Электронные вычислительные машины (ЭВМ) представляют собой сложные технические системы, созданные на базе электронных компонентов (подробнее об этом можно узнать в разделе Электроника). Их ключевая особенность — невероятная скорость обработки данных. За считанные секунды они способны выполнить миллионы операций с многозначными числами, решая задачи колоссальной сложности и тем самым освобождая человека от рутинного и трудоемкого интеллектуального труда.
Как устроена и работает ЭВМ
Работа с информацией в машине начинается с этапа кодирования. Специальный кодирующий блок переводит исходные числа и команды на «язык», понятный компьютеру. После этого данные через устройство ввода направляются в память машины — запоминающее устройство. Оно служит хранилищем не только для начальных условий задачи и программы её решения, но и для всех промежуточных расчётов, конечных результатов, а также различных констант и таблиц, которые могут потребоваться в процессе вычислений.
Когда необходимые данные выбраны из памяти, они в виде электрических импульсов передаются в арифметическое устройство — «вычислительный цех» машины. Здесь в работу вступают электронные схемы: сумматоры (своего рода скоростные «арифмометры»), а также узлы, отвечающие за умножение, деление и другие математические действия.
Полученный итог вычислений отправляется на вывод. Чаще всего результат представляется в удобной для человека форме: в виде графиков, диаграмм или числовых таблиц, которые печатаются на бумаге. Для этого традиционно используются телетайпы или электрические пишущие машинки. Более современным и наглядным средством вывода информации является дисплей — экранный пульт, который по сути представляет собой телевизор, дополненный возможностями запоминания и отображения данных.
Координацией всех этих процессов занимается управляющее устройство. Оно играет роль «дирижёра» оркестра, связывая отдельные компоненты ЭВМ в единую систему и отдавая им команды: что, когда и как делать. Программа работы, то есть последовательность этих команд, заранее составляется специалистами-программистами (см. Программирование).
Эволюция вычислительной техники: четыре поколения ЭВМ
Первые электронные вычислительные машины были созданы в середине 1940-х годов. С тех пор развитие компьютерной техники принято делить на четыре основных этапа, или поколения.
Первое поколение (конец 1940-х — начало 1950-х гг.) основывалось на громоздких и энергоёмких электронных лампах. В качестве памяти использовались магнитные барабаны и электронно-лучевые трубки. Эти машины применялись почти исключительно для сложных научно-технических расчётов.
Второе поколение (середина 1950-х — начало 1960-х гг.) ознаменовалось переходом на компактные и надёжные полупроводниковые приборы (см. Полупроводники). Основным видом оперативной памяти стали магнитные ферритовые сердечники. ЭВМ этого поколения стали в десятки раз экономичнее и начали использоваться не только для вычислений, но и для автоматизации некоторых производственных процессов.
Третье поколение (1960-е гг.) стало возможным благодаря изобретению интегральных схем (см. Микроэлектроника), которые объединяли множество элементов на одном кристалле. Память на миниатюрных ферритовых сердечниках сделала компьютеры более быстрыми и доступными, что позволило внедрять их в самые разные сферы народного хозяйства.
Четвёртое поколение (с конца 1960-х гг. по настоящее время) основано на больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схемах. Ключевым прорывом стало создание микропроцессора — устройства, которое на одном крошечном кремниевом кристалле размещает целый вычислительный блок. Современные микросхемы могут содержать до полумиллиона электронных элементов! Это привело к революционному уменьшению размеров устройств, колоссальному росту их производительности, повышению надёжности и снижению стоимости.
Носители информации и сферы применения
На заре компьютерной эры данные часто вводились с помощью перфокарт и перфолент. Перфокарта — это картонный бланк, на котором информация кодировалась пробитыми отверстиями. Перфолента — бумажная или пластиковая лента с несколькими дорожками отверстий, которая считывалась специальным устройством и передавала код в ЭВМ.
Сегодня области применения компьютеров невероятно широки. Они используются для фундаментальных научных исследований и инженерных расчётов, обработки больших массивов данных (планирование, бухгалтерский учёт, статистика, прогнозирование), для автоматического управления технологическими процессами и сложными системами. ЭВМ стали неотъемлемой частью таких отраслей, как промышленность, транспорт, связь, медицина и образование.
С 1985/86 учебного года основы информатики и вычислительной техники были включены в школьную программу. В специально оборудованных компьютерных классах ученики знакомятся с принципами работы ЭВМ, изучают основы алгоритмизации и осваивают азы программирования. Компьютеры также активно используются как вспомогательное средство на уроках по другим предметам, делая процесс обучения более наглядным и интерактивным.