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Ordinateur
A ordinateur est a machine cela manoeuvre données selon une liste de instructions.
Les premiers dispositifs qui ressemblent aux ordinateurs modernes datent au siècle de mid-20th (autour 1940 - 1945), bien que le concept d'ordinateur et les diverses machines semblables aux ordinateurs aient existé plus tôt. Les ordinateurs électroniques tôt étaient la taille d'une grande salle, consommant autant puissance que plusieurs centaines de PC modernes.[1] Des ordinateurs modernes sont basés sur minuscule circuits intégrés et sont les millions aux milliards de périodes plus capables tout en occupant une fraction de l'espace.[2] Aujourd'hui, des ordinateurs simples peuvent être rendus assez petits pour s'adapter dans a montre-bracelet et soyez actionné à partir d'a batterie de montre. PC, dans diverses formes, sont les icônes du Âge de l'information et soyez à ce que la plupart des personnes pensent comme « ordinateur » ; cependant, la forme la plus commune d'ordinateur est en service aujourd'hui ordinateur incorporé. Les ordinateurs incorporés sont de petits, simples dispositifs qui sont utilisés pour commander d'autres dispositifs - par exemple, ils peuvent être trouvés dans des machines s'étendant de avion de chasse à robots industriels, appareils-photo numériques, et les jouets des enfants.
La capacité de stocker et exécuter des listes d'instructions appelées programmes rend des ordinateurs extrêmement souples et les distingue de calculatrices. Thèse d'Église-Turing est un rapport mathématique de cette polyvalence : n'importe quel ordinateur avec de certaines possibilités minimum est, en principe, capable d'exécuter la même chose charge que n'importe quel autre ordinateur peut exécuter. Par conséquent, ordinateurs avec des possibilités et la complexité s'étendant de celle d'a aide numérique personnel à a ordinateur géant sont tous capables exécuter le même informatique chargent donné assez de capacité de temps et de stockage.
Table des matières |
Histoire du calcul
Il est difficile d'identifier n'importe quel un dispositif comme ordinateur le plus tôt, en partie parce que le terme « ordinateur » a été sujet à des interprétations variables avec le temps. À l'origine, le terme « ordinateur » s'est rapporté à une personne qui a exécuté les calculs numériques (a ordinateur humain), souvent à l'aide d'a dispositif calculateur mécanique.
L'histoire de l'ordinateur moderne commence par deux technologies séparées que du calcul automatisé et de celui de la programmabilité.
Les exemples des dispositifs calculateurs mécaniques tôt ont inclus abaque, règle à calcul et discutablement astrolabe et Mécanisme d'Antikythera (qui date environ de 150-100 AVANT JÉSUS CHRIST). La fin du Âges moyens a vu un re-renforcement des mathématiques et de la technologie européennes, et Wilhelm Schickardle 'dispositif 1623 de s était le premier d'un certain nombre de calculatrices mécaniques construites par les ingénieurs européens. Cependant, aucun de ces dispositifs n'a adapté la définition moderne d'un ordinateur parce qu'elles ne pourraient pas être programmées.
Héros d'Alexandrie (C. 10 - ANNONCE 70) construite un théâtre mécanique qui a exécuté un jeu durant 10 minutes et a été fonctionné par un système complexe des cordes et des tambours qui pourraient être considérés pour comme des moyens de décider quelles parties du mécanisme ont exécuté qui des actions - et quand.[3] C'est l'essence de la programmabilité. En 1801, Jacquard de Joseph Marie a apporté une amélioration au manche de textile cela a employé une série de cartes de papier perforées comme calibre pour permettre à son manche de tisser les modèles complexes automatiquement. Le manche de jacquard résultant était une étape importante dans le développement des ordinateurs parce que l'utilisation des cartes perforées de définir les modèles tissés peut être regardée en tant que tôt, être quoique limitée, forme de programmabilité.
C'était la fusion du calcul automatique avec la programmabilité qui a produit les premiers ordinateurs reconnaissables. En 1837, Charles Babbage était le premier pour conceptualiser et concevoir un ordinateur mécanique entièrement programmable qu'il a appelé « Moteur analytique".[4] En raison des finances limitées, et d'une incapacité de résister bricoler avec la conception, Babbage a construit jamais réellement son moteur analytique.
L'informatique automatisée à grande échelle des cartes perforées a été exécutée pour LES États-Unis Recensement en 1890 par machines de tabulation conçu près Herman Hollerith et construit par Calcul tabulant Recording Corporation, qui plus tard est devenu IBM. Vers la fin du 19ème siècle un certain nombre de technologies qui s'avéreraient plus tard utile dans la réalisation des ordinateurs pratiques avaient commencé à apparaître : carte perforée, Algèbre booléenne, tube à vide (valve thermoïonique) et téléimprimeur.
Pendant la première moitié du 20ème siècle, beaucoup de besoins de calcul scientifiques ont été satisfaits par de plus en plus sophistiqué ordinateurs analogues, qui a utilisé un mécanique direct ou élém. élect. modèle du problème comme base pour calcul. Cependant, ce n'étaient pas programmables et n'ont pas généralement manqué de la polyvalence et de l'exactitude des calculateurs numériques modernes.
| Nom | Premier opérationnel | Système de numération | Mécanisme de calcul | Programmation | Turing complet |
|---|---|---|---|---|---|
| Zuse Z3 (L'Allemagne) | Mai 1941 | Binaire | Électromécanique | Programme-commandé par perforé actions de film | Oui (1998) |
| Ordinateur d'Atanasoff-Baie (LES Etats-Unis) | Été 1941 | Binaire | Électronique | But programmable-non simple | Non |
| Colosse (LE R-U) | Décembre 1943 | Binaire | Électronique | Programme-commandé par des câbles et des commutateurs de pièce rapportée | Non |
| Marque I de Harvard - IBM ASCC (LES Etats-Unis) | 1944 | Décimal | Électromécanique | Programme-commandé par 24 canaux ruban perforé perforé (mais aucune branche conditionnelle) | Oui (1998) |
| ENIAC (LES Etats-Unis) | Novembre 1945 | Décimal | Électronique | Programme-commandé par des câbles et des commutateurs de pièce rapportée | Oui |
| Machine expérimentale de petite taille de Manchester (LE R-U) | Juin 1948 | Binaire | Électronique | À programme enregistré dans Mémoire de tube cathodique de Williams | Oui |
| ENIAC modifié (LES Etats-Unis) | Septembre 1948 | Décimal | Électronique | Programme-commandé par des câbles et des commutateurs de pièce rapportée plus un mécanisme de programmation stocké inaltérable primitif en utilisant les Tableaux de fonction comme programme ROM | Oui |
| EDSAC (LE R-U) | Mai 1949 | Binaire | Électronique | À programme enregistré en mercure la ligne à retard mémoire | Oui |
| Marque I de Manchester (LE R-U) | Octobre 1949 | Binaire | Électronique | Mémoire de tube cathodique de Williams et tambour magnétique mémoire | Oui |
| CSIRAC (L'Australie) | Novembre 1949 | Binaire | Électronique | À programme enregistré en mercure la ligne à retard mémoire | Oui |
Une succession solidement des dispositifs de calcul plus puissants et plus flexibles ont été construites dans les années 30 et les années 40, ajoutant graduellement les dispositifs principaux qui sont vus dans des ordinateurs modernes. L'utilisation de l'électronique numérique (en grande partie inventée près Claude Shannon dans 1937) et programmabilité plus flexible il y avait les étapes extrèmement importantes, mais définir un point le long de cette route comme « le premier ordinateur électronique numérique » est difficile (Shannon 1940). Les accomplissements notables incluent :
- Konrad Zuse's électromécanique « Z usine ». Z3 (1941) était premier comporter fonctionner de machine binaire arithmétique, y compris l'arithmétique de virgule flottante et une mesure de programmabilité. Dans 1998 on s'est avéré que le Z3 est Turing complet, donc étant le premier ordinateur opérationnel du monde.
- Le non programmable Ordinateur d'Atanasoff-Baie (1941) qui ont utilisé le tube à vide basé calcul, nombres binaires, et mémoire régénératrice de condensateur.
- Le secret les Anglais Ordinateurs de colosse (1943)[5], qui avait limité la programmabilité mais avait démontré qu'un dispositif utilisant des milliers de tubes pourrait être raisonnablement fiable et électroniquement reprogrammable. Il a été employé pour rupture Codes allemands de temps de guerre.
- Marque I de Harvard (1944), un ordinateur électromécanique à grande échelle avec la programmabilité limitée.
- Les États-Unis Armée Laboratoire de recherches de balistique ENIAC (1946), qui a employé décimal l'arithmétique et s'appelle parfois le premier usage universel électronique ordinateur (depuis Konrad Zuse's Z3 de 1941 utilisés électro-aimants au lieu de l'électronique). Au commencement, cependant, ENIAC a eu une architecture inflexible qui a essentiellement exigé refaire l'installation électrique pour changer sa programmation.
Plusieurs réalisateurs d'ENIAC, identifiant ses pailles, ont proposé une conception bien plus flexible et plus élégante, qui est venue pour être connue en tant que architecture à programme enregistré ou architecture de von Neumann. Cette conception était première formellement décrite près John von Neumann dans le journal « Première ébauche d'un rapport sur l'EDVAC« , édité en 1945. Un certain nombre de projets pour développer des ordinateurs basés sur l'architecture à programme enregistré ont débuté autour de ce temps, le premier de ces derniers étant accomplis dedans La Grande-Bretagne. Le premier à être fonctionnement démontré était Machine expérimentale de petite taille de Manchester (SSEM) ou « bébé ». Cependant, EDSAC, accomplie une année après SSEM, était peut-être la première exécution pratique de la conception à programme enregistré. Sous peu ensuite, la machine à l'origine décrite par l'article de von Neumann'sEDVAC- a été accompli mais n'a pas vu l'utilisation à temps plein pendant des deux années additionnelles.
Presque tous les ordinateurs modernes mettent en application une certaine forme de l'architecture à programme enregistré, lui faisant le trait simple par lequel le mot « ordinateur » est maintenant défini. Par cette norme, beaucoup de dispositifs plus tôt plus ne s'appelleraient les ordinateurs par définition d'aujourd'hui, mais désigné habituellement sous le nom de tels dans leur contexte historique. Tandis que les technologies utilisées dans des ordinateurs ont changé nettement depuis les premiers ordinateurs électroniques et d'usage universel des années 40, employez toujours architecture de von Neumann. La conception a fait à l'ordinateur universel une réalité pratique.
Tube à vide- les ordinateurs basés avaient lieu en service tout au long des années 50. Des tubes à vide ont été en grande partie remplacés dans les années 60 près transistor- ordinateurs basés. En comparaison avec des tubes, les transistors sont plus petits, plus rapide, meilleur marché, emploient moins de puissance, et sont plus fiables. Dans les années 70, circuit intégré technologie et la création suivante de microprocesseurs, comme Intel 4004, causé une autre génération de taille et de coût diminués, et une génération différente de vitesse et de fiabilité accrues. Par les années 80, les ordinateurs sont devenus suffisamment petits et bon marché pour remplacer des commandes mécaniques simples dans des appareils domestiques comme machines à laver. Les années 80 également étées témoin ordinateurs personnels et maintenant l'omniprésent PC. Avec l'évolution de l'Internet, les PC deviennent aussi communs que télévision et téléphone dans le ménage.
Architecture à programme enregistré
Le dispositif définissant des ordinateurs modernes qui les distingue de toutes autres machines est qu'ils peuvent être programmé. C'est-à-dire qu'une liste de instructions ( programme) peut être donné à l'ordinateur et il les stockera et les portera dehors à un moment donné à l'avenir.
Dans la plupart des cas, les instructions machine sont simples : ajoutez un nombre à l'autre, déplacez quelques données d'un endroit à l'autre, envoyez un message à un certains dispositif, etc. externes. Ces instructions sont lues à partir de l'ordinateur mémoire et sont généralement effectués (exécuté) dans l'ordre ils ont été donnés. Cependant, il y a habituellement des instructions spécialisées de dire l'ordinateur de sauter en avant ou vers l'arrière à un autre endroit dans le programme et de continuer s'exécuter de là. Ceux-ci s'appellent les instructions de « saut » (ou branches). En outre, des instructions de saut peuvent être faites pour se produire conditionnellement de sorte que différents ordres des instructions puissent être employés selon le résultat d'un certain calcul précédent ou d'un certain événement externe. Beaucoup d'ordinateurs soutiennent directement sous-programmes en fournissant un type de saut que « se rappelle » l'endroit il a sauté de et une autre instruction de retourner à l'instruction suivant cette instruction de saut.
L'exécution du programme pourrait être comparée à lire un livre. Tandis qu'une personne lira normalement chaque mot et ligne dans l'ordre, ils peuvent parfois sauter de nouveau à un endroit plus tôt dans le texte ou sauter les sections qui ne sont pas d'intérêt. De même, un ordinateur peut parfois retourner et répéter les instructions dans une certaine section du programme à plusieurs reprises encore jusqu'à ce qu'un certain état interne soit met. Ceci s'appelle écoulement de commande dans le programme et lui est ce qui permet à l'ordinateur d'exécuter charge à plusieurs reprises sans intervention humaine.
Comparativement, une personne employant a calculette peuvent effectuer une opération arithmétique de base telle qu'ajouter deux nombres avec juste uns les pressions de bouton. Mais ajouter ensemble tous les nombres de 1 à 1.000 prendrait des milliers de pressions de bouton et beaucoup de temps-avec une certitude proche de faire une erreur. D'une part, un ordinateur peut être programmé pour faire ceci avec juste quelques instructions simples. Par exemple :
mouvements #0, somme ; placez la somme à 0 mouvements #1, numérique ; ensemble numérique à 1 boucle : ajoutez numérique, somme ; ajoutez numérique à la somme s'ajoutent #1, numérique ; additionnez 1 au CMP numérique numérique, #1000 ; comparez numérique au ble 1000 boucle ; si = <1000 numérique, vont de nouveau à la halte de « boucle » ; fin de programme. arrêtez le fonctionnement
A par le passé dit d'exécuter ce programme, l'ordinateur effectuera l'addition réitérée chargent sans davantage d'intervention humaine. Il ne fera presque jamais une erreur et un PC moderne peut accomplir le charger dans environ un millionième d'une seconde.[6]
Cependant, les ordinateurs ne peuvent pas « penser » pour eux-mêmes dans le sens qu'ils résolvent seulement des problèmes exactement de la manière qu'ils sont programmés à. Un humain intelligent confronté à l'addition ci-dessus chargent pourrait bientôt se rendre compte qu'au lieu de s'ajouter réellement vers le haut de tous numéros on peut simplement employer l'équation
et arrivez à la réponse correcte (500.500) avec peu de travail.[7] En d'autres termes, un ordinateur programmé pour ajouter les nombres un comme dans l'exemple ci-dessus ferait exactement cela sans souci de l'efficacité ou des solutions de rechange.
Programmes
En pratique, a programme machine pourrait inclure n'importe où des instructions une douzaine à beaucoup de millions d'instructions pour quelque chose comme a unité de traitement de texte ou a web browser. Un ordinateur moderne typique peut exécuter des milliards d'instructions chaque seconde et ne presque jamais faire une erreur sur des années d'opération.
Les grands programmes machine peuvent prendre des équipes de informaticiens les années à écrire et la probabilité du programme entier ayant été écrit complètement de la façon destinée est peu probable. Des erreurs dans des programmes machine s'appellent bogues. Parfois les bogues sont bénins et n'affectent pas l'utilité du programme, dans d'autres cas qu'ils pourraient faire échouer complètement le programme (accident), dans pourtant d'autres cas là peuvent être des problèmes subtiles. Des bogues parfois autrement bénins peuvent être employés pour l'intention malveillante, créant a exploit de sécurité. Les bogues ne sont habituellement pas le défaut de l'ordinateur. Puisque les ordinateurs exécutent simplement les instructions qu'ils sont donnés, les bogues sont presque toujours le résultat de l'erreur de programmeur ou une inadvertance faite dans la conception du programme.[8]
Dans des la plupart des ordinateurs, différentes instructions sont stockées As code machine chaque instruction étant donné un nombre unique (son code opération ou opcode pour le short). La commande d'ajouter deux nombres ensemble aurait un opcode, la commande de les multiplier aurait un opcode différent et ainsi de suite. Les ordinateurs les plus simples peuvent exécuter n'importe laquelle d'une poignée de différentes instructions ; les ordinateurs plus complexes ont des plusieurs centaines pour choisir le de-chaque avec un code numérique unique. Puisque la mémoire d'ordinateur peut stocker des nombres, elle peut également stocker les codes d'instruction. Ceci mène au fait important que des programmes entiers (qui sont les listes d'instructions justes) peuvent être représentés comme listes de nombres et de bidon elles-mêmes soient manoeuvrés à l'intérieur de l'ordinateur juste comme si ils étaient des données numériques. Le concept fondamental de stocker des programmes dans la mémoire d'ordinateur à côté des données qu'ils fonctionnent est allumé le noeud du von Neumann, ou à programme enregistré, architecture. Dans certains cas, un ordinateur pourrait stocker un certain ou tous son programme dans la mémoire qui est gardée séparé des données qu'il opère. Ceci s'appelle Architecture de Harvard après Marque I de Harvard ordinateur. Les ordinateurs de Modern von Neumann montrent quelques traits de l'architecture de Harvard dans leurs conceptions, telles que dedans Cachettes d'unité centrale de traitement.
Tandis qu'il est possible d'écrire des programmes machine en tant que longues listes de nombres (langage machine) et cette technique a été employé avec beaucoup d'ordinateurs tôt,[9] il est extrêmement pénible de faire tellement dans la pratique, particulièrement pour des programmes compliqués. Au lieu de cela, chaque instruction de base peut être donnée un nom court qui est indicatif de sa fonction et facile à se rappeler-un mnémonique comme AJOUTEZ, SUBSTRATEZ, MULT ou SAUT. Ces mnémonique est collectivement connue comme ordinateur langage d'assemblage. Les programmes convertissants écrits en langage d'assemblage dans quelque chose l'ordinateur peuvent réellement comprendre que (langage machine) est habituellement fait par un programme machine appelé un assembleur. Langages machine et les langages d'assemblage qui les représentent (collectivement nommé langages de programmation de bas niveau) tendez à être unique à un type particulier d'ordinateur. Par exemple, Architecture de BRAS ordinateur (tel que peut être trouvé dans a PDA ou a jeu vidéo tenu dans la main) ne peut pas comprendre le langage machine de l' Pentium d'Intel ou AMD Athlon 64 ordinateur qui pourrait être dans a PC.[10]
Cependant considérablement plus facile que dans le langage machine, l'inscription de longs programmes dans le langage d'assemblage est souvent difficile et erreur encline. Par conséquent, la plupart des programmes compliqués sont écrits dans plus abstrait langages de programmation à niveau élevé ce peuvent exprimer les besoins du informaticien aidez plus commodément (et de ce fait à réduire l'erreur de programmeur). Des langages de haut niveau « sont habituellement compilés » dans le langage machine (ou parfois dans le langage d'assemblage et puis dans le langage machine) employant un autre programme machine appelé l'a compilateur.[11] Puisque les langages de haut niveau sont plus abstraits que le langage d'assemblage, il est possible d'employer différents compilateurs pour traduire le même programme de langage de haut niveau en langage machine de beaucoup de différents types d'ordinateur. Ce fait partie des moyens par lesquels le logiciel comme des jeux vidéo peut être rendu disponible pour différentes architectures d'ordinateur telles que des PC et divers consoles de jeu vidéo.
Le charger de se développer grand logiciel les systèmes est un immense effort intellectuel. La production du logiciel avec une fiabilité acceptablement élevée sur un programme et un budget prévisibles s'est avérée historiquement être un grand défi ; l'universitaire et la discipline professionnelle de technologie de la programmation concentrés spécifiquement sur ce problème.
Exemple
Supposez qu'un ordinateur est utilisé au lecteur a feu de circulation. Une parole à programme enregistré simple de force :
- Arrêtez toutes les lumières
- Allumez la lumière rouge
- Attente soixante secondes
- Arrêtez la lumière rouge
- Allumez le feu vert
- Attente soixante secondes
- Arrêtez le feu vert
- Allumez la lumière jaune
- Attente deux secondes
- Arrêtez la lumière jaune
- Sautez à l'instruction le numéro (2)
Avec cet ensemble d'instructions, l'ordinateur ferait un cycle la lumière continuellement par rouge, vert, jaune et de nouveau au rouge encore jusqu'à dit de cesser d'exécuter le programme.
Cependant, supposez qu'il y a un "Marche/Arrêt" simple commutateur relié à l'ordinateur qui est prévu pour être utilisé pour faire le rouge instantané léger tandis qu'une certaine opération d'entretien est effectuée. Le programme pourrait alors instruire l'ordinateur :
- Arrêtez toutes les lumières
- Allumez la lumière rouge
- Attente soixante secondes
- Arrêtez la lumière rouge
- Allumez le feu vert
- Attente soixante secondes
- Arrêtez le feu vert
- Allumez la lumière jaune
- Attente deux secondes
- Arrêtez la lumière jaune
- Si le commutateur d'entretien n'est pas mis en marche puis sautez à l'instruction le numéro 2
- Allumez la lumière rouge
- Attente une seconde
- Arrêtez la lumière rouge
- Attente une seconde
- Sautez à l'instruction le numéro 11
De cette manière, l'ordinateur court les instructions du numéro (2) (à 11) à plusieurs reprises ou son fonctionnement les instructions (de 11) vers le bas (16) à plusieurs reprises, selon la position du commutateur.[12]
Comment les ordinateurs fonctionnent
Un ordinateur tout usage a quatre sections principales : unité arithmétique et de logique (ALU), unité de commande, mémoire, et les appareils d'entrée et de sortie (collectivement nommés entrée-sortie). Ces pièces sont reliées ensemble près autobus, souvent fait des groupes de fils.
L'unité de commande, les ALU, les registres, et l'entrée-sortie de base (et souvent tout autre matériel étroitement lié avec ces derniers) sont collectivement connus comme a unité centrale de traitement (Unité centrale de traitement). De premières unités centrales de traitement se sont composées de beaucoup de composants séparés mais depuis le milieu des années 70 les unités centrales de traitement ont été typiquement construites sur un simple circuit intégré a appelé a microprocesseur.
Unité de commande
L'unité de commande (souvent appelée un système de commande ou une unité centrale de traitement) dirige les divers composants d'un ordinateur. Il lit et interprète (décode) des instructions dans le programme un. Le système de commande décode chaque instruction et la transforme en série de signaux de commande qui actionnent les autres pièces de l'ordinateur.[13] Les systèmes de commande dans des ordinateurs avançés peuvent changer l'ordre de quelques instructions afin d'améliorer l'exécution.
Une composante clé commune à toutes les unités centrales de traitement est compteur de programme, une cellule de mémoire spéciale (a registre) qui maintient dont l'endroit dans la mémoire la prochaine instruction doit être lu.[14]
La fonction de système de commande est comme suivre-note que c'est une description simplifiée, et certaines de ces étapes peuvent être exécutées concurremment ou dans un ordre différent selon le type d'unité centrale de traitement :
- Lisez le code pour la prochaine instruction de la cellule indiquée par le compteur de programme.
- Décodez le code numérique pour l'instruction selon un ensemble de commandes ou de signaux pour chacun des autres systèmes.
- Incrémentez le compteur de programme ainsi qu'il se dirige à la prochaine instruction.
- Lisez quelque données l'instruction exige des cellules dans la mémoire (ou peut-être d'un dispositif d'entrée). L'endroit de ce eu besoin est typiquement stocké dans le code d'instruction.
