Tietokone

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 17. maaliskuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 78 muokkausta .

Tietokone ( englanniksi  computer , MPA : [kəmˈpjuː.tə(ɹ)] [1]  - "laskin", latinasta  computare  - laske, laske [2] ) - termi, joka tuli venäjän kieleen vieraista kielistä ​​(pääasiassa ) Englanti ) lähteet, yksi elektronisen tietokoneen nimistä . [3] Käytetään tässä merkityksessä venäjän kirjallisessa kielessä, [4] [5] tieteellisessä, populaaritieteellisessä kirjallisuudessa. [6]

Tietokoneiden käyttöä eri tarkoituksiin kuvaavat termit automatisoitu (esim. automatisoitu ohjaus), [7] koneellinen (esim. tietokonegrafiikka), [8] laskennallinen (esim. laskenta). [9]

EAEU : n lainsäädännössä :

Tietokone on laite, joka suorittaa loogisia toimintoja ja tietojenkäsittelyä, voi käyttää syöttö- ja tulostuslaitteita tietojen näyttämiseen ja sisältää yleensä keskusyksikön (CPU) toimintojen suorittamiseen. Jos CPU:ta ei ole, laitteen on toimittava "asiakasyhdyskäytävänä" tietokonepalvelimelle, joka toimii tietojenkäsittely-yksikkönä.

— TR EAEU 048/2019 Euraasian talousliiton tekniset määräykset "Energiaa kuluttavien laitteiden energiatehokkuutta koskevista vaatimuksista. Liite 17

Tietokonejärjestelmä  - mikä tahansa laite tai ryhmä toisiinsa kytkettyjä tai vierekkäisiä laitteita, joista yksi tai useampi ohjelman mukaisesti toimii automaattisena tietojenkäsittelynä [10] .

Terminologian historia

Sana tietokone on johdettu englannin sanoista compute , computer , jotka on käännetty "compute", "computer" (englanninkielinen sana puolestaan ​​tulee latinan sanasta computāre  - "compute"). Aluksi englanniksi tämä sana tarkoitti henkilöä, joka suorittaa aritmeettisia laskelmia mekaanisten laitteiden kanssa tai ilman. Myöhemmin sen merkitys siirrettiin itse koneisiin, mutta nykyaikaiset tietokoneet suorittavat monia tehtäviä, jotka eivät liity suoraan matematiikkaan .

Ensimmäinen tulkinta sanasta tietokone ilmestyi vuonna 1897 Oxford English Dictionary -sanakirjassa . Sen kääntäjät ymmärsivät sitten tietokoneen mekaanisena laskentalaitteena . Vuonna 1946 sanakirjaa täydennettiin lisäyksillä, jotka mahdollistivat digitaalisten , analogisten ja elektronisten tietokoneiden käsitteiden erottamisen.

Tietokoneen käsite on erotettava elektronisen tietokoneen (tietokoneen) käsitteestä. jälkimmäinen on yksi tapa toteuttaa tietokone. Tietokone edellyttää elektronisten komponenttien käyttöä toiminnallisina yksiköinä, mutta tietokone voidaan järjestää myös muilla periaatteilla - se voi olla mekaaninen , biologinen , optinen , kvantti jne., joka toimii liikkuvien mekaanisten osien, liikkuvien elektronien , fotonien tai vaikuttaa muihin fyysisiin ilmiöihin. Lisäksi tietokone voi toimintatyypin mukaan olla digitaalinen (tietokone) ja analoginen (AVM). Toisaalta termi "tietokone" tarkoittaa mahdollisuutta muuttaa suoritettavaa ohjelmaa ( uudelleenohjelmointi ), mikä ei ole mahdollista kaikentyyppisissä tietokoneissa.

Tällä hetkellä tietokone-termi, joka viittaa enemmänkin tietokoneen tiettyyn fyysiseen toteutukseen, on lähes puristettu pois jokapäiväisestä käytöstä ja sitä käyttävät pääasiassa digitaalielektroniikka-insinöörit oikeudellisena terminä oikeudellisissa asiakirjoissa sekä historiallisessa merkityksessä - viittaamaan 1940-1980-lukujen tietotekniikkaan ja suuriin tietokoneisiin, toisin kuin henkilökohtaisiin .

