Цифровой компьютер

Цифровой компьютер
Дополнительная информация о материалах для статьи
Содержание статьи
  • Введение
  • Функциональные элементы
  • Развитие цифрового компьютера
print Печать
Выберите, какие разделы вы хотите распечатать:
Поделиться
Поделиться в социальных сетях
Facebook Twitter
URL

https://www.britannica.com/technology/digital-computer

Отзыв
Спасибо за ваш отзыв

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и определят следует ли редактировать статью.

Присоединяйтесь к изданию Publishi Britannica ng Partner Program и наше сообщество экспертов, чтобы привлечь к своей работе аудиторию со всего мира!

Внешние веб-сайты
  • Университет Ньюкасла — Школа компьютерных наук — История цифровых компьютеров

Цифровой компьютер , любой из класс 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. Путем подсчета, сравнения и обработки этих цифр или их комбинаций в соответствии с набором содержащихся инструкций. в своей памяти цифровой компьютер 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.

Британника Викторина
Компьютерная и технологическая викторина
Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как … LOL. Примите участие в этой викторине и позвольте некоторым технологиям подсчитать ваш результат и открыть вам содержание.

Далее следует краткое описание цифровых компьютеров. Для получения полной информации, см. Информатика: основные компоненты компьютера.

Функциональные элементы

Типичный Цифровая вычислительная система имеет четыре основных функциональных элемента: (1) оборудование ввода-вывода, (2) оперативная память, (3) блок управления и (4) арифметико-логический блок.. Любое из ряда устройств используется для ввода данных и программных инструкций в компьютер и для получения доступа к результатам операции обработки. К распространенным устройствам ввода относятся клавиатуры и оптические сканеры; устройства вывода включают принтеры и мониторы. Информация, полученная компьютером от его блока ввода, хранится в основной памяти или, если не для немедленного 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 блока (ALU), чтобы гарантировать правильное перемещение данных по всей компьютерной системе. ALU выполняет выбранные арифметические и логические алгоритмы для обработки входящих данных с чрезвычайно высокой скоростью — во многих случаях за наносекунды (миллиардные доли секунды). Основная память, блок управления и ALU вместе составляют центральный процессор (ЦП) большинства цифровых компьютерных систем, в то время как устройства ввода-вывода и вспомогательные блоки памяти составляют периферийное оборудование.

Развитие цифрового компьютера

Блез Паскаль из Франции и Готфрид Вильгельм Лейбниц из Германии изобрели механические цифровые вычислительные машины в 17 веке. Однако английскому изобретателю Чарльзу Бэббиджу обычно приписывают создание первого автоматического цифрового компьютера. В 1830-х годах Бэббидж изобрел свою так называемую аналитическую машину, механическое устройство, предназначенное для объединения основных арифметических операций с решениями, основанными на его собственных вычислениях. В планах Бэббиджа воплощено большинство основных элементов современного цифрового компьютера. Например, они призвали к последовательному управлению, то есть программному управлению, которое включало ветвление, цикл, а также арифметические операции и блоки хранения с автоматической распечаткой. Однако устройство Бэббиджа так и не было завершено и было забыто, пока его труды не были обнаружены заново более века спустя.

Разностная машина
Завершенная часть разностной машины Чарльза Бэббиджа, 1832 год. Этот усовершенствованный калькулятор был предназначен для создания таблиц логарифмов, используемых в навигации. Ценность чисел была представлена ​​положениями зубчатых колес, отмеченными десятичными числами.

Лондонский музей науки

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Большое 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 основана теория и процедуры переключения компьютеров.

Джон В. Атанасов, американский математик и физик, считается создателем первого электронного цифрового компьютера, который он сконструировал с 1939 по 1942 год при содействии своего аспиранта Клиффорда Э. Берри. Конрад Цузе, немецкий инженер, действующий в полной изоляции от других разработок, в 1941 году завершил строительство первой действующей вычислительной машины с программным управлением (Z3). В 1944 году Ховард Эйкен и группа инженеров из International Business Machines (IBM) Corporation завершили работу над Harvard Mark I, машиной, операциями обработки данных которой управляли в основном электрические реле (переключающие устройства).

