Также по теме

КОМПЬЮТЕР

КОМПЬЮТЕР, устройство, выполняющее математические и логические операции над символами и другими формами информации и выдающее результаты в форме, воспринимаемой человеком или машиной. Первые компьютеры использовались главным образом для расчетов, т.е. сложения, вычитания, умножения, деления и т.д. Сегодня компьютеры применяются для решения многочисленных и разнообразных других задач, таких, как обработка текста, графика и переработка больших массивов информации.

Машины, которые выполняют простые вычисления, обычно называются калькуляторами и работают, как правило, по жестким алгоритмам с использованием кнопок и клавиш. Хотя зачастую компьютеры управляются командами, вводимыми с клавиатуры, их основные функции обычно регулируются командами, хранимыми внутри машины, и известными как программное обеспечение, или программы. Действие как калькуляторов, так и компьютеров сводится к манипулированию символами некоторого вида.

ТИПЫ КОМПЬЮТЕРОВ

Существуют два основных типа компьютеров: аналоговые и цифровые. Они различаются принципом построения, способом внутреннего представления информации и реакцией на команды. Аналоговый компьютер работает, имитируя то, что он вычисляет; он делает это, непрерывно варьируя свои характеристики. Такая реакция представляет собой аналог процесса, воплощенного в задаче, с которой он имеет дело. В универсальном аналоговом компьютере имеются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, между которыми могут устанавливаться соединения, отражающие условия той или иной задачи. Что касается цифровых компьютеров, то они изменяют величины двоичных чисел, или битов, которые представляют элементы задачи, подлежащей решению. Числа в цифровом компьютере могут быть использованы также для представления других символов, таких, как буквы, знаки «плюс» и «минус» и т.п. Цифровые компьютеры, в отличие от аналоговых, работают конечными шагами. Гибридные компьютеры, как следует из их названия, соединяют в себе характеристики упомянутых двух основных типов.

Аналоговые компьютеры.

Существуют разнообразные виды таких компьютеров. Аналоговые компьютеры «программируются» заданием физических характеристик их компонентов. В некоторых компьютерах это делается обычно путем включения или исключения тех или иных компонентов из цепей, соединяющих эти компоненты проводами, и изменением параметров переменных сопротивлений, емкостей и индуктивностей в цепях. Программа работы, например, автомобильной трансмиссии изменяется перемещением ручки переключения передач, что заставляет жидкость в гидроприводе менять направление течения, производя нужный результат.

Кроме технических средств, таких, как автоматические трансмиссии и музыкальные синтезаторы, наблюдается тенденция поручать аналоговым компьютерам выполнение специфических вычислительных задач практического плана. Существуют большие универсальные аналоговые компьютеры.

Цифровые компьютеры.

Почти все цифровые компьютеры являются электронными. Все они имеют в какой-то степени аналогичные компоненты для получения, сортировки, обработки и передачи информации и используют относительно небольшое число базовых функций для выполнения своих задач. Наиболее важными характеристиками цифровых компьютеров являются быстродействие, способность работать повторяющимися способами, воспроизводимость результатов и универсальность. Благодаря этим характеристикам цифровые компьютеры находят широчайшее применение в диапазоне от наручных часов до космических кораблей.

Существуют четыре основных вида цифровых компьютеров: суперкомпьютеры, большие компьютеры, миникомпьютеры и микрокомпьютеры. (Персональный компьютер можно рассматривать как универсальный микрокомпьютер.) Все цифровые компьютеры имеют примерно одинаковое устройство, но различаются размерами и скоростью выполнения вычислений.

Персональные компьютеры.

Персональные компьютеры меньше по размерам и менее разнообразны по сравнению с универсальными цифровыми. Однако персональных компьютеров больше, чем универсальных цифровых компьютеров всех других типов, вместе взятых, и их доля постоянно возрастает. Поэтому стоит более подробно остановиться на основных характеристиках персональных компьютеров.

      ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР

Обычно персональный компьютер содержит одиночный микропроцессорный чип, который служит его центральным процессором (см. ниже). Современные персональные компьютеры имеют более ограниченные возможности, чем новейшие миникомпьютеры и большие компьютеры, но уже превосходят по мощности большие компьютеры 1980-х годов. Ограничения большей частью связаны со стоимостью: по мере снижения стоимости базовых компонентов выпускаются более мощные персональные компьютеры. Мощный и более дорогой тип микрокомпьютера, названный рабочей станцией, появился в середине 1980-х годов. На этих станциях применяются самые быстрые микропроцессоры и графические дисплеи высокого разрешения. Многие из них используют RISC-процессоры (см. ниже). По мере роста возможностей персональных компьютеров различие между персональным компьютером и рабочей станцией, как и между микрокомпьютером и миникомпьютером, стирается.

Многое из того, что делают большие вычислительные машины, может выполняться и на персональных компьютерах, хотя, как правило, не так быстро. Большие компьютеры требуются для некоторых сложных функций обработки информации; для других, более простых функций, таких, как рутинная обработка текстов или документов, издательские процедуры и простые бухгалтерские операции, персональные компьютеры зачастую более эффективны, чем большие машины.

АРХИТЕКТУРА

Термин «архитектура» по отношению к компьютеру во многом означает то же самое, что и по отношению к сооружению. Например, цифровые компьютеры, подобно большинству зданий, имеют общую базовую архитектуру. Базовая схема для большинства цифровых компьютеров была предложена в конце 1940-х годов Дж. фон Нейманом. Компьютер, подобно зданию, является системой, т.е. логическим соединением основных блоков, каждый из которых имеет специфическое назначение. Часто эти укрупненные блоки называются подсистемами и состоят из меньших блоков, служащих какой-то конкретной цели, которые зачастую включают в себя еще меньшие блоки и компоненты.

В состав цифрового компьютера входит пять основных подсистем: устройство управления, арифметико-логическое устройство, подсистемы памяти, ввода-вывода и внутренних связей.

Память.

Компьютерная память бывает двух видов: основная и внешняя. Основная память устроена подобно почтовому офису: она состоит из микроскопических ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес, или номер. Элемент информации сохраняется в памяти с назначением ему некоторого адреса. Чтобы отыскать эту информацию, компьютер «заглядывает» в ячейку и копирует ее содержимое в свой «командный» пункт. Емкость отдельной ячейки памяти называется словом. Обычно длина слова для персонального компьютера составляет 16 двоичных цифр, или битов. Длина в 8 бит называется байтом. Типичные большие компьютеры оперируют словами длиной от 32 до 128 бит (от 4 до 16 байт), тогда как миникомпьютеры имеют дело со словами в 16–64 бит (2–8 байт). Микрокомпьютеры используют, как правило, слова длиной 8, 16 или 32 бит (1, 2 или 4 байт соответственно).

Внешняя память обычно располагается вне центральной части компьютера. Поскольку внешняя память работает медленнее основной, она используется, главным образом для хранения информации, которая не требуется компьютеру срочно. Чтобы использовать внешнюю память, «командный пункт» компьютера обычно передает нужное содержимое части внешней памяти в основную. Основная память ограничена по объему, поэтому конструкторы компьютеров стремятся хранить во внешней памяти как можно больше информации.

Центральный процессор.

Ключевыми подсистемами компьютера являются управляющее устройство (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ). Вместе они составляют центральный процессор (ЦП) – «командный пункт». В ЦП компьютер манипулирует данными, хранит след своих команд и управляет остальными подсистемами. В большинстве микрокомпьютеров ЦП размещается на одиночном микроэлектронном чипе. У миникомпьютеров УУ зачастую находится на одном чипе, АЛУ – на другом, а команды, управляющие обоими этими устройствами, – на третьем. В больших компьютерах ЦП рассредоточен по многим чипам. Во всех случаях ЦП занимает сравнительно мало места.