Historia

Tietotekniikan eksponentiaalinen kehitys

Integroidun piirin keksimisen jälkeen tietokonetekniikan kehitys kiihtyi dramaattisesti. Tämä empiirinen tosiasia, jonka Intelin toinen perustaja Gordon E. Moore huomasi vuonna 1965 , nimettiin hänen mukaansa Mooren laiksi . Tietokoneiden miniatyrisointiprosessi kehittyy yhtä nopeasti. Ensimmäiset elektroniset tietokoneet (esimerkiksi ENIAC :n vuonna 1946 luomat ) olivat valtavia laitteita, jotka painoivat tonneja, veivät kokonaisia ​​huoneita ja vaativat suuren määrän avustajia toimiakseen menestyksekkäästi. Ne olivat niin kalliita, että vain hallituksilla ja suurilla tutkimusorganisaatioilla oli niihin varaa, ja ne vaikuttivat niin eksoottisilta, että näytti siltä, ​​että pieni kourallinen tällaisia ​​järjestelmiä voisi tyydyttää kaikki tulevaisuuden tarpeet. Sitä vastoin nykypäivän tietokoneet - paljon tehokkaammat ja pienemmät ja paljon halvemmat - ovat tulleet todella kaikkialle.

Matemaattiset mallit

Arkkitehtuuri ja rakenne

Tietokoneen arkkitehtuuri voi vaihdella ratkaistavien tehtävien tyypin mukaan. Tietokonearkkitehtuurin optimointi suoritetaan, jotta tutkittuja fyysisiä (tai muita) ilmiöitä voidaan matemaattisesti simuloida mahdollisimman realistisesti. Joten elektronivirtoja voidaan käyttää vesivirtojen malleina patojen, patojen tai verenvirtauksen tietokonemallintamisessa (simulaatiossa) ihmisen aivoissa . Samankaltaiset analogiset tietokoneet olivat yleisiä 1960-luvulla , mutta nykyään ne ovat harvinaisia.

Suoritetun tehtävän tulos voidaan esitellä käyttäjälle erilaisilla syöttö- ja tulostuslaitteilla, kuten lamppuilmaisimilla, näytöillä , tulostimilla , projektoreilla jne.

Kvanttitietokoneet

Kvanttitietokone  on laskentalaite, joka käyttää kvantti-superpositiota ja kvanttiketutumista tiedon siirtämiseen ja käsittelemiseen. Kvanttitietokone ei toimi biteillä , vaan kubiteilla . Tämän seurauksena sillä on kyky käsitellä kaikkia mahdollisia tiloja samanaikaisesti ja saavuttaa valtavan paremman tavanomaisiin tietokoneisiin verrattuna useissa algoritmeissa.

Täysimääräinen kvanttitietokone on edelleen hypoteettinen laite, jonka rakentamisen mahdollisuus liittyy vakavaan kvanttiteorian kehitykseen. Tämän alueen kehitys liittyy modernin fysiikan uusimpiin löytöihin ja saavutuksiin . Nyt on toteutettu vain muutamia kokeellisia järjestelmiä, jotka suorittavat kiinteän, vähän monimutkaisia ​​​​algoritmia.

Ensimmäinen Käytännöllinen korkean tason ohjelmointikieli tällaiselle tietokoneelle on Quipper, joka perustuu Haskelliin (ks . Quantum ohjelmointi ).