Клиффорд Э. Берри и компьютер Атанасофф-Берри
Клиффорд Э. Берри и компьютер Атанасофф-Берри, или ABC, c. 1942 г. ABC, возможно, был первым электронно-цифровым компьютером.

Фотоуслуга Университета штата Айова

С момента разработки Harvard Mark I цифровые компьютеры развивались быстрыми темпами. Последовательность достижений в компьютерном оборудовании, в основном в логических схемах, часто делится на поколения, при этом каждое поколение представляет собой группу машин, использующих общую технологию.

В 1946 году Дж. Преспер Эккерт и Джон В. Мочли, оба из Пенсильванского университета, построили ENIAC ( акроним от e lectronic n числовой i ntegrator a nd c omputer), цифровая машина и первый универсальный электронный компьютер. Его вычислительные возможности были заимствованы из 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 ( e lectronic d iscrete v ariable a автоматический c компьютер).

Manchester Mark I
Manchester Mark I, первый цифровой компьютер с сохраненной программой, c. 1949.

Перепечатано с разрешения факультета компьютерных наук Манчестерского университета, Англия..

Второе поколение компьютеров началось в конце 1950-х годов. , когда стали доступны цифровые машины на транзисторах. Хотя этот тип полупроводникового устройства был изобретен в 1948 году, потребовалось более 10 лет разработок, чтобы сделать его жизнеспособной альтернативой вакуумной лампе. Небольшой размер транзистора, его большая надежность и относительно низкое энергопотребление сделали его значительно лучше лампового. Его использование в компьютерных схемах позволило производить цифровые системы, которые были значительно более эффективными, компактными и быстрыми, чем их предки первого поколения.

первый транзистор
Транзистор был изобретен в 1947 году в Bell Laboratories Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли.

Lucent Technologies Inc./Bell Labs

В конце 1960-х и 1970-х годах произошел дальнейший драматический прогресс. в компьютерном оборудовании. Первым было изготовление интегральной схемы, твердотельного устройства, содержащего сотни транзисторов, диодов и резисторов на крошечном кремниевом кристалле. Эта микросхема сделала возможным производство мэйнфреймов (крупномасштабных) компьютеров с более высокими рабочими скоростями, емкостью и надежностью при значительно более низких затратах. Еще одним типом компьютеров третьего поколения, которые возникли в результате появления микроэлектроники, стал миникомпьютер — машина, значительно меньшая, чем стандартный мэйнфрейм, но достаточно мощная, чтобы управлять приборами всей научной лаборатории.

интегральная схема
Типичная интегральная схема, изображенная на ногте.

Charles Falco/Photo Researchers

Развитие крупномасштабной интеграции (LSI) позволило производителям оборудования упаковать тысячи транзисторов и других связанных компонентов на одном кремниевом чипе размером с ноготь ребенка. Такая микросхема позволила создать два устройства, совершивших революцию в компьютерных технологиях. 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 обладающих значительной вычислительной мощностью. Другим важным устройством, появившимся из схем LSI, была полупроводниковая память. Это компактное запоминающее устройство, состоящее всего из нескольких микросхем, хорошо подходит для использования в мини-компьютерах и микрокомпьютерах.. Более того, он нашел применение во все большем числе мэйнфреймов, особенно в тех, которые предназначены для высокоскоростных приложений, из-за его высокой скорости доступа и большой емкости хранения. Такая компактная электроника привела в конце 1970-х к разработке персонального компьютера, цифрового компьютера, небольшого и достаточно недорогого, чтобы его могли использовать обычные потребители.

микропроцессор
Ядро микропроцессора Intel 80486DX2, показывающее кристалл.

Мэтт Бритт

К началу 1980-х годов интегральные схемы достигли уровня очень крупномасштабной интеграции (СБИС). Эта технология проектирования и производства значительно увеличила плотность схем микропроцессора, памяти и вспомогательных микросхем, то есть тех, которые служат для сопряжения микропроцессоров с устройствами ввода-вывода. К 1990-м годам некоторые схемы СБИС содержали более 3 миллионов транзисторов на кремниевом кристалле площадью менее 0,3 квадратного дюйма (2 квадратных см).

Цифровые компьютеры 1980-х и 90-х годов, использующие технологии LSI и VLSI, часто называют системами четвертого поколения. Многие из микрокомпьютеров, произведенных в 1980-х годах, были оснащены одним чипом, на котором были интегрированы схемы для процессора, памяти и функций интерфейса. ( См. также суперкомпьютер.)

Использование персональных компьютеров росло в 1980-х и 1990-х годах. Распространение всемирной паутины в 1990-х годах привело к тому, что миллионы пользователей подключились к Интернету, всемирной компьютерной сети, и к 2019 году около 4,5 миллиардов человек, более половины населения мира, имели доступ в Интернет. Компьютеры стали меньше и быстрее, и в начале 21 века они стали повсеместными в смартфонах, а затем и в планшетных компьютерах.

iPhone 4
IPhone 4, выпущенный в 2010 году.

Предоставлено Apple

Редакторы энциклопедии «Британская энциклопедия»

Последний раз редактировал и обновлял эту статью старший редактор Эрик Грегерсен.

Узнайте больше в этих связанных статьях о Британнике:

  • информатика
    Информатика , изучение компьютеров и вычисления, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, компьютерное и сетевое проектирование, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект.. Информатика…
  • компьютер: цифровые калькуляторы Говарда Эйкена
    Пока Буш работал над аналоговыми вычислениями в Массачусетском технологическом институте, профессор Гарвардского университета Говард Эйкен работал с цифровыми устройствами для вычислений. Он начал реализовывать аппаратно что-то вроде аналитической машины Бэббиджа, о которой он читал. Начиная с 1937 года он…
  • компьютер: цифровые компьютеры
    В отличие от аналоговых компьютеров, цифровые компьютеры представляют информацию в дискретной форме, обычно в виде последовательностей нулей и единиц (двоичных цифр). , или биты). Современная эра цифровых компьютеров началась в конце 1930-х — начале 1940-х годов в США, Великобритании и…
История у вас под рукой
Зарегистрируйтесь здесь, чтобы каждый день видеть, что происходило в этот день, в своем почтовом ящике!
Спасибо за подписку!
Следите за новостной рассылкой Britannica, чтобы получать достоверные новости прямо в ваш почтовый ящик.



Центральный процессор

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН

Доминик Розато, Дональд Розато, в дизайне изделий из пластмасс, 2003

Центральный процессорный блок

Центральный процессор (ЦП) компьютера — это часть компьютера, которая получает и выполняет инструкции онс. ЦП — это, по сути, мозг системы CAD. Он состоит из арифметико-логического блока (АЛУ), блока управления и различных регистров. ЦП часто называют просто процессором. ALU выполняет арифметические операции, логические операции и связанные операции в соответствии с инструкциями программы.

Блок управления контролирует все операции ЦП, включая операции ALU, перемещение данных внутри ЦП и обмен данными и сигналами управления через внешние интерфейсы (системная шина). Регистры — это высокоскоростные блоки внутренней памяти ЦП. Некоторые регистры видны пользователю; то есть доступны программисту через набор машинных команд. Другие регистры предназначены исключительно для ЦП в целях управления. Внутренние часы синхронизируют все компоненты ЦП. Тактовая частота (количество тактовых импульсов в секунду) измеряется в мегагерцах (МГц) или миллионах тактовых импульсов в секунду. Тактовая частота в основном определяет, насколько быстро команда обрабатывается ЦП.

Просмотреть главу Книга покупок
Читать главу полностью
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781856174169500065
Оцените статью
logicle.ru
Добавить комментарий