stroj obsahuje všechny prvky nezbytné pro moderní elektronické počítače. Jakmile se dítě prokázala proveditelnost jeho designu, projekt byl zahájen na univerzitě rozvinout do více použitelné počítače, Manchester Mark 1 . Milost Hopper byl prvním člověkem, aby vytvořila překladač pro programovací jazyk.

The Mark 1 zase rychle se stal prototypem pro Ferrantiho Mark 1 , jako první na světě komerčně dostupného pro obecné použití počítače. Postavený Ferranti , to bylo dodáno do univerzitě v Manchesteru v únoru 1951. Nejméně sedm z těchto novějších strojů bylo dodáno mezi lety 1953 a 1957, jeden z nich se Shell laboratoře v Amsterdamu . V říjnu 1947 ředitelé British catering firmy J. Lyons & Company se rozhodla převzít aktivní úlohu při podpoře komerčního vývoje počítačů. LEO I počítač byla uvedena do provozu v dubnu 1951 a běžel jako první na světě běžné rutinní kancelářské výpočetní úlohy .

tranzistory

Bipolární tranzistor byl vynalezen v roce 1947. Od roku 1955 tranzistory nahrazeny elektronky v počítačových vzorů, což vede k „druhé generace“ počítačů. Ve srovnání s elektronkami, tranzistory mají mnoho výhod: jsou menší, a vyžadují méně energie než vakuové trubice, takže vydávají méně tepla. Křemík tranzistory jsou mnohem spolehlivější než elektronek a měl delší, neurčitý, životnost. Tranzistorové počítače může obsahovat několik desítek tisíc binárních logických obvodů v relativně malém prostoru.

Na univerzitě v Manchesteru , tým pod vedením Toma Kilburnu navržený a postavený stroj, pomocí nově vyvinuté tranzistory namísto ventilů. Jejich první tranzistorový počítač a jako první na světě, byl v provozu od roku 1953 , a tam byla dokončena druhá verze v dubnu 1955. Nicméně, stroj se využívá ventilů pro generování svých 125 kHz hodiny křivky av obvodu číst a psát na jeho magnetické paměti bubnu , takže to nebyl první zcela tranzistorový počítač. Ten rozdíl jde do Harwell CADET 1955, postavený elektroniky divize pro atomovou energii Research Establishment v Harwell .

Integrované obvody

Příští velký pokrok ve výpočetní výkon přišel s příchodem integrovaného obvodu . Myšlenka integrovaného obvodu byl nejprve koncipovaný pomocí radaru vědec pracující pro Royal Radar založení na ministerstvu obrany , Geoffrey WA Dummer . Dummer prezentoval první veřejnou popis integrovaného obvodu na sympoziu o pokroku v kvalitě elektronické komponenty ve Washingtonu, DC, dne 7. května 1952.

První praktické obvody byly vynalezeny Jack Kilby v Texas Instruments a Robert Noyce na Fairchild Semiconductor . Kilby zaznamenal jeho původní představy týkající se integrovaného obvodu v červenci 1958, úspěšně demonstrovat první pracovní integrovaný příkladem dne 12. září 1958. Ve své patentové přihlášky ze dne 6. února 1959, Kilby popsal svůj nový přístroj za „tělesa polovodičového materiálu ... kde všechny komponenty elektronického obvodu jsou zcela integrovány“. Noyce také přišel se svým vlastním nápadem integrovaného obvodu půl roku později než Kilby. Jeho chip vyřešit mnoho praktických problémů, které Kilby to ne. Vyrábí se na Fairchild Semiconductor, že byl vyroben z křemíku , zatímco Kilby mikroprocesorů byla vyrobena z germania .

Tento nový vývoj předznamenala explozi v osobní i komerční využití počítačů a vedl k vynález mikroprocesoru . Zatímco předmětem přesně, které přístroj byl první mikroprocesor je diskutabilní, částečně z důvodu nedostatku dohody o přesné definici pojmu „mikroprocesor“, to je do značné míry nesporné, že první jednočipový mikroprocesor byl Intel 4004 , navržený a uvědomil si, od Ted Hoff , Federico Faggin a Stanley Mazor u společnosti Intel .

přenosné počítače

První mobilní počítače byly těžké a běžel z elektrické sítě. 50lb IBM 5100 byl časný příklad. Později přenosné jako je Osborne 1 a Compaq Portable byly podstatně lehčí, ale je třeba ještě zapojen do té první. Notebooky , jako je Grid Compass , odstranit tento požadavek zahrnutím baterie - a pokračující miniaturizaci výpočetních zdrojů a pokrok ve přenosný životnost baterie, přenosné počítače rostl v popularitě v roce 2000. Stejný vývoj nechá výrobci integrovat výpočetní zdroje do mobilních telefonů.

Tyto chytré telefony a tablety běžet na různých operačních systémech a brzy se stal dominantní výpočetní zařízení na trhu, se hlásí výrobci mít dodávány odhadem 237 milionů přístrojů v 2Q 2013.

druhy

Počítače jsou obvykle klasifikovány na základě jejich použití:

týkající se použití na bázi

Na velikosti založený

Hardware

Video demonstrovat standardními komponenty „tenký“ počítače

Pod pojmem hardware pokrývá všechny tyto části počítače, které jsou hmatatelné fyzické předměty. Obvody, počítačové čipy, grafické karty, zvukové karty, paměti (RAM), základní deska, displeje, napájecí zdroje, kabely, klávesnice, tiskárny a „myší“ vstupní zařízení jsou hardware.

Dějiny počítačů

První generace (mechanické / elektromechanické) Kalkulačky Pascalova kalkulačka , arithmometr , rozdíl motor , QUEVEDO je analytická technika
programovatelné obvody Jacquard tkalcovský stav , Analytical engine , IBM ASCC / Harvard Mark I , Harvard Mark II , IBM SSEC , Z1 , Z2 , Z3
Druhá generace (elektronky) Kalkulačky Atanasoff-Berry Computer , IBM 604 , UNIVAC 60 , UNIVAC 120
programovatelné obvody Kolos , ENIAC , Manchester dítě , EDSAC , Manchester Mark 1 , Ferranti Pegasus , Ferranti Mercury , CSIRAC , EDVAC , UNIVAC I , IBM 701 , IBM 702 , IBM 650 , Z22
Třetí generace (diskrétní tranzistory a SSI, MSI, LSI integrovaných obvodů ) sálové počítače IBM 7090 , IBM 7080 , IBM System / 360 , BUNCH
minipočítač HP 2116A , IBM System / 32 , IBM System / 36 , LINC , PDP-8 , PDP-11
Stolní počítač Programma 101 , HP 9100
Čtvrtá generace (VLSI integrovaných obvodů) minipočítač VAX , IBM System i
4-bitový mikropočítač Intel 4004 , Intel 4040
8-bitový mikropočítač Intel 8008 , Intel 8080 , Motorola 6800 , Motorola 6809 , MOS Technology 6502 , Z80
16bitový mikropočítač Intel 8088 , Zilog Z8000 , WDC 65816/65802
32bitový mikropočítač Intel 80386 , Pentium , Motorola 68000 , ARM
64-bit mikropočítač Alpha , MIPS , PA-RISC , PowerPC , SPARC , x86-64 , ARMv8-A
Embedded počítač Intel 8048 , Intel 8051
Osobní počítač Stolní počítač , domácí počítač , laptop počítač, osobní digitální asistent (PDA), přenosný počítač , Tablet PC , nositelné počítače
Teoretická / experimentální Kvantový počítač , Chemical počítač , DNA výpočetní , optický počítač , spintronice systémem počítače

Dalšími tématy hardware

Periferní zařízení ( vstup / výstup ) Vstup Myš , klávesnice , joystick , skener , kamera , grafický tablet , mikrofon
Výstup Monitor , tiskárna , reproduktor
Oba Disketová mechanika, pevný disk , optická mechanika, dálnopis
počítačové autobusy krátkého dosahu RS-232 , SCSI , PCI , USB
Dlouhý dolet ( počítačové sítě ) Ethernet , ATM , FDDI

Obecný univerzální počítač má čtyři hlavní složky: aritmetickou logickou jednotku (ALU), jejichž řídící jednotka je paměť a vstupní a výstupní zařízení (souhrnně označované jako I / O). Tyto části jsou propojeny autobusy , často vyrobeny ze skupin drátů . Uvnitř každé z těchto částí jsou tisíce až bilionů malých elektrických obvodů , které lze zapnout nebo vypnout pomocí elektronického spínače . Každý okruh představuje trochu (binární číslice) informací, takže když je obvod na to představuje „1“, a ve vypnutém stavu představuje „0“ (v kladném logické reprezentace). Tyto obvody jsou uspořádány do logických hradel tak, že jeden nebo více obvodů mohou kontrolovat stav jednoho nebo více jiných okruhů.

Vstupní zařízení

Pokud je nezpracovaný odesílání dat do počítače pomocí vstupních zařízení, jsou data zpracována a odeslána do výstupních zařízení. Vstupní zařízení může být ruční, nebo automatické. Akt zpracování je regulován především CPU. Některé příklady vstupních zařízení jsou:

Výstupní zařízení

Prostředky, pomocí počítače, který dává výstup jsou známé jako výstupní zařízení. Některé příklady výstupních zařízení jsou:

Řídící jednotka

Diagram ukazuje, jak konkrétní MIPS architektura by instrukce dekódovat řídicím systémem

Řídicí jednotka (často nazývá řídicí systém nebo centrální řídicí jednotka) řídí různé součásti počítače; to čte a interpretuje (dekóduje) instrukce na obrazovce, jejich transformaci na řídicí signály, které aktivují další části počítače. Řídicí systémy ve vyspělých počítačů může změnit pořadí provádění některých pokynů pro zlepšení výkonu.

Klíčovou součástí společné pro všechny CPU je programový čítač , speciální paměťové buňky (a rejstřík ), který sleduje, jehož umístění v paměti následující instrukce má být čtena z.

Funkce řídícího systému je následující, na vědomí, že se jedná o zjednodušený popis, a některé z těchto kroků může být provedeno současně nebo v jiném pořadí, v závislosti na typu CPU:

  1. Přečíst kód pro další instrukce z buňky označeném pultě programu.
  2. Dekódovat číselný kód pro instrukce do souboru příkazů nebo signálů pro každou z ostatních systémů.
  3. Zvýšit čítač instrukcí tak, aby odkazuje na další instrukce.
  4. Přečtěte si, co údaje instrukce požaduje od buněk v paměti (nebo snad ze vstupního zařízení). Umístění tohoto požadovaných dat je obvykle uložen v instrukčním kódu.
  5. Poskytují potřebné údaje k ALU se nebo se zaregistrujte.
  6. V případě, že výuka vyžaduje ALU nebo specializovaný hardware pro dokončení pokyn hardware k provedení požadované operace.
  7. Zapište výsledek z ALU zpět do paměti nebo do rejstříku nebo snad výstupní zařízení.
  8. Přejít ke kroku (1).

Vzhledem k tomu, čítač program (pojmově) jen další sada paměťových buněk, může být změněna pomocí výpočtů prováděných v ALU. Přidání 100 k přepážce programu by způsobilo další instrukce ke čtení z místa 100 míst dále v programu. Pokyny, které modifikují čítač instrukcí jsou často označovány jako „skoky“ a umožnit smyček (instrukcí, které se opakují v počítači) a často podmíněné provedení pokynu (oba příklady toku řízení ).

Sled operací, které řídicí jednotka prochází zpracovat instrukci je samo o sobě jako krátký počítačový program, a dokonce v některých složitějších vzorů CPU, existuje další ještě menší výpočetní nazývá Microsequencer , která provozuje mikrokódu program, který způsobuje všechny tyto události se stane.

Centrální procesorová jednotka (CPU)

Řídicí jednotka, ALU, a registry jsou souhrnně známy jako centrální procesorové jednotky (CPU). Brzy procesory byly složeny z mnoha samostatných dílů, ale od poloviny 1970 procesory byly zpravidla postaven na jeden integrovaný obvod nazývá mikroprocesor .

Aritmetickou logickou jednotku (ALU)

ALU je schopen vykonávat dvě třídy operací: aritmetické a logické. Množina aritmetických operací, že určité ALU nosiče mohou být omezena na sčítání a odčítání, nebo může zahrnovat násobení, dělení, trigonometrie funkce, jako je sinus, kosinus, atd, a odmocnin . Některé z nich mohou pracovat jen s celými čísly ( celá čísla ), zatímco jiní používají plovoucí desetinnou čárkou pro reprezentaci reálných čísel , byť s omezenou přesností. Nicméně, každý počítač, který je schopen vykonávat jen ty nejjednodušší operace může být naprogramován tak, aby rozebrat složitější operace do jednoduchých kroků, které lze provést. Proto jakýkoliv počítač může být naprogramován tak, aby vykonávat veškeré početní operace, i když to bude trvat více času k tomu, aby v případě jeho ALU přímo nepodporuje operaci. ALU může také porovnávat počty a vrátit logické hodnoty pravdivostní (true nebo false), v závislosti na tom, zda je rovno, větší nebo menší než druhý ( „je 64 vyšší než 65?“). Logické operace zahrnují Logická logiku : AND , OR , XOR a NOT . Ty mohou být užitečné pro vytváření složitých podmíněné příkazy a zpracování boolean logiku .

Superskalární počítače mohou obsahovat více ALUs, což jim umožňuje zpracovat více instrukcí současně. Grafické procesory a počítače s SIMD a MIMD k dispozici často obsahují ALUs, které mohou provádět aritmetické na vektory a maticemi .

Paměť

Magnetické jádro paměť byla paměti počítače volby v celém 1960, tak, aby byl nahrazen polovodičové paměti.

paměti počítače lze zobrazit jako seznam buněk, do kterých mohou být počty umístěných nebo číst. Každá buňka má číslované „adresu“ a je možné uložit pouze jedno číslo. Počítač může být poučeni, aby „dal číslo 123 do buňky číslované 1357“ nebo „přidat číslo, které je v buňce 1357 na číslo, které je v buňce 2468 a dát odpověď do cely 1595.“ Informace uložené v paměti může znamenat prakticky cokoliv. Písmena, číslice i počítačové instrukce lze umístit do paměti se stejnou lehkostí. Vzhledem k tomu, CPU nerozlišuje mezi různými typy informací, to je software, který nese odpovědnost za poskytnutí význam pro to, co je paměť vidí jako nic jiného než série čísel.

Téměř ve všech moderních počítačů, z nichž každá paměťová buňka je nastaven tak, aby ukládání binárních čísel do skupin po osmi bitech (nazývá bajt ). Každý bajt může představovat 256 různých čísel (2 8 = 256); buď od 0 do 255 nebo -128 až +127. Pro uložení většího počtu, může být použito několik po sobě jdoucích bajtů (obvykle dva, čtyři nebo osm). Jsou-li zapotřebí záporná čísla, oni jsou obvykle uloženy v doplňkovém zápisu. Jiná uspořádání jsou možné, ale obvykle nejsou vidět mimo specializovaných aplikací nebo historických souvislostech. Počítač může uložit libovolný druh informací v paměti, jestli to může být reprezentován číselně. Moderní počítače mají miliardy nebo dokonce biliony bajtů paměti.

Procesor obsahuje speciální sadu paměťových buněk s názvem registry , které lze číst a zapisovat do mnohem rychleji než hlavní oblasti paměti. Tam jsou obvykle dvě až sto registry v závislosti na typu procesoru. Registry se používají pro nejvíce potřebné datové položky, aby nemuseli přístup do hlavní paměti, je zapotřebí pokaždé dat. Když jsou data neustále pracoval na, což snižuje potřebu přístupu k hlavní paměti (což je často pomalý ve srovnání s ALU a řídících jednotek), výrazně zvyšuje rychlost počítače.