- Fournissez les données nécessaires à un ALU ou enregistrez.
- Si l'instruction exige d'un ALU ou d'un matériel spécialisé d'accomplir, demandez au matériel pour effectuer l'opération demandée.
- Écrivez le résultat de l'ALU de nouveau à un endroit de mémoire ou à un registre ou peut-être à un appareil de sortie.
- Sautez de nouveau à l'étape (1).
Puisque le compteur de programme est (conceptuellement) juste un autre ensemble de cellules de mémoire, il peut être changé par des calculs faits dans l'ALU. Additionner 100 au compteur de programme causerait la prochaine instruction d'être lu des endroits d'un endroit 100 plus loin en bas du programme. Des instructions qui modifient le compteur de programme sont souvent connues comme « saute » et tient compte des boucles (instructions qui sont répétées par l'ordinateur) et de l'exécution souvent conditionnelle d'instruction (les deux exemples de commandez l'écoulement).
Il est à remarquer que l'ordre des opérations que l'unité de commande intervient pour traiter une instruction soit en soi comme un programme machine court - et en effet, dans encore plus d'unité centrale de traitement complexe conçoit, là est un autre pourtant un plus petit ordinateur appelé l'a microsequencer ce court a microcode programmez qui fait produire tous ces événements.
Unité d'arithmétique/logique (ALU)
L'ALU est capable d'exécuter deux classes des opérations : arithmétique et logique.
L'ensemble d'opérations arithmétiques que des appuis particuliers d'un ALU peuvent être limité à s'ajouter et à soustraire ou pourrait inclure la multiplication ou la division, trigonométrie fonctions (sinus, cosinus, etc.) et racines carrées. Certains peuvent seulement opérer des nombres entiers (nombres entiers) tandis que d'autres emploient virgule flottante pour représenter vrais nombres- quoiqu'avec la précision limitée. Cependant, n'importe quel ordinateur qui est capable d'effectuer juste les opérations les plus simples peut être programmé décomposent les opérations plus complexes en étapes simples qu'il peut exécuter. Par conséquent, n'importe quel ordinateur peut être programmé pour exécuter n'importe quelle arithmétique opération-bien que cela prenne plus de temps de faire ainsi si son ALU ne soutient pas directement l'opération. Un ALU peut également comparer des nombres et retourner valeurs de vérité booléennes (vrai ou faux) selon à si on est égal, plus grand qu'ou moins que l'autre (« est-ils 64 65 plus grands que ? »).
Les opérations de logique impliquent Logique booléenne: ET, OU, XOR et PAS. Ceux-ci peuvent être utiles tous les deux pour créer compliqué rapports conditionnels et traitement logique booléenne.
Superscalar les ordinateurs contiennent ALUs multiple de sorte qu'ils puissent traiter plusieurs instructions en même temps. Processeurs de graphiques et ordinateurs avec SIMD et MIMD les dispositifs fournissent souvent ALUs qui peut exécuter l'arithmétique dessus vecteurs et matrices.
Mémoire
Une mémoire d'ordinateur peut être regardée comme liste de cellules dans lesquelles les nombres peuvent être placés ou lus. Chaque cellule a une « adresse » numérotée et peut stocker un nombre simple. L'ordinateur peut être instruit « a mis le numéro 123 dans la cellule numéro 1357 » ou « ajoutez le nombre qui est en cellule 1357 au nombre qui est en cellule 2468 et met la réponse dans la cellule 1595 ». L'information stockée dans la mémoire peut représenter pratiquement n'importe quoi. Des lettres, nombres, même instructions machine peuvent être placées avec la même facilité dans la mémoire. Puisque l'unité centrale de traitement ne différencie pas entre différents types d'information, elle appartient au logiciel pour donner la signification à ce que la mémoire voit en tant que rien mais une série de nombres.
Dans des presque tous les ordinateurs modernes, chaque cellule de mémoire est placée jusqu'au magasin nombres binaires dans les groupes de huit peu (appelé a byte). Chaque byte peut représenter 256 nombres différents ; de 0 à 255 ou -128 à +127. Pour stocker de plus grands nombres, plusieurs bytes consécutifs peuvent être employés (typiquement, deux, quatre ou huit). Quand des nombres négatifs sont exigés, ils sont habituellement stockés dedans le complément de deux notation. D'autres arrangements sont possibles, mais habituellement ne sont pas vus dehors des applications spécialisées ou des contextes historiques. Un ordinateur peut stocker n'importe quel genre d'information dans la mémoire tant que il peut être représenté de façon ou d'autre en forme numérique. Les ordinateurs modernes ont des milliards ou même des trillions des bytes de la mémoire.
L'unité centrale de traitement contient un ensemble spécial de cellules de mémoire appelées registres cela peut être lu et écrit beaucoup à plus rapidement que le secteur de mémoire centrale. Il y a typiquement entre deux et cent registres selon le type d'unité centrale de traitement. Des registres sont utilisés pour plus souvent les données élémentaires nécessaires pour éviter doivent accéder à la mémoire centrale chaque fois que les données sont nécessaires. Puisque des données constamment sont travaillées dessus, la réduction de la nécessité d'accéder à la mémoire centrale (qui est souvent lente comparée aux unités d'ALU et de commande) augmente considérablement la vitesse de l'ordinateur.
La mémoire centrale d'ordinateur vient dans deux principales variétés : mémoire à accès sélective ou RAM et la mémoire morte ou ROM. La RAM peut être lue et écrite à lorsque l'unité centrale de traitement la commande, mais la ROM est préchargée avec les données et le logiciel qui ne change jamais, ainsi l'unité centrale de traitement peut seulement indiquer de elle. La ROM est typiquement utilisée pour stocker les instructions initiales de la mise en train de l'ordinateur. Généralement le contenu de la RAM est effacé quand le courant à l'ordinateur est coupé tandis que la ROM maintient ses données indéfiniment. Dans un PC, la ROM contient un programme spécialisé appelé BIOS cela orchestre charger l'ordinateur logiciel d'exploitation de la commande de disque dur dans la RAM toutes les fois que l'ordinateur est mis en marche ou remise. Dans ordinateurs incorporés, qui fréquemment n'ont pas des unités de disques, tout les logiciel exigé pour accomplir le charger peut être stockée dans la ROM. Le logiciel qui est stocké dans la ROM s'appelle souvent progiciels parce qu'il est notionally plutôt le matériel que le logiciel. Mémoire instantanée brouille la distinction entre la ROM et la RAM en maintenant des données une fois éteint mais en étant rewritable comme la RAM. Cependant, la mémoire instantanée est en général beaucoup plus lente que la ROM et la RAM conventionnelles ainsi son utilisation est limitée aux applications où des vitesses élevées ne sont pas exigées.[15]
Dans des ordinateurs plus sophistiqués il peut y avoir un ou plusieurs RAM antémémoires ce qui sont plus lents que des registres mais plus rapidement mémoire que centrale. Généralement des ordinateurs avec cette sorte de cachette sont conçus pour entrer des données fréquemment nécessaires dans la cachette automatiquement, souvent sans besoin de n'importe quelle intervention de la part du programmeur.
Entrée-sortie (entrée-sortie)
L'entrée-sortie est le moyen par lequel un ordinateur reçoit l'information du monde extérieur et renvoie des résultats. Des dispositifs qui fournissent l'entrée ou le rendement à l'ordinateur s'appellent périphériques. Sur un typique PC, les périphériques incluent des dispositifs d'entrée comme le clavier et souris, et appareils de sortie tels que affichage et imprimeur. Commandes de disque dur, unités de disquettes et unités de disques optiques servir d'appareils entrée et de sortie. Gestion de réseau d'ordinateur est une autre forme d'entrée-sortie.
Souvent, les unités d'E/S Sont les ordinateurs complexes dans leur propre droite avec leur propres unité centrale de traitement et mémoire. A unité de traitement de graphiques pourraient contenir des ordinateurs cinquante ou plus minuscules qui exécutent les calculs nécessaires pour montrer graphiques 3D[citation requise]. Moderne ordinateurs de bureau contenez beaucoup de plus petits ordinateurs qui aident l'unité centrale de traitement principale en effectuant l'entrée-sortie.
Traitement multitâche
Tandis qu'un ordinateur peut être regardé en tant qu'exécuter un programme colossal stocké dans sa mémoire centrale, dans quelques systèmes il est nécessaire de donner l'aspect d'exécuter plusieurs programmes simultanément. Ceci est réalisé en ayant le commutateur d'ordinateur rapidement entre exécuter chaque programme alternativement. On signifie par ce que ceci est fait est avec un signal spécial appelé interruption ce qui peut périodiquement faire cesser d'exécuter des instructions où il était et faire l'ordinateur autre chose à la place. En se rappelant où il s'exécutait avant l'interruption, l'ordinateur peut retourner au ce chargent plus tard. Si plusieurs programmes fonctionnent « en même temps », alors le générateur d'interruption pourrait causer plusieurs centaines d'interruptions par seconde, causant un commutateur de programme chaque fois. Puisque les ordinateurs modernes exécutent typiquement des instructions plusieurs ordres de grandeur la perception qu'humaine plus rapidement, il peut être évident que beaucoup de programmes fonctionnent en même temps quoique seulement un s'exécute jamais dans n'importe quel instant donné. Cette méthode de traitement multitâche se nomme parfois « partage du temps » puisque chaque programme est assigné une « tranche » de temps alternativement.
Avant l'ère des ordinateurs bon marché, l'utilisation de principe pour le traitement multitâche était de permettre à beaucoup de gens de partager le même ordinateur.
Apparemment, le traitement multitâche causerait un ordinateur qui commute entre plusieurs programmes à la course plus lentement - directement proportionnel au nombre de programmes qu'il exécute. Cependant, la plupart des programmes dépensent beaucoup de leurs dispositifs lents de attente d'entrée-sortie d'heure pour accomplir le leur charge. Si un programme attend l'utilisateur pour cliquer sur la souris ou appuyer sur une touche sur le clavier, alors il ne prendra pas une « tranche de temps » avant l'événement qu'elle attend s'est produite. Ceci libère vers le haut l'heure pour d'autres programmes de s'exécuter de sorte que beaucoup de programmes puissent être exécutés en même temps sans perte inacceptable de vitesse.
Multitraitement
Quelques ordinateurs peuvent diviser leur travail entre une ou plusieurs unités centrales de traitement séparées, créant une configuration de multitraitement. Traditionnellement, cette technique a été utilisée seulement dans de grands et puissants ordinateurs comme ordinateurs géants, ordinateurs centraux et serveurs. Cependant, multiprocesseur et multinucléaire (unités centrales de traitement multiples sur un circuit intégré simple) les ordinateurs portables personnels et sont devenus largement disponibles et commencent à voir que l'utilisation accrue dans la bas-extrémité lance sur le marché en conséquence.
Les ordinateurs géants ont en particulier souvent des architectures fortement uniques qui diffèrent de manière significative de l'architecture à programme enregistré de base et à partir des ordinateurs tout usage.[16] Ils comportent souvent des milliers d'unités centrales de traitement, à grande vitesse adapté aux besoins du client relie ensemble, et matériel de calcul spécialisé. De telles conceptions tendent à être utiles seulement pour spécialisé charge en raison de la grande échelle de l'organisation de programme exigée pour utiliser avec succès la plupart des ressources disponibles immédiatement. Les ordinateurs géants voient habituellement l'utilisation dans à grande échelle simulation, rendu de graphiques, et cryptographie applications, aussi bien qu'avec l'autre prétendu « embarrassingly parallèle« charge.
Gestion de réseau et l'Internet
Des ordinateurs ont été utilisés pour coordonner l'information entre les endroits multiples depuis les années 50. Les États-Unis militaires SAUGE le système était le premier exemple à grande échelle d'un tel système, comme lequel a mené à un certain nombre de systèmes commerciaux pour un but particulier Sabre.
Dans les années 70, les ingénieurs informaticiens aux établissements de recherches dans l'ensemble des Etats-Unis ont commencé à lier leurs ordinateurs employant ensemble la technologie de télécommunications. Cet effort a été placé par ARPA (maintenant DARPA), et réseau informatique qu'il a produit s'est appelé ARPANET. Les technologies qui ont fait à l'ARPANet la diffusion possible et ont évolué. À temps, la diffusion de réseau au delà de l'universitaire et les établissements militaires et sont devenus notoires en tant que Internet. L'apparition de la gestion de réseau a comporté une redéfinition de la nature et des frontières de l'ordinateur. Des logiciels d'exploitation et les applications d'ordinateur ont été modifiés pour inclure la capacité de définir et accéder aux ressources en d'autres ordinateurs sur le réseau, tel que les périphériques, a stocké l'information, et semblables, comme prolongements des ressources en ordinateur individuel. Au commencement ces équipements étaient disponibles principalement pour peuple travailler dans les environnements de pointe, mais dans les années 90 la diffusion des applications comme E-mail et World Wide Web, combiné avec le développement des technologies bon marché et rapides de gestion de réseau aimez Ethernet et ADSL la gestion de réseau d'ordinateur de scie deviennent presque omniprésente. En fait, le nombre d'ordinateurs qui sont gérés en réseau se développe phénoménalement. Une proportion très grande de PC reliez régulièrement au Internet pour communiquer et recevoir l'information. Gestion de réseau « sans fil », utilisant souvent téléphone portable les réseaux, a signifié que la gestion de réseau devient de plus en plus omniprésente même dans les environnements de calcul mobiles.
D'autres matières
Matériel
La limite matériel couvre toutes ces pièces d'un ordinateur qui sont les objets réels. Les circuits, les affichages, les alimentations d'énergie, les câbles, les claviers, les imprimeurs et les souris sont tout le matériel.
| Périphérique (Entrée-sortie) | Entrée | Souris, Clavier, Manche, Module de balayage d'image |
| Rendement | Moniteur, Imprimeur | |
| Tous les deux | Unité de disquettes, Disque dur, Disque optique conduisez, Téléimprimeur | |
| Autobus d'ordinateur | À courte portée | RS-232, SCSI, PCI, USB |
| Longue gamme (Gestion de réseau d'ordinateur) | Ethernet, Atmosphère, FDDI |
Logiciel
Logiciel se rapporte aux pièces de l'ordinateur qui n'ont pas une forme matérielle, telle que des programmes, des données, des protocoles, etc. Quand le logiciel est stocké dans le matériel qui ne peut pas facilement être modifié (comme BIOS ROM dans PC d'IBM compatible), ce s'appelle parfois les « progiciels » pour indiquer qu'il tombe dans un secteur incertain quelque part entre le matériel et le logiciel.
Langages de programmation
Les langages de programmation fournissent de diverses manières d'indiquer des programmes pour des ordinateurs à la course. Différent langages naturels, des langages de programmation sont conçus pour ne permettre aucune ambiguïté et pour être concis. Ils sont purement des langues écrites et sont souvent difficiles à lire à haute voix. Ils sont généralement l'un ou l'autre traduits en langage machine par a compilateur ou assembleur avant d'être couru, ou traduit directement au temps d'exécution par interprète. Parfois des programmes sont exécutés par une méthode hybride de deux techniques. Il y a des milliers de langue-quelque de programmation différent prévu pour être tout usage, d'autres utiles seulement pour des applications hautement spécialisées.
| Listes de langages de programmation | Chronologie des langages de programmation, Liste catégorique de langages de programmation, Liste de generations de langages de programmation, Liste alphabétique de langages de programmation, langages de programmation Non-Anglais-basés |
| Utilisé généralement Langages d'assemblage | BRAS, MIPS, x86 |
| Utilisé généralement Langages de haut niveau | BASIC, C, C++, C#, COBOL, Fortran, Java, LISP, Pascal |
| Utilisé généralement Langues de Scripting | Manuscrit de Bourne, Javascript, Python, Rubis, PHP, Perl |
Professions et organismes
Car l'utilisation des ordinateurs a écarté dans toute la société, il y a un nombre croissant de carrières impliquant des ordinateurs. Après le thème du matériel, du logiciel et des progiciels, les cerveaux des personnes qui travaillent dans l'industrie sont parfois connus irreverently comme wetware ou « meatware ».
Le besoin des ordinateurs de travailler jaillissent ensemble et peuvent échanger l'information a engendré le besoin de beaucoup d'organismes de normalisation, clubs et sociétés d'une nature formelle et sans cérémonie.
| Groupes de normes | Norme ANSI, LE CEI, IEEE, IETF, OIN, W3C |
| Sociétés professionnelles | ACM, Groupes d'intérêt d'ACM, IET, IFIP |
| Libre/Ouvrez la source groupes de logiciel | Base libre de logiciel, Base de Mozilla, Base de logiciel d'Apache |
Voyez également
- Théorie de Computability
- Informatique
- Calcul
- Ordinateurs dans la fiction
- Degré de sécurité d'ordinateur et Insécurité d'ordinateur
- Perte électronique
- Liste d'étymologies de limite d'ordinateur
- Virtualisation
Notes
- ^ En 1946, ENIAC a consommé des 174 kilowatts environ. Par comparaison, un PC typique peut employer autour 400 W ; plus de quatre cents fois moins. (Kempf 1961)
- ^ Ordinateurs tôt comme Colosse et ENIAC pouvaient traiter entre 5 et 100 opérations par seconde. Un microprocesseur moderne des « produits » (en date de 2007) peut traiter des milliards d'opérations par seconde, et plusieurs de ces opérations sont plus compliqué et utile que tôt des opérations machine.
- ^ Héron d'Alexandrie. Recherché dessus 2008-01-15.
- ^ Le moteur analytique ne devrait pas être confondu avec Babbage moteur de différence ce qui était une calculatrice mécanique non programmable.
