Sharing the Computer's Resources

Generally, the slowest operations that a computer must perform are those of transferring data, particularly when data is received from or delivered to a human being. The computer's central processor is idle for much of this period, and so two similar techniques are used to use its power more fully.

Time sharing, used on large computers, allows several users at different terminals to use a single computer at the same time. The computer performs part of a task for one user, then suspends that task to do part of another for another user, and so on. Each user only has the computer's use for a fraction of the time, but the task switching is so rapid that most users are not aware of it. Most of the tens of millions of computers in the world are stand-alone, single-user devices known variously as personal computers or workstations. For them, multitasking involves the same type of switching, but for a single user. This permits a user, for example, to have one file printed and another sorted while editing a third in a word-processing session. Such personal computers can also be linked together in a network, where each computer is connected to others, usually by wires or coaxial cables, permitting all to share resources such as printers, modems, and hard-disk storage devices.

Computer Programs and Programming Languages

Before a computer can be used to solve a given problem, it must first be programmed, that is, prepared for solving the problem by being given a set of instructions, or program. The various programs by which a computer controls aspects of its operations, such as those for translating data from one form to another, are known as software, as contrasted with hardware, which is the physical equipment comprising the installation. In most computers the moment-to-moment control of the machine resides in a special software program called an operating system, or supervisor. Other forms of software include assemblers and compilers for programming languages and applications for business and home use (see computer program). Software is of great importance; the usefulness of a highly sophisticated array of hardware can be severely compromised by the lack of adequate software.

Each instruction in the program may be a simple, single step, telling the computer to perform some arithmetic operation, to read the data from some given location in the memory, to compare two numbers, or to take some other action. The program is entered into the computer's memory exactly as if it were data, and on activation, the machine is directed to treat this material in the memory as instructions. Other data may then be read in and the computer can carry out the program to solve the particular problem.

Since computers are designed to operate with binary numbers, all data and instructions must be represented in this form; the machine language, in which the computer operates internally, consists of the various binary codes that define instructions together with the formats in which the instructions are written. Since it is time-consuming and tedious for a programmer to work in actual machine language, a programming language, or high-level language, designed for the programmer's convenience, is used for the writing of most programs. The computer is programmed to translate this high-level language into machine language and then solve the original problem for which the program was written. Certain high-level programming languages are universal, varying little from machine to machine.

Development of Computers

Although the development of digital computers is rooted in the abacus and early mechanical calculating devices, Charles Babbage is credited with the design of the first modern computer, the “analytical engine,” during the 1830s. American scientist Vannevar Bush built a mechanically operated device, called a differential analyzer, in 1930; it was the first general-purpose analog computer. John Atanassoff constructed the first semielectronic digital computing device in 1939.

The first fully automatic calculator was the Mark I, or Automatic Sequence Controlled Calculator, begun in 1939 at Harvard by Howard Aiken, while the first all-purpose electronic digital computer, ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator), which used thousands of vacuum tubes, was completed in 1946 at the Univ. of Pennsylvania. UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer) became (1951) the first computer to handle both numeric and alphabetic data with equal facility; this was the first commercially available computer.

First-generation computers were supplanted by the transistorized computers (see transistor) of the late 1950s and early 60s, second-generation machines that were smaller, used less power, and could perform a million operations per second. They, in turn, were replaced by the third-generation integrated-circuit machines of the mid-1960s and 1970s that were even smaller and were far more reliable. The 1980s and 90s were characterized by the development of the microprocessor and the evolution of increasingly smaller but powerful computers, such as the personal computer and personal digital assistant, which ushered in a period of rapid growth in the computer industry.

Bibliography

See S. G. Nash, A History of Scientific Computing (1990); D. I. A. Cohen, Introduction to Computer Theory (2d ed. 1996); P. Norton, Peter Norton's Introduction to Computers (2d ed. 1996); A. W. Biermann, Great Ideas in Computer Science: A Gentle Introduction (2d ed. 1997); R. L. Oakman, The Computer Triangle: Hardware, Software, People (2d ed. 1997); R. Maran, Computers Simplified (4th ed. 1998); A. S. Tanenbaum and J. R. Goodman. Structured Computer Organization (4th ed. 1998).

Компьютер, устройство способные выполнять последовательный арифметических или логических действий. Компьютер отличен от вычислительной машины, как например, электронный калькулятор, способным загрузить компьютерную программу (чтобы он может повторить свои операции и принимать логические решения), числом и сложностью операций это может выполниться, и своей способностью обрабатывать, загружать, и извлекать данные без человеческого вмешательства. Компьютеры работали вдоль двух отдельных проектирования путей, производящих два четких типа компьютерного-аналога и цифровых. Аналоговый компьютер действует на непрерывно изменять данные; цмфровая вычислительная машина выполняет операции в дискретных данных.

Компьютеры распределены как размером так и количество людей, которые могут использовать их параллельно. Ссср-percomputers - умными машинами разработанными, чтобы выполнять сложные вычисления в максимальной скорости; они имеют обыкновение, чтобы моделировать очень большие динамические системы, как например, характер погоды. Mainframes, Самая большие и наиболее сильная системы общего назначения, предназначены удовлетворять обработку, которой нужно большой организации обслуживая сотни компьютерных терминалов в то же самое время. Minicomputers, Все-же отчасти меньше, также - многопользовательские компьютеры, предполагаемые удовлетворять потребности небольшой компании обслуживаясь вплоть до терминалов сотен. Microcomputers, Компьютеры усиленные микропроцессором, - под-подразделенное на персональные компьютеры и рабочие станции, последний обычно включающее процессоры RISC. Хотя microcomputers были первоначально единственный пользователь компьютеров, различие между ними и minicomputers смазался так как микропроцессоры стали более мощными. Связь многочисленные микро-компьютеры вместе через локальную сеть области или соединяя многочисленных микропроцессоров вместе в параллельной-обрабатывающей системе позволил системы, чтобы выполнять задачи как только зарезервировано для mainframes, и методы обработки сетки позволили ученых, чтобы использовать безработную обработку мощности связанных компьютеров.

Авансы в технологии встроенных цепей побудили разработку меньшей и более мощной цмфровой вычислительной машины общего назначения. Не только имеет это уменьшившее размер больших, многопользовательских mainframe компьютеров-какое в течение их ранних лет были большой достаточно, чтобы проходить через-в ту же самую большую мебель, но это также было сделано возможным мощным, единственные-персональные компьютеры и рабочие станции пользователя, которые могут сесть в настольной системе. Эти, из-за их сравнительно низкого уровня стоимого и универсальность, в основном, заменила пишущие машинки на рабочем месте и предоставляла аналоговый компьютерный неэффективный.

Аналоговые Компьютеры

Аналоговый компьютер представляет данные как физические количества и действует в данных манипулируя количествами. Предназначено обрабатывать данные в которых переменные количества меняют непрерывно (смотри аналоговую цепь); это переводится связь между переменными проблемы на аналогичную связь между электрическими количествами, как например, ток и напряжение и решает оригинальную проблему решая эквиалентную проблему, или аналог, которые установлены в своих электрических цепях. Из-за этой характеристики, аналоговые компьютеры были особенно полезными в моделировании и оценке динамических ситуаций, как например, полет космической капсулы или изменяющий характер погоды над определенной областью. Ключевой компонент аналогового компьютера является действующим усилителем, и компьютерная возможность определена количеством усилителей, которые она содержит (часто свыше 100). Хотя аналоговые компьютеры обычно обнаружены в таких формах как спидометры и ватт-часовые метры, они в основном, сделаны устаревшим для математических вычислений общего назначения и память данных цифровой вычислительной машиной.

Цифровая Вычислительная машина

Цифровая вычислительная машина предназначена обрабатывать данные в цифровой форме (смотри цифровую цепь); цепи за-формируют непосредственно математические операции дополнения, вычитания, умножение, и деление. Числа обслуженные на цмфровой вычислительной машиной выражены в двоичной системе; двоичные цифры, или биты, - 0 и 1, чтобы 0, 1, 10, 11, 100, 101, и т.п., переписывайтесь на 0, 1, 2, 3, 4, 5, и т.п.. Двоичные цифры легко выражены в компьютерной электрической схеме присутствием (1) или отсутствие (0) тока или напряжения. Серия восьми последовательных битов названа "байт"; восьми битовый байт разрешает 256 других "двухпозиционных" com-binations. Каждый байт может таким образом представить один вплоть до 256 текстовых символов, и такой ar- rangement назван "единственный-байтовый набор символов" (SBCS); де-факто стандарт для этого представления - расширенный набор символов ASCII. Некоторые языки, как например, Японский, Китайский, и Кореец, требовать более, чем 256 уникальных символов. Использование двух байтов, или 16 битов, для каждого символа, тем не менее, разрешает представление вплоть до 65,536 символов или ideographs. Такое размещение названо "двойной-байтовый набор символов" (DBCS); Уникод является международным стандартом для такого набора символов. Один или более байтов, в зависимости от компьютерной архитектуры, иногда назван цифровое слово; это может определить не только величину числа о чем идет речь, но также знак (положительный или отрицательный), и может также содержать излишние биты, которые допускают автоматическое обнаружение, и в некоторых случаях коррекцию, определенных ошибок (смотри код; информационная теория). Цмфровая вычислительная машина может загрузить результаты своих вычислений для последующего использования, может сравнить результаты с другими данными, и на основе таких сравнений может изменить серию op-erations, которую он выполняет. Цмфровая вычислительная машина использована для резервирования систем, научного исследования, данные-обработка и текстовые-обрабатывающие приложения, настольное издание, электронные игры, и много другие цели.

Обработка Данных

Операции цмфровой вычислительной машины выполнены логическими цепями, которые - цифровые цепи, чей единственный выход определен условиями вводов, обычно двух или более. Различные цепи, обрабатывающие данные в компьютерном интерьере должны подействовать в очень синхронизировать способе; это пер.ток- complished управляя ими с тем же стабильным генератором, какие действия как компьютер "часы." Типичные компьютерные часы оценивает дипазон из несколько миллион циклов в сукунду, чтобы несколько сот миллионов, с некоторыми самыми быстрыми компьютерами, имеющими показатели часов около миллиард циклов в сукунду. Действуя в этих скоростях, цепи цмфровой вычислительной машины способные выполнять тысячам в триллионы арифметических или логических операций в сукунду, таким образом разрешая быстрое решение проблем, которые будут невозможными для человеческого, чтобы решаться вручную. Дополнительно к арифметической и логической электрической схеме и немного регистрам (позиции памяти, которые могут быть доступны быстрее чем основная память и использована, чтобы держать in-termediate результаты вычислений), сердце названного компьютера центральная обработка устройства, или CPU-содержит электрическую схему, которая декодирует установку инструкций, или программу, и причины это, чтобы быть экс ecuted.

Память и Поиск Данных

Связанное центральной обработкой устройства - устройство памяти, или память, где результаты или другие данные загружены на периоды времени, колеблющегося от небольшой доли секунды до дней или недель прежде, чем извлеченное для продвигать обработка. Как только создано вакуумных ванн и позже небольшой ферромагнитной сердцевины сформированного пончика измученных в проводной матрице, основная память теперь состоит из встроенных цепей, которые содержат тысячи полупроводниковых устройств. Где каждая вакуумная трубка или сердцевина представляла один бит и общая память компьютера была измерена в тысячах байтов (или килобайты, KB), каждое полупроводниковое устройство теперь представляет миллионы байтов (или мегабайты, MB) и общая память mainframe компьютеров измерена в миллиардах байтов (или гигабайты, GB). Произвольный доступ памяти (РАМ), какое оба могут быть прочитаны из и записанное на, даром потерен время компьютер выключен. Только для чтения память (ROM), которая не может быть записана на, поддержана свое содержимое в любое время и использовано, чтобы загружать компьютерную управляющую информацию.

Программы и данные, что к настоящему времени не использоваться в основной памяти могут быть сохранены во вспомогательной памяти, или внешней памяти. Хотя перфорировавшее бумажная лента и перфорировавшая карты как только served эта цель, ma-jor материалы использованные сегодня быть магнитной лентой и магнитными дисками, которые могут быть прочитаны из и записанное в, и два типа оптических дисков, компактный диск (CD) и преемник цифровой разносторонний диск (DVD). DVD - улучшенная оптическая технология памяти способная хранить значительно большие суммы данных чем технология CD. ПАМЯТЬ CD-Read-Only дисков (CD-ROM) и Память DVD-Read-Only (DVD-ROM) может только прочитана-диски пораженные с данными на заводе но как только записано, не мочь быть выстирано и rewritten с новыми данными. Последняя часть 1990s видела введение новых оптических технологий памяти: CD-Записываемый (CD-R) и DVD-Записываемая (DVD-R), оптические диски, которые могут быть записаны, чтобы компьютером, чтобы создавать CD-ROM или DVD-ROM, но могут быть записаны на только как только; и CD-ReWritable (CD-RW), DVD-ReWritable (DVD-RW и DVD+RW), и Память Произвольной Выборки DVD- (DVD-RAM), диски, которые могут быть записаны во многочисленное время.

Когда по сравнению с полупроводниковой памятью, магнитная и оптическая память менее дорога, - не vola- секция (то есть, данные не потерены когда мощность в компьютер - закрывать) и обеспечивает удобный путь передавать данные от одного компьютера до другого. Таким образом операционные инструкции или выход данных из одного com-puter могут загружаться прочь из компьютера и затем извлеченное или тем же компьютером или другое. В системе, использовавшей магнитную ленту информация загружена специально проектым магнитофоном некоторые-что аналогичный, чтобы один использованное для записи звука. В магнитных и оптических дисковых системах, принцип - тот же кроме того магнитная или оптическая середина лежит (лгать) в пути, или дорожке, на поверхности диска. Дисковод также содержит двигатель, чтобы вращать диск и магнитная или оптическая головка или головки, чтобы читать и записывать данные на диск. Накопители берут несколько форм, наиболее значимое различие может диск быть удален из сборки накопителя.

Сменные магнитные диски наиболее общие сделаны из mylar прилагаемый в бумажном или пластическом держателе. Это флоппи-диск имеет изменяя возможности, с очень высокими дисками плотности, удерживающими 250 MB-достаточно, чтобы содержать дюжину заказывает размер Tolstoy's Anna Karenina. Компактные диски могут сохранить много сотен мегабайтов и использованы, например, чтобы загружать информацию содержимую в целой mul-tivolume энциклопедии или устанавливать исходные работы, и диски DVD могут подержать десять раз (а) насколько это. Диски Nonremovable сделаны из металла и размещены в расположенных слоях. Они могут подержать более данные и могут прочитать и записывать данные значительно быстрее чем флоппи-диски.

Данные введены в компьютер и обработанные данные были сделаны доступным через ввод/выходные устройства. Все вспомогательные устройства памяти использованы как ввод/выходные устройства. В течение многих лет, самый популярный в-поместившее/выходную середину было перфорированной картой. Хотя это все еще использован, самое популярное входное устройство является теперь компьютерным терминалом и самое популярное выходное устройство является высокоскоростным принтером. Люди могут непосредственно связаться с компьютером через компьютерные терминалы, вступление инструкций и данных посредством клавиатуры очень похожий те на пишущих машинках, используя координатное устройство как например, мышь, трэкболл, или сенсорная панель, или говоря в микрофон, который подключен к компьютеру, выполняющему программное обеспечение речевого опознавания. Ответы могут быть отображены в катодной трубке, жидком-кристаллическом дисплее, или принтере. CPU, Основная память, вспомогательная память, и ввод/выходные устройства коллективно создает систему.

Разделение Компьютерных Ресурсов

Обычно, самые медленные операции, что компьютер должен выполнить, - передачи данных, particu-larly когда данные получены из или поставлены человеку. Компьютерный центральный процессор является ожиданием для большинства этого периода, и так два аналогичных метода использованы, чтобы использовать свою мощность более полностью.

Разделение Времени, использованного в больших компьютерах, позволяет пользователей на других терминалах, чтобы использовать единственный com-puter в то же самое время. Компьютер выполняет часть задачи для одного пользователя затем задерживает эту задачу, чтобы разделяться другого для другого пользователя, и так далее. Каждый пользователь только имеет компьютерное использование для доли времени, но переключение задачи такое быстрое, что большинство пользователей не осведомленные об этом. Наиболее десятки миллионы компьютеры в мире - отдельный, единственный пользователь устройств узнанный различно как персональные компьютеры или рабочие станции. Для них, multitasking включает тот же тип переключения, если бы не единственный пользователь. Это разрешает пользователя, например, чтобы напечатать один файл и другое отсортировавшее при редактировании третьем на текстовом-обрабатывающем сеансе. Такие персональные компьютеры могут также связываться вместе в сети, где каждый компьютер подключен к другим, обычно проводами или коаксиальным кабелем, разрешающий все, чтобы распространять ресурсы как например, принтеры, модемы, и устройства памяти жесткого диска.

Компьютерные Программы и Языки Программирования

Прежде, чем компьютер может быть использован, чтобы решать данную проблему, он должен сначала запрограммирован, то есть, подготовленное к решению проблемы давшее установку инструкций, или программу. Различные программы, которыми компьютер регулирует аспекты своих операций, как например, те для перевода данных из одной формы другому, известные как программное обеспечение, в противоположность аппаратным средствам, которое - физическое оборудование com- поднимающая установка. В большинстве компьютерах, момент-момент управления машиной находится в специальных программных средствах назвавших операционную систему, или диспетчера. Другие формы программного обеспечения включают сборщиков и компиляторов для языков программирования и заявки на деловое и домашнее использование (смотри компьютерную программу). Программное обеспечение - большого значения; полезность очень умного массива аппаратных средств может сильно быть пойдена на компромисс недостатком требуемого программного обеспечения.

Каждая инструкция в программе может быть простой, единственной мерой, сообщающей компьютеру, чтобы выполнять немного арифметическую операцию, чтобы читать данные из некоторых давшее позицию в памяти, чтобы сравнивать два номера-bers, или, чтобы принимать некоторое другое действие. Программа введена в компьютерную память точно как будто она была данными, и на активизации, машина направлена, чтобы рассматривать этот материал в памяти как instruc-tions. Другие данные могут затем прочитан в и компьютер может выполнить программу, чтобы решать particu-lar проблему.

Поскольку компьютеры предназначены действовать с двоичными номерами, все данные и инструкции должны быть представлены в этой форме; машинный язык, в котором компьютер обслуживает непосредственно, состоит из различного двоичного кодировать, которое определяет инструкции вместе с форматами в которых инструкции записаны. С тех пор как это - трудоемкое и скучное для программиста, чтобы работать в фактическом машинном языке, язык программирования, или высокоуровневый языковой, проектый для удобства программиста, использован для записи большинства программ. Компьютер запрограммирован, чтобы переводиться этот высокоуровневый язык на машинный язык затем решать оригинальную проблему для которой программа была записана. Определенные высокоуровневые языки программирования универсальные, изменяя немного от машины до машины.

Разработка Компьютеров

Хотя разработка цмфровой вычислительной машины образована в счетах и ранних механических calculat-ing устройствах, Charles Babbage связан проектом первого современного компьютера, "аналитический двигатель," в течение 1830s. Американского ученого Vannevar Буша создавал механически управляемое устройство, назвавшее дифференциальный анализатор, в 1930; это было первым аналоговым общего назначения компьютером. Джон Atanas-soff создавал первую semielectronic цифровую обработку устройства в 1939.

Первый полностью автоматический калькулятор был Отметкой Я, или Автоматическая Последовательность Управлявшая Калькулятором, будет-пушка в 1939 в Гарварде Howard Aiken, тогда как первая универсальная электронная цмфровая вычислительная машина, ENIAC (Электронный Цифровой Интегратор И Калькулятор), которая использовавшее тысячи вакуумных ванн, был завершен в 1946 в Univ. Пенсильвании. UNIVAC (УНИВЕРСАЛЬНЫЙ Автоматический Компьютер), становился (1951) первым компьютером, чтобы оперировать как числовые так и алфавитные данные с равным средством; это было первым коммерчески доступным компьютером.

Первое поколение компьютеров были вытеснены transistorized компьютерами (смотри транзистор) последнего 1950s и ранний 60s, секунда-поколение машин, что меньше, были использованы менее мощность, и могла за-форму миллион операций в сукунду. Они, в свою очередь, были заменены третьими-машинами поколения встроенной цепи mid-1960s и 1970s, которые были даже меньше и были значительно больше надежными. 1980s И 90s было охарактеризовано разработкой микропроцессора и эволюция в-creasingly меньших но мощных компьютерах, как например, персональный компьютерный и персональный цифровой ассистент, которые вводили период бурного роста в компьютерную промышленность.