Počítačový operační paměti je dodáván ve dvou základních variantách:

RAM je možné číst a zapisovat do kdykoliv to přikazuje CPU, ale ROM je nahraná data a software, který se nikdy nemění, tedy CPU mohou jen číst z něj. ROM se obvykle používá k ukládání První uvedení do provozu podle pokynů počítače. Obecně lze říci, že obsah paměti RAM se vymažou, kdy dojde k počítači je vypnutý, ale ROM zachovává svá data po neomezenou dobu. V PC, ROM obsahuje specializovaný program, nazvaný BIOS , který diriguje načítání počítače operační systém z pevného disku do operační paměti RAM, když je počítač zapnutý nebo resetovat. V vestavných počítačů , které často nemají diskových jednotek, všechny požadované softwaru mohou být uloženy v paměti ROM. Software uloženy v paměti ROM je často nazýván firmware , protože je teoreticky spíše hardware než software. Paměť Flash stírá rozdíl mezi ROM a RAM, neboť si zachovává svůj dat při vypnutí, ale i přepisovatelné. To je obvykle mnohem pomalejší než běžné paměti ROM a RAM nicméně, takže jeho použití je omezeno na aplikace, kde je vysoká rychlost je zbytečné.

V sofistikovanější počítače může existovat jedna nebo více RAM paměti cache , které jsou pomalejší než registrů, ale rychlejší než hlavní paměti. Obecně počítače s tímto druhem cache jsou navrženy tak, aby přesunout často potřebných dat do vyrovnávací paměti automaticky, často bez nutnosti jakéhokoliv zásahu ze strany programátora.

Vstup / výstup (I / O)

Pevné disky jsou společné úložné zařízení používaná s počítači.

I / O je prostředkem, kterou počítač výměny informací s okolním světem. Zařízení, která poskytují vstup nebo výstup do počítače se nazývají periferií . Na typickém osobního počítače, periferní zařízení patří vstupní zařízení jako je klávesnice a myš , a výstupní zařízení, jako je displej a tiskárnu . Pevné disky , disketové mechaniky a optické diskové jednotky slouží jako vstupní i výstupní zařízení. Počítačových sítí je další forma I / O. I / O zařízení jsou často složité počítače samy o sobě, s vlastním procesorem a pamětí. Grafické zpracování jednotka může obsahovat padesát nebo více malé počítače, které provádějí výpočty potřebné pro zobrazení 3D grafiku . Moderní stolní počítače obsahují mnoho menších počítačů, které pomáhají hlavní procesor v provedení I / O. Displej plochá obrazovka A 2016-éra obsahuje vlastní počítačovou obvodů.

multitasking

Zatímco počítač může být vnímána jako běh jeden gigantický program uložený v hlavní paměti, v některých systémech je třeba dávat vzhled běží několik programů současně. To je dosaženo tím, multitasking tj má přepínač počítač rychle mezi spuštěním každého programu střídavě. Jedním z prostředků, kterými se tak děje, je se speciální signál nazvaný přerušení , který může pravidelně způsobit, že počítač přestat provádění pokynů, kde to bylo a dělat něco jiného místo. Vzpomínáním kde bylo provádění před přerušením, počítač se může vrátit do tohoto úkolu později. Pokud se několik programů jsou spuštěny „najednou“. pak generátor přerušení by mohlo být příčinou několik set přerušení za sekundu, což způsobuje program přepínat pokaždé. Vzhledem k tomu, moderní počítače typicky provádět instrukce o několik řádů rychlejší než lidského vnímání se může zdát, že mnohé programy, které běží ve stejnou dobu, i když jen jedna je vždy vykonávající v daném okamžiku. Tento způsob multitasking se někdy nazývá „sdílení času“, protože každý program je přiřazen „plátek“ času v pořadí.

Před éry levných počítačů, hlavní využití pro multitasking bylo umožnit mnoha lidem sdílet stejný počítač. Zdánlivě, multitasking by způsobil počítač, který je přepínání mezi několika programy běžet pomaleji, v přímé úměře k počtu programů, které běží, ale většina programů tráví většinu času čekáním na pomalé vstupně / výstupních zařízení k dokončení svých úkolů. Je-li program čeká na uživatele ke kliknutí na myši nebo stisknutím klávesy na klávesnici, pak to nebude mít „časový úsek“ Do akce je čeká došlo. Tím se uvolní čas pro další programy provést tak, že mnoho programů může běžet současně, aniž by nepřijatelné ztráty rychlosti.

vícenásobné

Cray navrhl mnoho superpočítačů, které používaly multiprocessingu těžce.

Některé počítače jsou navrženy tak, aby distribuovat svou práci přes několik CPU v konfiguraci paralelním zpracovávání techniku jednou použitý pouze ve velkých a silných strojů, jako jsou superpočítače , sálových počítačů a serverů . Víceprocesorové a multi-core (více procesorů na jediném integrovaném obvodu), osobní počítače a notebooky jsou nyní široce dostupné a jsou stále více využívány v nižší-end trzích, jako výsledek.

Superpočítače zejména mají často velmi specifické architektury, které se významně liší od základního skladoval-programové architektury az víceúčelových počítačích. Často mají tisíce procesorů, vlastní vysokorychlostní propojí a specializovaného počítačového hardwaru. Tyto návrhy mají tendenci být užitečné jen pro specializované úkoly, vzhledem k velkému rozsahu organizace programu potřebného pro úspěšné využití většiny dostupných zdrojů najednou. Superpočítače obvykle vidět využití ve velkém měřítku simulaci , vykreslování grafiky a kryptografických aplikací, stejně jako u jiných takzvaných „ trapně paralelní “ úkoly.

Software

Software se odkazuje na části počítače, které nemají materiální formě, jako jsou programy, data, protokoly, atd software je ta část počítačového systému, který se skládá z kódovaných informačních a počítačových instrukcí, na rozdíl od fyzického hardwaru , ze kterého systém je postaven. Počítačový software zahrnuje počítačové programy , knihovny a příbuzné non-spustitelné údaje , jako je například on-line dokumentaci nebo digitálních médií . To je často rozdělena do systémového software a aplikační software]] Počítačový hardware a software potřebují navzájem a ani nemohou být reálně použity na jeho vlastní. Je-li software uloženy v hardware, který nelze snadno měnit, jako například s BIOS ROM v kompatibilním IBM PC počítači, to je někdy nazýván „firmware“.

Operační systém / System Software Unix a BSD UNIX System V , IBM AIX , HP-UX , Solaris ( SunOS ), IRIX , seznam operačních systémů BSD
GNU / Linux Seznam distribucí Linuxu , Srovnání linuxových distribucí
Microsoft Windows Windows 95 , Windows 98 , Windows NT , Windows 2000 , Windows ME , Windows XP , Windows Vista , Windows 7 , Windows 8 , Windows 8.1 , Windows 10
DOS 86-DOS (QDOS), PC-DOS , MS-DOS , DR-DOS , FreeDOS
Operační systémy Macintosh Klasický Mac OS , MacOS (dříve OS X a Mac OS X)
Vložený a real-time Seznam vložených operačních systémů
Experimentální Améba , Oberon / Bluebottle , Plan 9 from Bell Labs
Knihovna Multimédia DirectX , OpenGL , OpenAL , Vulkan (API)
programovací knihovna C standardní knihovna , Standard Template Library
Data Protokol TCP / IP , Kermit , FTP , HTTP , SMTP
Formát souboru HTML , XML , JPEG , MPEG , PNG
Uživatelské rozhraní Grafické uživatelské rozhraní ( WIMP ) Microsoft Windows , GNOME , KDE , QNX Photon, CDE , GEM , Aqua
Textové uživatelské rozhraní Command-line rozhraní , uživatelské rozhraní Text
aplikační software Kancelářský oblek Zpracování textu , Desktop publishing , Prezentace programu , systém pro správu databází , plánování a Time management, tabulkový procesor , Účetní software
Přístup na internet Prohlížeč , E-mailový klient , webový server , Mail Agent přenosu , Instant messaging
Konstrukční a výrobní Computer-Aided Design , počítačem podporovaná výroba , management Plant, robotické výroby, řízení dodavatelského řetězce
Grafika Bitmapový grafický editor , vektorový grafický editor , 3D modelářů , animace editor , 3D počítačová grafika , editace videa , zpracování obrazu
Zvuk Digital audio editor , přehrávání audio , směšovací , syntéza Audio , Computer music
Softwarové inženýrství Kompilátor , assembler , interpret , debugger , Textový editor , integrované vývojové prostředí , analýzu výkonnosti Software , kontrola verzí , konfigurační management software
Vzdělávací Zábavně , vzdělávací hry , Vážné hry , letový simulátor
Hry Strategie , Arcade , Puzzle , simulace , First-person střílečka , Platform , Massively multiplayer , Interaktivní fiction
Různé Umělá inteligence , antivirový software , skener Malware , instalační / systémy řízení Package , Správce souborů

jazyky

Existují tisíce různých programovacích jazyků-některé zamýšlen jako univerzální, jiné užitečné jen pro vysoce specializované aplikace.

Programovací jazyky
Seznamy programovacích jazyků Časová osa programovacích jazyků , seznam programovacích jazyků podle kategorií , generačního seznam programovacích jazyků , seznam programovacích jazyků , Non-English-založené programovacích jazyků
Běžně používané sestavy jazyky ARM , MIPS , x86
Běžně používané programovací jazyky na vysoké úrovni Ada , BASIC , C , C ++ , C # , COBOL , Fortran , PL / 1 , REXX , Java , Lisp , Pascal , Object Pascal
Běžně používané skriptovacích jazyků Bourne script , JavaScript , Python , Ruby , PHP , Perl

Aplikační software

pořady

Určujícím rysem moderních počítačů, která je odlišuje od všech ostatních strojů je, že mohou být naprogramovány . To znamená, že nějaký druh pokynů (dále jen Program ) může být podána k počítači, a to je bude zpracovávat. Moderní počítače založené na architektuře von Neumann často strojový kód ve formě imperativním programovacím jazyku . V praxi to znamená, počítačový program, který může být jen pár pokyny nebo rozšířit do mnoha milionů instrukcí, stejně jako programy pro textové procesory a webové prohlížeče např. Typický moderní počítač může vykonat miliard instrukcí za sekundu ( gigaflops ) a málokdy udělá chybu v průběhu mnoha let provozu. Velké počítačové programy se skládají z několika milionů instrukcí může mít týmy programátorů let psát, a vzhledem ke složitosti tohoto úkolu téměř jistě obsahují chyby.