Suunnitteluominaisuudet

Nykyaikaisissa tietokoneissa käytetään kaikkia tietotekniikan kehityksen aikana kehitettyjä suunnitteluratkaisuja , jotka eivät pääsääntöisesti riipu tietokoneiden fyysisestä toteutuksesta, vaan ovat itsessään perusta, johon kehittäjät luottavat. Alla on tärkeimmät kysymykset, jotka tietokoneiden luojat ratkaisivat:

Digitaalinen tai analoginen

Peruspäätös tietokoneen suunnittelussa on, tuleeko siitä digitaalinen vai analoginen järjestelmä. Jos digitaaliset tietokoneet toimivat erillisten numeeristen tai symbolisten muuttujien kanssa, analogiset tietokoneet on suunniteltu käsittelemään jatkuvia saapuvia tietovirtoja. Nykyään digitaalisilla tietokoneilla on paljon laajempi valikoima sovelluksia, vaikka niiden analogisia vastineita käytetään edelleen joihinkin erityistarkoituksiin. On myös mainittava, että muutkin lähestymistavat ovat mahdollisia tässä, joita käytetään esimerkiksi pulssi- ​​ja kvanttilaskennassa, mutta toistaiseksi ne ovat joko pitkälle erikoistuneita tai kokeellisia ratkaisuja.

Esimerkkejä analogisista laskimista yksinkertaisista monimutkaisiin ovat: nomogrammi , liukusäädin , astrolabe , oskilloskooppi , televisio , analoginen ääniprosessori , autopilotti , aivot .

Yksinkertaisimpien diskreettien laskimien joukossa tunnetaan abacus eli tavallinen abacus ; monimutkaisin tällaisista järjestelmistä on supertietokone .

Numerojärjestelmä

Esimerkki desimaalipohjaisesta tietokoneesta on ensimmäinen amerikkalainen Mark I -tietokone .

Tärkein askel tietotekniikan kehityksessä oli siirtyminen lukujen sisäiseen esittämiseen binäärimuodossa [16] . Tämä yksinkertaisti huomattavasti tietokonelaitteiden ja oheislaitteiden suunnittelua . Binäärilukujärjestelmän ottaminen perustaksi helpotti aritmeettisten funktioiden ja loogisten operaatioiden toteuttamista.

Siirtyminen binäärilogiikkaan ei kuitenkaan ollut välitön ja ehdoton prosessi. Monet suunnittelijat ovat yrittäneet kehittää tietokoneita tutumman desimaalilukujärjestelmän perusteella . Myös muita rakentavia ratkaisuja käytettiin. Joten yksi varhaisista Neuvostoliiton koneista toimi kolminumerojärjestelmän perusteella , jonka käyttö on monessa suhteessa kannattavampaa ja kätevämpää kuin binäärijärjestelmä ( lahjakas Neuvostoliiton insinööri kehitti ja toteutti Setun - kolmiotietokoneprojektin N.P. Brusentsov ).

Akateemikko Ya. A. Khetagurovin ohjauksessa kehitettiin "erittäin luotettava ja turvallinen ei-binäärisen koodausjärjestelmän mikroprosessori reaaliaikaisille laitteille", jossa käytettiin 1/4 koodausjärjestelmää aktiivisella nollalla.

Yleisesti ottaen sisäisen tiedonesitysjärjestelmän valinta ei kuitenkaan muuta tietokoneen toiminnan perusperiaatteita - mikä tahansa tietokone voi jäljitellä mitä tahansa muuta.

Ohjelmien ja tietojen tallennus

Laskelmien suorittamisen aikana on usein tarpeen tallentaa välitietoja myöhempää käyttöä varten. Monien tietokoneiden suorituskyvyn määrää suurelta osin nopeus, jolla ne voivat lukea ja kirjoittaa arvoja muistiin ( muistista ) ja sen kokonaiskapasiteetti. Aluksi tietokoneen muistia käytettiin vain väliarvojen tallentamiseen, mutta pian ehdotettiin, että ohjelmakoodi tallennettaisiin samaan muistiin ( von Neumann-arkkitehtuuri , alias "Princeton") tietojen kanssa. Tätä ratkaisua käytetään nykyään useimmissa tietokonejärjestelmissä. Ohjausohjaimille (mikrotietokoneille) ja signaaliprosessoreille järjestelmä , jossa tiedot ja ohjelmat tallennetaan muistin eri osiin ( Harvard-arkkitehtuuri ) osoittautui kuitenkin kätevämmiksi.

Ohjelmointi

Koneen kyky suorittaa tietty, muuttuva käskysarja ( ohjelma ) ilman fyysistä uudelleenkonfigurointia on tietokoneiden perusominaisuus. Tätä ominaisuutta kehitettiin edelleen, kun koneet saivat kyvyn ohjata dynaamisesti ohjelman suoritusprosessia. Tämän ansiosta tietokoneet voivat itsenäisesti muuttaa järjestystä, jossa ohjelmakäskyt suoritetaan tietojen tilasta riippuen. Ensimmäisen todella toimivan ohjelmoitavan tietokoneen suunnitteli saksalainen Konrad Zuse vuonna 1941 .

Laskelmien avulla tietokone pystyy käsittelemään tietoa tietyn algoritmin mukaan . Minkä tahansa tietokoneen ongelman ratkaisu on laskutoimitussarja.

Useimmissa nykyaikaisissa tietokoneissa ongelma kuvataan ensin niiden ymmärtämässä muodossa (kaikki tiedot yleensä esitetään binäärimuodossa - ykkösten ja nollien muodossa, vaikka tietokone voidaan toteuttaa myös muilla perusteilla, kokonaislukuina - esimerkiksi kolmiosainen tietokone , niin ja ei-kokonaisluku), jonka jälkeen sen käsittelytoimenpiteet pelkistetään yksinkertaisen logiikan algebran käyttöön . Riittävän nopealla elektronisella tietokoneella voidaan ratkaista useimmat matemaattiset ongelmat sekä useimmat matemaattisiksi pelkistetyt tiedonkäsittelyongelmat.

On havaittu, että tietokoneet eivät pysty ratkaisemaan kaikkia matemaattisia ongelmia. Englantilainen matemaatikko Alan Turing kuvaili ensimmäistä kertaa ongelmia, joita ei voida ratkaista tietokoneilla .

Sovellus

Ensimmäiset tietokoneet luotiin yksinomaan tietojenkäsittelyä varten (mikä näkyy nimissä "tietokone" ja "tietokone"). Jopa tämän alueen alkeellisimmat tietokoneet ovat monta kertaa parempia kuin ihmiset (lukuun ottamatta joitakin ainutlaatuisia ihmislaskureita). Ei ole sattumaa, että ensimmäinen korkean tason ohjelmointikieli oli Fortran , joka on suunniteltu yksinomaan matemaattisten laskelmien suorittamiseen.

Tietokannat olivat toinen suuri sovellus. Ensinnäkin hallitukset ja pankit tarvitsivat niitä. Tietokannat vaativat monimutkaisempia tietokoneita kehittyneillä syöttö-tulostusjärjestelmillä ja tiedontallennuksella. Näitä tarkoituksia varten kehitettiin Cobol -kieli . Myöhemmin DBMS ilmestyi omilla ohjelmointikielillään .

Kolmas sovellus oli kaikenlaisten laitteiden ohjaus. Täällä kehitys eteni pitkälle erikoistuneista laitteista (usein analogisista) ohjausohjelmia ajavien standarditietokonejärjestelmien asteittaiseen käyttöönottoon. Lisäksi yhä useampaan teknologiaan aletaan sisällyttää ohjaustietokone.

Neljäs. Tietokoneet ovat kehittyneet niin paljon, että niistä on tullut tärkein tietoväline sekä toimistossa että kotona. Nykyään lähes kaikki tiedon kanssa työskentely tapahtuu usein tietokoneen kautta - olipa kyse sitten kirjoittamisesta tai elokuvien katselusta . Tämä koskee sekä tiedon tallentamista että sen välittämistä viestintäkanavien kautta. Nykyaikaisten kotitietokoneiden pääasiallinen käyttötarkoitus on Internet -navigointi ja pelaaminen .

Viides. Nykyaikaisia ​​supertietokoneita käytetään monimutkaisten fyysisten, biologisten, meteorologisten ja muiden prosessien tietokonemallintamiseen ja sovellettavien ongelmien ratkaisemiseen. Esimerkiksi simuloida ydinreaktioita tai ilmastonmuutosta. Jotkut projektit toteutetaan hajautetulla tietojenkäsittelyllä , kun suuri määrä suhteellisen heikkoja tietokoneita työskentelee samanaikaisesti yhteisen tehtävän pienillä osilla muodostaen näin erittäin tehokkaan tietokoneen.

Tietokoneiden monimutkaisin ja alikehittynein sovellus on tekoäly  - tietokoneiden käyttö sellaisten ongelmien ratkaisemiseen, joissa ei ole selkeästi määriteltyä enemmän tai vähemmän yksinkertaista algoritmia. Esimerkkejä tällaisista tehtävistä ovat pelit , tekstin konekäännös , asiantuntijajärjestelmät .

Muistiinpanot

  1. ↑ Englanninkielinen ääntäminen annettu; amerikkalainen variantti on myös mahdollinen : [kəmˈpjuː.tɚ] . Normatiivinen ääntäminen venäjäksi: [kɐmˈpʲjʉtʲɪr]
  2. ↑ Vieraiden sanojen sanakirja. - M .: " Venäjän kieli ", 1989. - 624 s. ISBN 5-200-00408-8
  3. ↑ Tietokone // Kybernetiikan tietosanakirja. Osa yksi. Abs - Mir - Kiev, Ukrainan neuvostotietosanakirjan pääpainos, 1974
  4. ↑ Toisen painoksen esipuhe // Venäjän kielen sanakirja neljässä osassa. Osa I A-I - M .: Venäjän kieli, 1985.
  5. ↑ Tietokone // Venäjän kielen sanakirja neljässä osassa. Osa II K-O - M .: Venäjän kieli, 1986.
  6. ↑ Tietokone//Uusi polytekninen sanakirja/ Ch. toim. A. Yu. Ishlinsky. - M .: Suuri venäläinen tietosanakirja, 2000.
  7. ↑ C.229 tietokoneavusteinen testaus / / Computing Systems selittävä sanakirja = Dictionary of Computing / Toim. V. Illingworth ja muut: Per. englannista. A. K. Belotsky ja muut; Ed. E.K. Maslovsky. - M . : Mashinostroenie, 1990. - 560 s. - 70 000 (lisä) kopiota.  - ISBN 5-217-00617-X (Neuvostoliitto), ISBN 0-19-853913-4 (Yhdistynyt kuningaskunta).
  8. ↑ C.235-tietokonegrafiikka // Computing Systemsin selittävä sanakirja = Dictionary of Computing / Toim. V. Illingworth ja muut: Per. englannista. A. K. Belotsky ja muut; Ed. E.K. Maslovsky. - M . : Mashinostroenie, 1990. - 560 s. - 70 000 (lisä) kopiota.  - ISBN 5-217-00617-X (Neuvostoliitto), ISBN 0-19-853913-4 (Yhdistynyt kuningaskunta).
  9. ↑ C.242 tietojenkäsittelytiede// Dictionary of Computing Systems = Dictionary of Computing / Toim. V. Illingworth ja muut: Per. englannista. A. K. Belotsky ja muut; Ed. E.K. Maslovsky. - M . : Mashinostroenie, 1990. - 560 s. - 70 000 (lisä) kopiota.  - ISBN 5-217-00617-X (Neuvostoliitto), ISBN 0-19-853913-4 (Yhdistynyt kuningaskunta).
  10. ↑ Tietokonerikollisuutta koskeva yleissopimus . Haettu 9. lokakuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 10. marraskuuta 2016.
  11. ↑ Filosofit. Leibnizin elämä ja teokset (linkki ei saatavilla) . Haettu 17. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 7. heinäkuuta 2012. 
  12. ↑ Johann Helfrich Müllerin laskukoneet Arkistoitu 10. helmikuuta 2012 Wayback Machinessa 
  13. ↑ Thomas Fowlerin kolmijakoinen laskukone . Käyttöpäivä: 20. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 20. tammikuuta 2012.
  14. ↑ Thomas Fowlerin verkkosivusto . Käyttöpäivä: 20. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 16. toukokuuta 2014.
  15. ↑ Vannevar Bushin differentiaalianalysaattori arkistoitu 15. huhtikuuta 2009 Wayback Machinessa 
  16. ↑ Osa 5.2 Binäärijärjestelmän valinta

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat