komputer
 
Encyklopedia
komputer
[ang. < łac. computare ‘rozważać’, ‘obliczyć’],
elektroniczna maszyna cyfrowa,
urządzenie elektroniczne przeznaczone do przetwarzania informacji (danych) przedstawionych w postaci cyfrowej, sterowane programem zapisanym w pamięci.
Pojęcie komputera obejmuje obecnie zarówno komputery zaprogramowane na stałe, używane jako automaty sterujące, np. w urządzeniach gospodarstwa domowego, jak i komputery uniwersalne, dające się dowolnie zaprogramować.
Najpopularniejszymi komputerami są komputery osobiste, przeznaczone dla pojedynczego użytkownika korzystającego z oprogramowania biurowego, przeglądarek internetowych, gier itp.; do takich komputerów można dołączyć monitor, klawiaturę i mysz, dane wprowadza się z dysków optycznych (m.in. CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray), zewnętrznych dysków twardych (magnetycznych) oraz pamięci USB; obecnie zwykle komputery te są przystosowane do pracy w Internecie lub innej sieci komputerowej. Stacje robocze, także przeznaczone dla jednego użytkownika, są używane, gdy jest wymagana większa moc obliczeniowa, np. do przetwarzania informacji multimedialnych (grafika, dźwięk) lub tworzenia oprogramowania. Komputery osobiste i stacje robocze nazywa się też mikrokomputerami. Serwery (zwane też minikomputerami; serwer) są przeznaczone do jednoczesnej obsługi wielu użytkowników, pracujących na własnych komputerach osobistych lub stacjach roboczych dołączonych przez sieć komputerową (klient). Serwery są też wykorzystywane w Internecie (WWW). Dużych komputerów (ang. mainframe) używa się, gdy są wymagane: ogromna moc obliczeniowa, obsługa wielu użytkowników (np. kilkudziesięciu tysięcy jednocześnie) i praktycznie ciągła dostępność (99,999%); zwykle mają wiele procesorów (które mogą wykonywać różne zadania) i mogą być zarządzane przez różne systemy operacyjne. Superkomputery (np. Cray) są przeznaczone do złożonych obliczeń numerycznych; ich architektura jest zoptymalizowana pod kątem szybkiego wykonywania obliczeń na liczbach zmiennopozycyjnych o dużej dokładności; mogą mieć kilka tysięcy procesorów.
Budowa. Główne części składowe komputera stanowią: procesor, pamięć operacyjna oraz urządzenia peryferyjne (zewnętrzne). Zadaniem procesora, zwanego też czasem jednostką centralną, jest wykonywanie rozkazów i sterowanie pracą pozostałych bloków funkcjonalnych komputera; na procesor składają się głównie: układ sterowania, jednostka arytmetyczno-logiczna, zwana arytmometrem, oraz zespół rejestrów: rejestr rozkazów, licznik rozkazów, akumulatory i in.; procesor wykonuje kolejne cykle rozkazowe pobierając rozkazy i dane bezpośrednio z pamięci operacyjnej, składającej się z  „ponumerowanych” (adres) komórek (przechowujących słowa bitowe). Urządzenia peryferyjne, dołączone do komputera najczęściej za pośrednictwem układów wejścia–wyjścia, służą do komunikacji komputera ze światem zewnętrznym (z użytkownikiem), np. klawiatura, monitor ekranowy, drukarka, mysz, joystick, pióro świetlne, skaner, ploter; do urządzeń peryferyjnych zalicza się też pamięci zewnętrzne, np. dyski magnetyczne i optyczne. Urządzenia peryferyjne w obecnie używanych komputerach pracują z reguły jako autonomiczne jednostki współbieżnie z procesorem.
Zasada działania. Informacja w komputerze jest przedstawiona w postaci ciągu elementów ze zbioru dwuelementowego; elementy te są nazywane bitami i oznaczane symbolami 0 i 1; fizycznie są reprezentowane przez 2 różne stany elektryczne lub magnetyczne układów komputera. Ciągi bitów o określonej długości, będącej zwykle wielokrotnością 8 (bajt), są zapisywane w komórkach pamięci bądź rejestrach komputera; ciąg taki jest zwany słowem maszynowym, a jego interpretację w danej chwili określa rodzaj wykonywanego na nim działania, np. gdy jest to działanie arytmetyczne, słowo jest traktowane jako zapis liczby (w określony dla danego komputera sposób; arytmetyka komputerowa); gdy jest to działanie logiczne — słowo jest zapisem wartości logicznej itd. Każdy komputer ma ustalony zestaw działań, zwany listą rozkazów, z których są budowane programy. Rozkaz ma postać słowa maszynowego, składającego się z części operacyjnej (będącej zakodowanym działaniem) i części adresowej (informacja, na której to działanie ma być wykonane, lub jej adres, tzn. numer komórki pamięci zawierającej tę informację). W chwili gdy słowo znajduje się w rejestrze rozkazów, jest interpretowane jako rozkaz. Na wykonanie rozkazu składa się wiele operacji wykonywanych przez różne podzespoły komputera Operacje te tworzą tzw. cykl rozkazu — jedną z nich jest wskazanie słowa, które w następnym cyklu będzie wprowadzone do rejestru rozkazów jako następny wykonywany rozkaz. Przejście do następnego cyklu następuje zaraz po zakończeniu aktualnie realizowanego — w ten sposób przebiega samoczynne wykonanie sekwencji rozkazów, wymagające tylko zapoczątkowania (wprowadzenia do rejestru rozkazów pierwszego rozkazu). Program w języku wewnętrznym komputera to zatem zbiór słów, z którego wybiera on i wykonuje sekwencję rozkazów w opisany wyżej sposób (dla użytkownika program to zapis pewnego algorytmu). Opisana powyżej zasada wewnętrznego sterowania pochodzi od J. von Neumanna (1950).
Oprogramowanie stanowi zespół programów wykonywanych przez komputer; określane często terminem angielskim software, w połączeniu ze sprzętem komputerowym (elektroniczne i mechaniczne części komputera), zwanym dla przeciwieństwa hardware, tworzy system komputerowy. Do oprogramowania podstawowego zalicza się programy niezbędne do efektywnej eksploatacji komputera (ułatwiające użytkownikowi wykonywanie innych programów), zwane systemami operacyjnymi. Programy uruchamiane na danym komputerze pod danym systemem operacyjnym nazywa się programami użytkowymi bądź aplikacjami. Wśród nich specjalną rolę pełnią kompilatory (kompilacja), tłumaczące algorytmy zapisane w danym języku programowania na programy wykonywane przez komputer (ciągi bitów); są to programy używane głównie przez programistów. Do powszechnie używanych programów użytkowych należą: edytory tekstu, arkusze obliczeniowe, bazy danych, a także różne rodzaje gier komputerowych. Do bardziej wyspecjalizowanych należą programy do tworzenia grafiki (grafika komputerowa), a także wspomagające inżynierów i projektantów (CAD). Liczba programów wspomagających najróżniejsze rodzaje działalności ludzkiej stale rośnie, przy czym ich cena (zwłaszcza oprogramowania tworzonego na specjalne zamówienie użytkownika) często znacznie przewyższa cenę samego sprzętu komputerowego.
Rys historyczny. Do XVII w. jedynymi przyrządami ułatwiającymi liczenie były różnego rodzaju liczydła. Znaczny postęp nastąpił po odkryciu logarytmów (pałeczki Nepera, suwak logarytmiczny). W tym okresie powstały też pierwsze maszyny liczące (W. Schickard, B. Pascal, S. Morland, G.W. Leibniz), wykonujące mechanicznie operacje dodawania i odejmowania, a niektóre także mnożenia i dzielenia. Prawdziwych początków informatyki można się jednak doszukiwać dopiero w XIX w., gdy Ch. Babbage stworzył koncepcję automatycznej i uniwersalnej maszyny liczącej (projekt „maszyny analitycznej”, po częściowo skonstruowanej „maszynie różnicowej”), odpowiadającej w swej strukturze współczesnemu komputerowi: z pamięcią (magazynem) i jednostką liczącą (młynem), sterowaną programem zapisanym na kartach dziurkowanych; ok. 1800 takie karty zostały użyte przez J.M. Jacquarda do sterowania krosnem tkackim, a ok. 1890 przez H. Holleritha do automatyzacji prac przy spisie powszechnym w Stanach Zjednoczonych. Idee Babbage’a zostały zrealizowane dopiero przez matematyka amerykańskiego H. Aikena, który 1944 zbudował z przekaźników elektromechanicznych maszynę liczącą, znaną pod nazwą ASCC (ang. Automatic Sequence Controlled Calculator) lub MARK I i którą można uznać za pierwszy komputer. Era współczesnych komputerów rozpoczęła się w momencie zastosowania w nich elementów elektronicznych umożliwiających znaczne przyspieszenie wykonywanych działań; pierwszą całkowicie elektroniczną (zawierała 18 tysięcy lamp elektronowych) maszyną cyfrową był ENIAC (ang. Electronic Numerical Integrator And Calculator), zbudowany 1946 przez amerykańskich uczonych J. Mauchly’ego i J.P. Eckerta; ENIAC był ponad 1000 razy szybszy od komputera MARK I. W dalszym rozwoju komputerów rozróżnia się kilka etapów, zwanych generacjami komputera: I. 1946–59, kiedy podstawowymi elementami komputera były lampy elektronowe, II. 1959–65 — tranzystory, III. 1965–75 — układy scalone, IV. od 1975 — układy scalone wielkiej skali integracji (VLSI). Pierwszym uruchomionym w Polsce komputerem był XYZ, wykonany techniką lampową, pod kierunkiem L. Łukaszewicza (1958).
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia