Комп'ютер

Комп’ютер

Комп'ю́тер (від англ. computer — обчислювач), обчи́слювальна маши́на — програмно-керований пристрій для обробки інформації шляхом орудування (оперування) даними, поданими у числовому вигляді. За своєю будовою обчислювальна машина може бути механічним або немеханічним (електронним чи на інших засадах) пристроєм, призначеним для проведення обчислень, які можуть відбуватися дискретно або безперервно. Комп'ютер здійснює роботу, застосовуючи переміщення будь-яких механічних частин, рух електронів, фотонів або інші фізичні явища.

У вужчому значенні «комп'ютер» — це електронний пристрій з можливістю програмування, який здійснює обчислення за заздалегідь визначеним алгоритмом, оскільки з другої половини ХХ ст. майже всі комп'ютери створені з використанням електронних пристроїв як робочих вузлів.

Перші комп'ютери були призначені лише для виконання обчислень, але на сьогодні (2020-і) комп'ютери використовують у промисловості та техніці як системи керування — вони є невід'ємною частиною складної побутової техніки (телевізори, пральні машини, мікрохвильові печі, телефони), промислових роботів, АСУ, електронних систем для транспортних засобів, військової техніки та озброєння.

Сучасний комп’ютер складається з центрального процесора, який відповідає за обробку інформації, та пристрою пам’яті на основі напівпровідникових мікросхем, в якому інформація зберігається. Результат виконаної роботи може бути поданий користувачеві за допомогою різних пристроїв виведення інформації: у вигляді зображення на екрані монітора, роздрукований на папері за допомогою принтера, відтворений у звуковій формі або іншим доступним способом. Пристрої введення (клавіатури, миші, джойстики тощо) дають змогу також вводити дані в систему із зовнішніх джерел.

Для більшості сучасних комп'ютерів алгоритм і дані, необхідні для його роботи, подають у вигляді електричних сигналів, які зберігаються у пам'яті комп'ютера у двійковій формі. Дії щодо обробки інформації зводяться до застосування алгебри логіки до цих числових значень. Оскільки майже вся математика зводиться до виконання булевих операцій, електронний комп'ютер застосовують для розв’язання більшості математичних задач і завдань з обробки інформації, які можуть бути зведені до математичних операцій. Водночас виявлено, що комп'ютери не здатні розв’язати будь-яку математичну задачу — вперше на такі обмеження вказав англійський математик Алан Тюрінг.

Слово «комп'ютер» є похідним від англійських слів to compute, computer, які перекладаються як «обчислювати», «обчислювач» (англійське слово, своєю чергою, походить від латинського computār — «вирахувати»). Спочатку англійською мовою це слово означало людину, яка проводить арифметичні обчислення із залученням або без залучення механічних пристроїв. Надалі його значення було перенесене на самі обчислювальні машини, проте сучасні комп'ютери виконують безліч завдань, не пов'язаних безпосередньо з математикою.

Вперше трактування слова «комп'ютер» з'явилося 1896 року в Оксфордському словнику англійської мови. Його укладачі тоді розуміли комп'ютер як механічний обчислювальний пристрій. В 1946 році у словнику з'явилися доповнення, що дають змогу виокремити поняття цифрового, аналогового і електронного комп'ютера.

В українській мові англіцизм «комп'ютер» за своєю суттю є тотожним терміну «електронно-обчислювальна машина»(ЕОМ), який вживається у науковій-технічній літературі та юридичній практиці як більш загальний термін, в історичному сенсі — щодо обчислювальної техніки 1940-1980-х років і для позначення великих обчислювальних пристроїв чи серверного обладнання (на відміну від персональних комп'ютерів).

В часи розповсюдження аналогових обчислювальних машин, які, фактично, реалізовували процес фізичного моделювання з отриманням результату вимірюванням, для електронних обчислювальних машин використовували назву «цифрова електронна обчислювальна машина» (ЦЕОМ, ЦОМ) або «лічильна» машина (для підкреслення того, що цифрова електронна машина саме реалізує безпосередньо обчислення результату).

• 1941 рік — німецький інженер Конрад Цузе створює обчислювальну машину Z3, що мала всі властивості сучасного комп'ютера.
• 1942 рік — в Університеті штату Айова (англ. Iowa State University) Джон Атанасов (англ. John Atanasoff) та його аспірант Кліффорд Беррі (англ. Clifford Berry) створили (а точніше — розробили та почали монтувати) першу в США електронну цифрову обчислювальну машину (англ. Atanasoff-Berry Computer — ABC (обчислювальна машина)). Хоча ця машина так і не була завершена (Атанасов пішов у діючу армію), вона, як пишуть історики, мала великий вплив на Джона Моклі, який створив через два роки перший комп'ютер ENIAC. Цей комп'ютер був створений на замовлення міністерства оборони США. ENIAC був завдовжки — 30 м, заввишки — 2,40 м і вагою 30 tonnes. Ці машини були дуже ненадійними, наприклад, 1952 року на ENIAC було замінено дев'ятнадцять тисяч ламп — більше, ніж він містить.^[1] В його конструкції було використано 18 тисяч радіоламп, через що випромінюваного тепла було надто багато тож для охолодження були прилаштовані кондиціонери. Швидкодія становила 5 тис. операцій на секунду. Програму набирали вручну перемикачами та кабелями на спеціальному полі. Математик з Америки Джон фон Нейман вирішив записувати програму на електронну пам'ять комп'ютера, збільшив його швидкість. Згодом він запропонував використати двійкову систему для обчислень і запису команд програми.
• На початку 1943 року успішні випробування пройшла перша американська обчислювальна машина «Марк I», призначена для виконання складних балістичних розрахунків ВМФ США.
• В кінці 1943 року запрацювала англійська обчислювальна машина спеціального призначення «Колосс». Машина працювала над розшифровкою секретних кодів нацистської Німеччини.
• В 1944 році Конрад Цузе розробив ще швидшу обчислювальну машину Z4.
• 1946 став роком створення першої універсальної електронної цифрової обчислювальної машини ENIAC.
• В 1950 році в Києві під керівництвом академіка Лебедєва була створена перша в континентальній Європі ЕОМ — МЕОМ.
• В 1965 році випущено перший мінікомп'ютер PDP-8, що мав розмір холодильника і вартість 20 тис. доларів США.
• 1967 став роком, присвяченим формальним методам проєктування електронних обчислювальних машин під керівництвом Глушкова.
• 1965–1969 — наступним проривом української кібернетики стала серія машин «МІР», розроблена в Інституті кібернетики АН УРСР під керівництвом Віктора Глушкова. Її улаштування мало передову апаратну реалізацію мови програмування високого рівня та інтерпретацію аналітичних виразів. Технологія настільки випереджала тогочасні американські аналоги, що 1967 року на виставці в Лондоні ЕОМ «МІР-1» придбала американська корпорація IBM, що стало унікальним випадком купівлі радянської обчислювальної техніки компанією США.^[2][3]
• В 1971 році вчені групи Федеріко Фаджині (Federico Faggin), що працювали на фірму Intel, створили перший однокристальний мікропроцесор Intel 4004 (розрядність даних — 4 біти), який використовувався в мікрокалькуляторах.
• В 1974 році — компанія MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) розробила перший мікрокомп'ютер Altair 8800 на основі 8-бітного мікропроцесора Intel 8080.
• У серпні 1981 р., новий комп'ютер під назвою IBM PC, офіційно показаний публіці, швидко набув великої популярності у користувачів.

• EDSAC (1949, Кембридж, Велика Британія) — застосовував ртутні трубки (mercury delay lines) для збереження даних.
• Atlas (1950, США) — використовував магнітний барабан — обертовий циліндр з феромагнітним покриттям.
• МЕОМ (1950, Україна, напівзруйнований після Другої світової війни Київ) — застосовувала електронні тригери для пам’яті, що було значно надійніше й швидше.^[4]

Більшість сучасних обчислювальних машин мають блочно-модульну конструкцію: апаратну конфігурацію, необхідну для виконання певних робіт, можна складати з готових вузлів і блоків.

Системний блок — це основний вузол, у якому зібрані найважливіші компоненти персонального комп'ютера. Основною компонентою є материнська плата — своєрідний «фундамент» для всіх складових комп'ютера. Саме в неї вставляються всі основні пристрої: відеокарта, оперативна пам'ять, процесор, жорсткі диски тощо. Інакше кажучи, це платформа, на якій будується вся конфігурація комп'ютера. На ній розміщені:

• центральний процесор;
• шини — системи передавання даних і сигналів керування;
• оперативна пам'ять — набір мікросхем, призначених для зберігання даних під час їхнього безпосереднього опрацювання;
• постійна пам'ять — мікросхеми, призначені для постійного зберігання інформації, зокрема й за вимкненого живлення.

Завдяки тому, що чимало компонентів інтегровано безпосередньо в материнську плату, не всі вони можуть бути представлені як окремі складові елементи, прикладом — є плати із вмонтованими звуковою і відеокартами.

Центральний процесор (Central processing unit) — функціональна частина ЕОМ, призначена для інтерпретації команд програми, керування пристроями комп'ютера та виконання арифметичних і логічних операцій над даними. Зазвичай це компактний напівпровідниковий пристрій, що встромляється в гніздо на материнській платі.

За кількістю процесорних роз'ємів (сокетів) вирізняють однопроцесорні й багатопроцесорні (мультипроцесорні) материнські плати. Водночас за кількістю ядер у структурі самого центрального процесора вирізняють одноядерні й багатоядерні (мультиядерні) процесори.

• Калькулятор
• Консольний комп'ютер
• Мінікомп'ютер
• Мейнфрейм
• Персональний комп'ютер
  • Настільний комп'ютер
  • Ноутбук (лептоп)
    • Субноутбук
      • Нетбук
      • Смартбук
  • Планшетний комп'ютер
    • Ultra-Mobile PC
    • Інтернет-планшет
    • Електронна книга (пристрій)
  • Ігрова приставка (ігрова консоль)
  • Кишеньковий комп'ютер (КПК)
  • Комунікатор
  • Смартфон
  • Натільний комп'ютер
• Робоча станція
• Комп'ютер для операцій з функціями
• Сервер
• Суперкомп'ютер

• двійкові
• трійкові
• четвіркові^{[5][недоступне посилання з квітень 2021]}
• десяткові

• релейні
• лампові
• ферритодіодні
• транзисторні дискретні
• транзисторні інтегральні

Більш строгий підхід до класифікації базується на відстеженні використаних для створення комп'ютерів технологій. Найдавніші обчислювальні пристрої були повністю механічними системами, перед Другою світовою війною розробляли машини на основі електромеханічних реле, а у 1940-х створили повністю електронні комп'ютери на основі електронних ламп. У 1950—1960-х роках на зміну лампам прийшли транзистори, а в кінці 1960-х — початку 1970-х років — напівпровідникові інтегральні схеми (кремнієві чипи), які використовують і досі.

Поданий перелік технологій не є вичерпним, він описує лише основну тенденцію розвитку обчислювальної техніки. У різні періоди історії досліджували можливість створення обчислювальних машин на основі багатьох інших, нині забутих і часом доволі екзотичних, технологій.

На цей час ведуться серйозні роботи зі створення оптичних комп'ютерів, які замість традиційної електрики використовують світлові сигнали. Інший перспективний напрям передбачає використання досягнень молекулярної біології та досліджень ДНК. І, нарешті, один з найновіших підходів, здатний привести до грандіозних змін в обчислювальній техніці, оснований на розробці квантових комп'ютерів.

Однак здебільшого технологія виготовлення комп'ютера є набагато менш важливою, ніж закладені в його основу конструкторські рішення.

• Механічний комп'ютер
  • Пневматичний комп'ютер
  • Гідравлічний комп'ютер
• Оптичний комп'ютер
• Електронний комп'ютер
• Квантовий комп'ютер
• Нанокомп'ютер
• Біокомп'ютер
  • Біокомп'ютер Едлмана
  • Кінцевий біоавтомат Шапіро

Одним з найпростіших способів класифікувати різні типи обчислювальних пристроїв є визначення їхніх можливостей. Отож усі обчислювачі можна зачислити до одного з трьох типів:

• спеціалізовані пристрої, які вміють виконувати тільки одну функцію (наприклад Антикітерський механізм 87 року до н. е. чи нитковий віщун Вільяма Томсона 1876 року);
• пристрої спеціального призначення, здатні виконувати обмежений діапазон функцій (перша Різницева машина Чарлза Беббіджа та різноманітні диференціальні аналізатори);
• пристрої загального призначення, які використовують сьогодні. Назву «комп'ютер» застосовують зазвичай саме до машин загального призначення.

Для сучасних комп'ютерів найважливішою особливістю, що відрізняє їх від ранніх обчислювальних пристроїв, є те, що за відповідного програмування будь-який комп'ютер може повторювати поведінку будь-якого іншого (хоча ця можливість і обмежена, до прикладу, місткістю засобів зберігання даних чи відмінністю у швидкості). Отож припускається, що сучасні машини можуть емулювати будь-який обчислювальний пристрій, що може бути створений у майбутньому. У певному значенні ця порогова здатність корисна для відрізнення комп'ютерів загального призначення від пристроїв спеціального призначення. Визначення «комп'ютера загального призначення» може бути формалізоване у вимозі, щоб конкретний комп'ютер був здатний копіювати поведінку універсальної машини Тюрінга. Першим комп'ютером, який задовольнив таку умову, вважається машина Z3, створена Конрадом Цузе 1941 року.

Перші комп'ютери створювали винятково для обчислень (що відображено в назвах «комп'ютер» і «ЕОМ»). Навіть найпростіші комп'ютери у багато разів перевершують в цьому людей (якщо не брати до уваги можливості деяких унікальних «людей-лічильників»). Не випадково першою високорівневою мовою програмування був Фортран, призначений винятково для виконання математичних розрахунків.