Uložený program architektura

Replika Manchesteru dítě , první elektronický svět je skladoval-počítač programu , v Muzeu vědy a průmyslu v Manchesteru, Anglie

Tato část se vztahuje na většinu běžné RAM stroje na bázi počítačů.

Ve většině případů k obsluze počítače jsou jednoduché: přidejte jedno číslo k jinému, přesunout některá data z jednoho místa na druhé, odeslat zprávu na nějaké vnější zařízení, atd. Tyto instrukce jsou číst z počítače paměti a jsou obecně prováděna ( prováděny ) v pořadí, v jakém byly dány. Nicméně, tam jsou obvykle specializované instrukce, jak zjistit, že počítač skok dopředu nebo dozadu do nějaké jiné místo v programu a pokračovat v provádění odtamtud. Ty se nazývají „skok“ pokyny (nebo větve ). Kromě toho instrukce skoku může být, že se stane podmíněně takže různé sekvence instrukcí mohou být použity v závislosti na výsledku nějakého předchozího výpočtu nebo nějaké externí události. Mnoho počítačů přímo podporuje podprogramy tím, že poskytuje typu seskoku, který si „pamatuje“ umístění to skočil z a další instrukce pro návrat k instrukci, který následuje po skokové instrukce.

Provádění programu by mohly být přirovnány k četbě knihy. I když se člověk normálně číst každé slovo a řádek v pořadí, mohou občas skočit zpět na dřívější místo v textu nebo přeskočit úseky, které nejsou předmětem zájmu. Stejně tak počítač může někdy vrátit a zopakovat podle pokynů v určitém úseku programu znovu a znovu, dokud neucítíte vnitřní stav. To se nazývá tok řízení v rámci programu, a to je to, co umožňuje počítači provádět úkoly opakovaně bez lidského zásahu.

Srovnatelně osoba, která používá kapesní kalkulačky můžete provádět základní aritmetické operace, jako je přidávání dvě čísla s několika stisky tlačítek. Ale přidat dohromady všechna čísla od 1 do 1000 bude trvat tisíce stisky tlačítek a spoustu času s blízké jistoty chybu. Na druhou stranu, může být počítač naprogramován tak, aby to udělat pomocí několika jednoduchých instrukcí. Následující příklad je psán v assembleru MIPS :

  begin:
  addi $8, $0, 0           # initialize sum to 0
  addi $9, $0, 1           # set first number to add = 1
  loop:
  slti $10, $9, 1000       # check if the number is less than 1000
  beq $10, $0, finish      # if odd number is greater than n then exit
  add $8, $8, $9           # update sum
  addi $9, $9, 1           # get next number
  j loop                   # repeat the summing process
  finish:
  add $2, $8, $0           # put sum in output register

Jednou řekl ke spuštění tohoto programu, počítač bude vykonávat opakující se sčítání úkol bez dalšího lidského zásahu. To bude téměř nikdy udělat chybu a moderní PC může dokončení úkolu ve zlomku vteřiny.

strojový kód

Ve většině počítačů, jednotlivé instrukce jsou uloženy jako strojového kódu se každá instrukce dána jedinečným číslem (jeho kód operace nebo operační kód pro short). Příkaz přidat dvě čísla dohromady bude mít jeden opcode; Příkaz k jejich množit by mít jiný operační kód, a tak dále. Nejjednodušší počítače jsou schopny vykonávat veškeré hrst různých pokynů; složitější počítače mají několik set z čeho vybírat, každý s unikátním číselným kódem. Vzhledem k tomu, paměť počítače je schopen uložit čísla, ale také může uložit instrukční kódy. To vede k důležité skutečnosti, že celá programy (které jsou jen seznamy těchto pokynů) může být reprezentován jako seznamy čísel a mohou být samy o sobě manipulovat uvnitř počítače stejným způsobem jako číselné údaje. Základní koncept ukládání programů v paměti počítače spolu s údaji, které provozují svou činnost na je podstata von Neumann, nebo uložený program, architekturu. V některých případech může počítač ukládat některé nebo všechny jeho programu v paměti, která je držena odděleně od údajů, které působí na. To se nazývá Harvardská architektura po Harvard Mark I počítače. Moderní počítače von Neumann zobrazit některé rysy architektury Harvard ve svých vzorů, jako je tomu v CPU cache .

I když je možné psát počítačové programy jsou dlouhé seznamy čísel ( programovací jazyk ), a když tato technika byla použita u mnoha časných počítačů, je velmi zdlouhavý a potenciálně náchylné k chybám dělat tak v praxi, a to zejména u složitějších programů. Místo toho, každý základní instrukce může být krátký název, který svědčí o jeho funkci a snadno zapamatovatelné - s mnemotechnickou pomůcku , jako ADD, SUB, MULT nebo JUMP. Tyto mnemotechnické pomůcky jsou souhrnně označovány jako počítač v assembleru . Konverzi programy napsané v jazyku symbolických instrukcí do něčeho počítač může skutečně pochopit (strojový jazyk) se obvykle provádí pomocí počítačového programu s názvem assembler.

1970 děrný štítek , který obsahuje jeden řádek z Fortran program. Karta zní: "Z (1) = Y + W (1)" a je označen "PROJ039" pro identifikační účely.

Programovací jazyk

Programovací jazyky poskytují různé způsoby specifikování programů pro počítače spustit. Na rozdíl od přirozených jazyků , programovací jazyky jsou navrženy tak, aby umožnily žádnou nejasnost, a být stručné. Jsou čistě psané jazyky a je často obtížné číst nahlas. Ty jsou obecně buď přeložen do strojového kódu pomocí kompilátoru nebo assembler před spuštěn, nebo přeloženy přímo v době spuštění pomocí interpretu . Někdy programy jsou prováděny prostřednictvím hybridní metody obou technik.

jazyky nižší úrovně

Strojní jazyky a montážní jazyky, které je zastupují (souhrnně nazývané programování low-level jazyky ) mají tendenci být specifické pro určitý typ počítače. Například, ARM architekturu počítače (jako je například možno nalézt v telefonu nebo ruční videohře ) nemůže rozumět jazyku, strojový s x86 CPU, které by mohly být v počítači .

jazyků na vysoké úrovni / jazyka třetí generace

Ačkoli podstatně jednodušší než v strojovém jazyce, psát dlouhé programy v assembleru je často obtížné a je také náchylné k chybám. Proto nejpraktičtější programy jsou psány ve více abstraktních programovacích jazyků vysoké úrovně , které jsou schopné vyjádřit potřeby programátora pohodlněji (a tím přispět ke snížení chyby programátor). Jazyků vysoké úrovně jsou obvykle „sestavují“ do strojového jazyka (nebo někdy v jazyku symbolických instrukcí a pak do strojového jazyka) pomocí jiné počítačový program nazvaný překladač . Jazyky vysoké úrovně jsou méně souvisí s fungováním v cílovém počítači, než assembleru, a další související s jazykem a strukturou daného problému (ů), které mají být řešeny v závěrečném programu. Proto je často možné používat různé kompilátory přeložit stejný jazykový program na vysoké úrovni do strojového jazyka mnoha různých typů počítače. Jedná se o část prostředků, které může být software, jako je videohry přístupné pro různé počítačové architektury, jako jsou osobní počítače a různých herních konzolí .

jazyky čtvrté generace

jazyky čtvrté generace (4GL) jsou méně formální než 3G jazyků. Přínosem 4GL je, že poskytují způsoby, jak získat informace, aniž by bylo nutné přímé pomoci programátora.

Design programu

Design Program malých programů je poměrně jednoduché a zahrnuje analýzu problému, shromažďování vstupů, za použití programovacích konstrukcí v jazycích, vymýšlet nebo za použití zavedených postupů a algoritmů, které poskytují data pro výstupní zařízení a řešení problému podle potřeby. Jak problémy jsou stále větší a složitější funkce, jako podprogramy, moduly, formální dokumentace a novými pracovními postupy, jako je objektově orientovaného programování se vyskytují. Velké programy zahrnující tisíce řádek kódu a více vyžadují formální metodiky softwaru. Úkolem rozvojových velkých softwarových systémů představuje významný intelektuální výzvu. Produkující software s přijatelně vysokou spolehlivostí rámci předvídatelného harmonogramu a rozpočtu je historicky obtížné; akademické a profesní kázeň softwarového inženýrství se zaměřuje právě na tuto výzvu.

Hmyz

Skutečná první počítač chyba, můra našel pasti na relé počítače Harvard Mark II

Chyby v počítačových programech se nazývají „ chyby “. Mohou to být neškodný a nemá vliv na užitečnost programu, nebo jen nepatrné účinky. Ale v některých případech, mohou způsobit, že program nebo celý systém na „ viset “, stát nereaguje na vstup, jako je myš kliknutí nebo stisky kláves, úplně nezdaří, nebo se zhroutí . Jinak neškodné chyby mohou někdy být využit pro škodlivého záměru bezohledný uživatel psaní zneužít , kód určený využít chyby a narušit řádný výkon dané počítače. Chyby jsou obvykle ne vinou počítače. Vzhledem k tomu, počítače pouze vykonávat instrukce, které jsou uvedeny, chyby jsou téměř vždy výsledkem chyby programátora nebo přehlédnutí provedené v návrhu programu. Admirál Milosti Hopper , americký počítačový vědec a developer první kompilátor , je připočítán za to, že poprvé použit termín „chyby“ v práci na počítači poté, co byla nalezena mrtvá můra zkrat relé na Harvard Mark II počítače v září 1947.

firmware

Firmware je technologie, která má kombinaci hardwaru i softwaru, jako je BIOS čip uvnitř počítače. Tento čip (hardware) je umístěn na základní desce a má BIOS nastavit (software) uložený v něm.

Sítě a internet

Vizualizace části trasy na internetu

Počítače byly použity ke koordinaci informací mezi několika místech od roku 1950. Americká armáda je SAGE systém byl první příklad ve velkém měřítku takového systému, který vedl k řadě účelových obchodních systémů, jako šavle . V roce 1970, inženýři počítače při výzkumných institucí v celých Spojených státech začaly spojovat své počítače spolu používat telekomunikační technologie. Úsilí bylo financováno ARPA (dnes DARPA ) a počítačová síť , která vyústila byl nazýván ARPANET . Mezi technologie, které učinil ARPANET možnému šíření a vyvinula.

Včas, síť rozšířila mimo akademické a vojenských institucí a stal se známý jako internet. Vznik sítí zahrnoval redefinici povahy a hranice počítače. Počítačové operační systémy a aplikace byly upraveny tak, aby zahrnoval možnost definovat a přístup k prostředkům z jiných počítačů v síti, jako jsou periferní zařízení, uložených informací, a podobně, jako rozšíření zdrojů jednotlivého počítače. Zpočátku tato zařízení jsou k dispozici především pro lidi pracující v high-tech prostředí, ale v roce 1990 rozšíření aplikací, jako je e-mail a World Wide Web , v kombinaci s rozvojem levných, rychlých síťových technologií, jako je Ethernet a ADSL viděl počítačových sítí se téměř všudypřítomný. Ve skutečnosti je počet počítačů, které jsou propojeny roste neobyčejně. Velmi velký podíl osobních počítačů pravidelně připojení k internetu ke komunikaci a získávání informací. „Wireless“ síťování, často s využitím mobilních telefonních sítí, vedla k tomu, sítě se stává stále všudypřítomné i v mobilních výpočetních prostředích.

nekonvenční počítače

Počítač nemusí být elektronická , dokonce ani mít procesor , ani RAM , dokonce ani pevný disk . Zatímco populární použití slova „počítač“ je synonymem s osobním elektronickým počítačem, moderní definice počítačů je doslovně: " Zařízení, které počítá , zejména programovatelný [zpravidla] elektronický přístroj, který provádí vysokorychlostní matematické nebo logické operace, nebo který sestavuje, obchody, koreluje, nebo jinak zpracovává informace.“ Jakékoli zařízení, které zpracovává informace kvalifikuje jako počítač, a to zejména v případě, že zpracování je účelné.

nekonvenční výpočetní

Historicky, počítače se vyvinuly z mechanických počítače a případně z elektronek do tranzistorů . Nicméně koncepčně výpočetní systémy jsou flexibilní jako osobní počítač může být postaven z téměř cokoliv. Například počítač může být vyrobena z kulečníkové koule ( kulečníková koule počítačových ); Často uváděný příklad. Realističtěji, moderní počítače jsou vyrobeny z tranzistorů z photolithographed polovodičů .

Budoucnost

Tam je aktivní výzkum, aby počítače z mnoha slibných nových typů technologií, jako jsou optické počítače , DNA počítače , neuronové počítače a kvantových počítačů . Většina počítačů jsou univerzální, a je schopen vypočítat jakoukoli vypočitatelnou funkci , a jsou omezeny pouze na jejich paměťové kapacity a pracovní rychlosti. Nicméně různé konstrukce počítačů může dát úplně jiný výkon pro konkrétní problémy; Například kvantové počítače mohou potenciálně prolomit některé moderní šifrovací algoritmy (o kvantové factoringu ) velmi rychle.

Počítačová architektura paradigmata

Existuje mnoho druhů počítačových architektur :

Ze všech těchto abstraktních strojů , kvantový počítač drží nejslibnější pro revoluci na počítači. Logická hradla jsou běžnou abstrakce, které se mohou vztahovat na většinu z výše uvedených digitální nebo analogové paradigmat. Schopnost ukládat a spouštět seznamy instrukcí volal programů umožňuje počítačům velmi univerzální, která je odlišuje od kalkulaček . Church-Turingova teze je matematický výrok tohoto všestrannosti: jakýkoli počítač s minimální schopností (což je Turing-kompletní) je v zásadě schopné vykonávat stejné úkoly, že jakýkoli jiný počítač může provádět. Proto jakýkoliv typ počítače ( netbook , superpočítač , celulární automat , atd) je schopen plnit stejné výpočetní úlohy, vzhledem k tomu dostatek času a skladovací kapacity.

Umělá inteligence

Počítač bude řešit problémy v přesně tak, jak je naprogramován tak, aby bez ohledu na efektivitu, alternativní řešení, případné zkratky, nebo případné chyby v kódu. Počítačové programy, které učí a adaptují jsou součástí nově vznikající oblasti umělé inteligence a strojového učení . Umělé výrobky na bázi inteligence obecně rozdělit do dvou hlavních kategorií: systémy na bázi pravidel a systémů rozpoznávání vzorů. Systémy založené na pravidlech pokusí představují pravidla používaná lidskými experty a mají tendenci být drahé rozvíjet. Systémy založené vzor používat data o problému generovat závěry. Jako příklady systémů založených na vzoru patří rozpoznávání hlasu, rozpoznávání písma, překlady a vznikající pole on-line marketing.

Profese a organizace

Vzhledem k tomu, využití počítačů se rozšířila v celé společnosti, existuje stále větší počet kariéry zahrnující počítače.

profese související s počítači
Hardware-související Elektrotechnika , elektronika strojírenství , Inženýring , telekomunikační techniky , optické inženýrství , Nanoengineering
Software související Výpočetní technika , výpočetní technika , Desktop publishing , Human-vzájemné ovlivňování počítače , informační technologie , informační systémy , výpočetní vědy , Softwarové inženýrství , Video herní průmysl , Web design

Potřeba počítačům dobře spolupracovat, a aby bylo možné vyměňovat informace plodil potřeba mnoho normalizačních organizací, klubů a společností jak formální a neformální charakter.

organizace
standardy skupiny ANSI , IEC , IEEE , IETF , ISO , W3C
odborné společnosti ACM , AIS , IET , IFIP , BCS
Zdarma / open source software skupiny Free Software Foundation , Mozilla Foundation , Apache Software Foundation

viz též

Reference

Poznámky

externí odkazy