- ^ B. Jack Copeland, E-D., colosse : Les secrets des ordinateurs de Codebreaking du parc de Bletchley, pression d'université d'Oxford, 2006
- ^ Ce programme a été écrit pareillement à ceux pour PDP-11 mini-ordinateur et expositions quelques choses typiques qu'un ordinateur peut faire. Tout texte après les points-virgule sont commentaires au profit des lecteurs humains. Ceux-ci n'ont aucune signification à l'ordinateur et sont ignorés. (Digital Equipment Corporation 1972)
- ^ Des tentatives sont souvent faites de créer les programmes qui peuvent surmonter cette limitation fondamentale des ordinateurs. Le logiciel qui imite l'étude et l'adaptation fait partie de intelligence artificielle.
- ^ Il n'est pas universellement vrai que les bogues soient seulement dus à l'inadvertance de programmeur. Le matériel d'ordinateur peut échouer ou peut lui-même avoir un problème fondamental qui produit des résultats inattendus dans certaines situations. Par exemple, Bogue du Pentium FDIV en a causé Intel microprocesseurs au début des années 90 pour produire des résultats imprécis pour certain virgule flottante opérations de division. Ceci a été provoqué par une paille dans la conception de microprocesseur et eu comme conséquence un rappel partiel des dispositifs affectés.
- ^ Même quelques ordinateurs postérieurs ont été généralement programmés directement en code machine. Certains mini-ordinateurs comme DEC PDP-8 a pu être programmé directement d'un panneau des commutateurs. Cependant, cette méthode a été habituellement employée seulement en tant qu'élément du initialiser processus. La plupart des ordinateurs modernes initialisent entièrement automatiquement en indiquant un programme d'initialisation de certains mémoire non-volatile.
- ^ Cependant, il y a parfois une certaine forme de compatibilité de langage machine entre différents ordinateurs. x86-64 le microprocesseur compatible aiment AMD Athlon 64 peut exécuter la plupart des mêmes programmes qui Noyau 2 d'Intel le bidon de microprocesseur, comme des programmes conçus pour de premiers microprocesseurs aiment Intel Pentiums et Intel 80486. Ceci diffère des ordinateurs de gestion très tôt, qui étaient souvent un-de-un-aimables et totalement incompatibles avec d'autres ordinateurs.
- ^ Les langages de haut niveau sont également souvent interprété plutôt que compilé. Des langues interprétées sont traduites en marche en code machine par un autre programme appelé interprète.
- ^ Bien que ce soit un programme simple, il contient a erreur de programmation. Si les feux de signalisation montrent le rouge quand quelqu'un commute » le commutateur rouge « instantané, il fera un cycle par le vert une fois de plus avant de commencer à clignoter rouge comme instruit. Il est tout à fait facile fixer ce bogue en changeant le programme pour examiner à plusieurs reprises le commutateur tout au long de chaque « attente » période-mais les grands programmes d'écriture qui n'ont aucun bogue est excessivement difficile.
- ^ La règle de l'unité de commande en interprétant des instructions a changé légèrement dans le passé. Tandis que l'unité de commande est seulement responsable de l'interprétation d'instruction dans des la plupart des ordinateurs modernes, ce n'est pas toujours le cas. Beaucoup d'ordinateurs incluent quelques instructions qui peuvent seulement être partiellement interprétées par le système de commande et être partiellement interprétées par un autre dispositif. C'est particulièrement le cas avec le matériel de calcul spécialisé qui peut être partiellement d'un seul bloc. Par exemple, EDVAC, le premier ordinateur à programme enregistré moderne à concevoir, a employé une unité centrale de traitement qui a seulement interprété quatre instructions. Toutes les instructions arithmétique-connexes ont été transmises à son unité de calcul et encore décodées là.
- ^ Les instructions occupent souvent plus d'une adresse de mémoire, ainsi les compteurs de programme augmente habituellement par le nombre d'endroits de mémoire exigés pour stocker une instruction.
- ^ De la mémoire instantanée peut seulement également être récrite un nombre de fois limité avant de porter dehors, le rendant moins utile pour l'utilisation lourde d'accès sélectif. (Verma 1988)
- ^ Cependant, c'est également très terrain communal pour construire des ordinateurs géants hors de beaucoup de morceaux de matériel bon marché des produits ; les ordinateurs habituellement différents se sont reliés par des réseaux. Ceux-ci prétendus faisceaux d'ordinateur le bidon fournissent souvent l'exécution d'ordinateur géant à un coût beaucoup inférieur que des conceptions adaptées aux besoins du client. Tandis que faites sur commande des architectures sont encore employées pour la plupart des ordinateurs géants les plus puissants, il y a eu une prolifération des ordinateurs de faisceau ces dernières années. (TOP500 2006)
- ^ 64-bit le plus principal architectures d'ensemble d'instruction sont les prolongements de premières conceptions. Toutes les architectures ont énuméré dans cette table ont existé sous les formes de 32 bits avant que leurs incarnations 64-bit aient été présentées.
Références
- a Kempf, Karl (1961). "Monographie historique : Ordinateurs électroniques dans les corps d'artillerie". . Aberdeen prouvant la terre (Armée des Etats-Unis)
- a Phillips, élégant (2000). Le mécanisme I d'Antikythera. Société mathématique américaine. Recherché dessus 2006-04-05.
- a Shannon, Claude Elwood (1940). "Une analyse symbolique des circuits de relais et de commutation". . Massachusetts.institute.of.technology
- a Digital Equipment Corporation (1972). Manuel du processeur PDP-11/40 (Pdf), Maynard, mA: Digital Equipment Corporation.
- a Verma, G. ; Mielke, N. (1988). "L'exécution de fiabilité d'ETOX a basé des mémoires instantanées". . Colloque international de physique du sérieux d'IEEE
- a Meuer, Hans; Strohmaier, Erich ; Simon, horst ; Dongarra, Jack (2006-11-13). Les architectures partagent temps fini. TOP500. Recherché dessus 2006-11-27.
- Charge, Jon (2007). À l'intérieur de la machine : Une introduction illustrée aux microprocesseurs et à l'architecture d'ordinateur. San Francisco : Aucune pression d'amidon. ISBN 978-1-59327-104-6.
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