Іншою сферою застосування комп'ютерів стали бази даних. Насамперед вони були потрібні урядам і банкам, які вимагали вже складніших комп'ютерів з розвиненими системами введення-виведення та зберігання інформації. Для таких цілей розробили мову Кобол. Згодом з'явилися СКБД з власними мовами програмування.

Третім застосуванням стало управління всілякими пристроями. Тут розвиток йшов від вузькоспеціалізованих пристроїв (часто аналогових) до поступового впровадження стандартних комп'ютерних систем, на яких запускають керівні програми. Крім того, все більша частина технічних пристроїв має у своєму складі керівний комп'ютер.

Комп'ютери розвинулися настільки, що стали головним інформаційним інструментом як в офісі, так і вдома. Тепер майже будь-яка робота з інформацією найчастіше здійснюється через комп'ютер — набір тексту чи перегляд фільмів. Це стосується як зберігання інформації, так і її пересилання каналами зв'язку. Основне застосування сучасних домашніх комп'ютерів — навігація в Інтернеті та ігри.

Сучасні суперкомп'ютери використовують для комп'ютерного моделювання складних фізичних, біологічних, метеорологічних та інших процесів і вирішення прикладних завдань, таких як моделювання ядерних реакцій або кліматичних змін. Деякі проєкти проводяться за допомогою розподілених обчислень, коли велика кількість відносно слабких комп'ютерів одночасно працює над невеликими частинами загального завдання, формуючи в такий спосіб дуже потужну комп'ютерну систему.

Однією із складних сфер застосування комп'ютерів є штучний інтелект — застосування обчислень для вирішення таких завдань, де немає чітко визначених стандартних алгоритмів, а їхній пошук, випробовування та розробка постійно покращуються. Приклади таких завдань — ігри, машинний переклад тексту, пошук тексту, експертні системи, синтез мовлення, комп'ютерний зір, пошук і аналіз радіохвиль з космосу, створення образів неіснуючих людей, тварин тощо.

• Машина фон Неймана
• Універсальна машина Тюрінга
• Машина Поста
• Нанокомп'ютер
• Квантовий комп'ютер
• Біокомп'ютер Едлмана
• Кінцевий біоавтомат Шапіро

• Архітектура фон Неймана
• Гарвардська архітектура
• Архітектура персонального комп'ютера
• Класифікація паралельних обчислювальних систем
• Комп'ютерна пам'ять
• Процесор

• Калькулятор
• Смартфон
• Кишеньковий комп'ютер
• Планшетний комп'ютер
• Смартбук
• Ультрабук
• Нетбук
• Субноутбук
• Ноутбук
• Персональний комп'ютер
• Велокомп'ютер
• Карп'ютер
• Бортовий комп'ютер
• Ґрід

• Інформатика: Комп'ютерна техніка. Комп'ютерні технології. — Київ : Академія, 2002. — 704 с.
• Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. — ОЛМА Медиа Групп, ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2006. — С. 896.
• Руденко В.Д., Макарчук О.М., Патланжоглу М.О. Практичний курс інформатики. — Київ : Фенікс, 1996. — С. 418.
• Ярмуш О.В., Редько М.М. Інформатика і комп’ютерна техніка. — Київ : Вища освіта, 2006. — С. 359.
• Гуржій А.М., Поворознюк Н.І., Самсонов В.В. Інформатика та інформаційні технології. — Харків : ООО «Компанія СМІТ», 2003. — С. 352.
• Інформатика. Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології. — Київ : Каравела, 2011. — С. 592.
• Клименко О.Ф., Головко Н.Р., Шарапов О.Д. Інформатика та комп’ютерна техніка. — Київ : КНЕУ, 2002. — С. 534.
• Обчислювальна техніка: історія розвитку від лампових комп'ютерів до комп'ютерів на інтегральних схемах : монографія / В. І. Зацерковний, В. В. Литвинов, В. П. Клименко ; Черніг. держ. ін-т економіки і упр. - Ніжин : НДУ ім. М. Гоголя, 2013. - 438 с. : рис., табл.

• Фотографії радянських комп'ютерів [Архівовано 12 Січня 2013 у Wayback Machine.]
• Класифікація комп'ютерів (енциклопедія Алфьорова)
• Віртуальний комп'ютерний музей [Архівовано 9 Травня 2012 у Wayback Machine.]
• Вплив комп'ютера на людину [Архівовано 12 Травня 2012 у Wayback Machine.]
• Казанський комп'ютерний музей [Архівовано 19 Серпня 2011 у Wayback Machine.]
• http://overcomp.ru/ [Архівовано 23 Червня 2012 у Wayback Machine.] Всередині комп'ютера
• (англ.) Old-computers.com — історія комп'ютерної техніки.
• Історія розвитку інформаційних технологій в Україні [Архівовано 21 Липня 2019 у Wayback Machine.]