Computer
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Ein Computer ist eine Maschine für manipulierendaten entsprechend einer Befehlsliste bekannt als ein Programm.
Computer sind extrem vielseitig begabt. Tatsächlich sind sie informationsverarbeitende allgemeinhinmaschinen. Entsprechend der Kirche-Turing These ist ein Computer mit einer bestimmten minimalen Schwelle Fähigkeit prinzipiell zum Durchführen der Aufgaben jedes möglichen anderen Computers fähig. Folglich alle können Computer mit den Fähigkeiten, die von denen eines persönlichen digitalen Assistenten bis zu einer reichen Supercomputer, die gleichen Aufgaben durchführen, solange Zeit- und Speicherkapazität nicht Betrachtungen sind. Folglich können die gleichen Computerdesigns für die Aufgaben angepaßt werden, die von der Verarbeitung der Firmalohn- und gehaltslisten bis zu steuernden unbemannten spaceflights reichen. Wegen der technologischen Zuführung, sind moderne elektronische Computer exponential fähiger als die der vorhergehenden Erzeugungen (ein Phänomen teilweise beschrieben von Law Moores).
Computer nehmen zahlreiche physische Formen. Frühe elektronische Computer waren die Größe eines großen Raumes, während gesamte moderne eingebettete Computer als eine Plattform des Spielens der Karten kleiner sein können. Sogar heute, bestehen enorme Rechner noch für fachkundige wissenschaftliche Berechnung und für die Verhandlungverarbeitung Anforderungen der großen Organisationen. Die Kleincomputer, die für einzelnen Gebrauch bestimmt sind, werden PC genannt. An zusammen mit ihrem beweglichen äquivalent sind die Laptop-Computer, PC überall vorhandene informationsverarbeitende und Kommunikation Werkzeuge und sind normalerweise, was die meisten Leute als „Computer“ denken. Jedoch ist die allgemeinste Form des gebräuchlichen heutigen Tages des Computers der eingebettete Computer. Eingebettete Computer sind normalerweise die verhältnismäßig einfachen und physikalisch Kleincomputer, die benutzt werden, um eine andere Vorrichtung zu steuern. Sie können Maschinen vom Kämpferflugzeug zu den Industrierobotern zu den digitalen Kameras steuern.
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Geschichte des Rechnens
Ursprünglich bezog sich die Bezeichnung „Computer“ auf eine Person, die numerische Berechnungen durchführte, häufig mit dem Hilfsmittel eines mechanischen Rechners oder des Analogrechners. Beispiele dieser frühen Vorrichtungen, die Vorfahren des Computers, schlossen die Rechenmaschine und die Antikythera Einheit, eine Vorrichtung des alten Griechen für die Berechnung der Bewegungen der Planeten ein, die von ungefähr 87 BC datiert. [1] Das Ende des mittleren Alters sah ein reinvigoration der europäischen Mathematik und der Technik, und Wilhelm Schickards Vorrichtung 1623 war die erste einer Anzahl von den mechanischen Rechnern, die von den europäischen Ingenieuren konstruiert wurden. [2]
1801 Joseph Marie bildete Jacquardwebstuhl eine Verbesserung zu vorhandenen Webstuhldesigns, die eine Reihe gelochte Papierkarten als Programm benutzten, um schwierige Muster zu spinnen. Dem resultierenden Jacquardwebstuhlwebstuhl gilt nicht als einen zutreffenden Computer, aber es war ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der modernen Digitalrechner.
Charles Babbage war der erste, zum eines völlig programmierbaren Computers schon in 1820 aufzufassen und zu entwerfen, aber wegen einer Kombination der Begrenzungen auf die Technologie der Zeit, der begrenzten Finanzierung und der Unfähigkeit mit, seinem Design zu basteln zu widerstehen, wurde die Vorrichtung nie wirklich in seiner Lebenszeit konstruiert. Ende des 19. Jahrhunderts war eine Anzahl von Technologien, die später nützlich beim Rechnen prüfen würden, wie die Durchschlag Karte und der Vakuumschlauch und großräumige automatisierte Datenverarbeitung, die Durchschlag Karten verwendet, wurde durchgeführt durch die tabellierenden Maschinen erschienen, die von Hermann Hollerith entworfen waren.
Während der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, wurden viele wissenschaftliche rechnende Bedürfnisse durch in zunehmendem Maße hoch entwickelte für einen speziellen Zweck Analogrechner erfüllt, die ein direktes mechanisches oder elektrisches Modell des Problems als Grundlage für Berechnung benutzten. Diese wurden nach der Entwicklung des programmierbaren Digitalrechners in zunehmendem Maße selten.
Eine Reihenfolge ständig der leistungsfähigeren und flexibleren rechnenden Vorrichtungen wurden in den dreißiger Jahren und in den vierziger Jahren konstruiert und stufenweise fügten die Schlüsseleigenschaften der modernen Computer, wie des Gebrauches von der Digitalelektronik (groß erfunden von Claude Shannon 1937) [3] und flexiblerer Programmierbarkeit hinzu. Einen Punkt entlang dieser Straße als „dem ersten digitalen elektronischen Computer“ zu definieren ist außerordentlich schwierig. Bemerkenswerte Ausführungen schließen die Atanasoff-Beere Computer (1937), eine für einen speziellen Zweck Maschine mit ein, die Ventil-gefahrene (Vakuumschlauch) Berechnung, binäre Zahlen und Regenerationsspeicher verwendete; der geheime britische Koloßcomputer (1944), der begrenzt, Programmierbarkeit aber gezeigt hatte, daß eine Vorrichtung, die Tausenden Ventile verwendet, sein könnte, bildete zuverlässig und elektronisch reprogrammed; die Harvard Markierung I, ein großräumiger elektromechanischer Computer mit begrenzter Programmierbarkeit (1944); dezimal-gegründete amerikanische ENIAC (1946) - das der erste universelle elektronische Computer war, aber hatte ursprünglich eine unbiegsame Architektur, die bedeutete, daß reprogramming ihn ihn im Wesentlichen rewired erforderte; und Konrad Zuses Z Maschinen, wenn elektromechanische Z3 (1941), die erste Arbeitsmaschine ist, die automatische Binärarithmetik und durchführbare Programmierbarkeit kennzeichnet.
Die Mannschaft, die ENIAC entwickelte, seine Fehler erkennend, kam oben mit einem weit flexibleren und eleganteren Design, das als die Von Neumann Architektur bekannt geworden ist (oder „speicherprogrammierte Architektur“). Diese speicherprogrammierte Architektur wurde die Grundlage für praktisch alle modernen Computer. Eine Anzahl von den Projekten, zum der Computer zu entwickeln, die auf der speicherprogrammierten Architektur basierten, begann im mittleren zu late-1940s; die ersten von diesen wurden in Großbritannien durchgeführt. Das erste, zum unternehmungslustig zu sein war die kleinräumige experimentelle Maschine, aber das EDSAC war möglicherweise die erste praktische Version, die entwickelt wurde.
Gefahrene Computerdesigns des Ventils (Schlauch) waren gebräuchlich während der fünfziger Jahre, aber wurden ersetzt schließlich mit den Transistor-gegründeten Computern, die kleiner viel zuverlässiger waren, schneller, preiswerter, und und so ließen sie, in den sechziger Jahren kommerziell produziert sein. Bis zum den siebziger Jahren hatte die Annahme der Schaltungtechnologie Computern ermöglicht, an genügenden Kosten niedrig produziert zu werden, um Einzelpersonen zu eigenem ein Personal-Computer zuzugestehen.
Wie Computer arbeiten: die speicherprogrammierte Architektur
Während die Technologien, die in den Computern verwendet werden, drastisch seit den ersten elektronischen, universellen Computern der vierziger Jahre geändert haben, die speicherprogrammierte Architektur noch verwenden (manchmal genannt die von Neumann Architektur). Das Design bildete den Universalcomputer eine praktische Wirklichkeit.
Die Architektur beschreibt einen Computer mit vier Hauptabschnitten: das Rechenwerk (ALU), der Steuerschaltkreis, das Gedächtnis und die Eingang und Ausgabemechanismen (zusammen benannt Input/Output). Diese Teile werden durch Bündel Leitungen zusammengeschalten (genannt „Busse“, wenn das gleiche Bündel mehr als einen Datenweg stützt) und angetrieben normalerweise durch einen Timer oder einen Taktgeber (obgleich andere Fälle den Steuerschaltkreis fahren konnten).
Begrifflich kann ein Computerspeicher als Liste der Zellen angesehen werden. Jede Zelle hat eine numerierte „Adresse“ und kann, örtlich festgelegtes etwas Informationen speichern. Diese Informationen können irgendein eine Anweisung sein und dem Computer was erklären zu tun oder Daten, den Informationen, welches der Computer, zu verarbeiten mit den Anweisungen ist, die in das Gedächtnis gelegt worden sind. Prinzipiell kann jede mögliche Zelle benutzt werden, um entweder Anweisungen oder Daten zu speichern.
Das ALU ist in vielen abfragt das Herz des Computers. Es ist zum Durchführen von von zwei Kategorien grundlegende Betriebe fähig. Das erste ist arithmetische Betriebe; zum Beispiel zwei Zahlen zusammen addierend oder subtrahieren. Der Satz der arithmetischen Betriebe kann sehr begrenzt sein; in der Tat stützen einige Designs nicht direkt Vermehrung- und Abteilungsbetriebe (stattdessen, stützen Benutzer Vermehrung und Abteilung durch Programme, die mehrfache Hinzufügung, Abzüge und andere Stelle Handhabungen durchführen). Die zweite Kategorie der ALU Betriebe bezieht Vergleich Betriebe mit ein: gegeben zwei Zahlen, feststellend, wenn sie gleich sind oder wenn nicht gleich, das größer ist.
Die Input/Output Systeme sind die Mittel, durch die der Computer Informationen von der äußeren Welt erhält, und berichten über seine Resultate zurück zu dieser Welt. Auf einem typischem Personal-Computer schließen Eingabegeräte Gegenstände wie die Tastatur und die Maus ein, und Ausgabemechanismen schließen Computermonitoren, Drucker und dergleichen, aber wie später besprochen wird, eine sehr große Vielzahl der Vorrichtungen können an einen Computer und einen Serve als Ein-e/Ausgabegerät angeschlossen werden mit ein.
Das Steuersystem bindet dieses zusammen alles. Sein Job ist, Anweisungen zu lesen und Daten vom Gedächtnis oder die Ein-e/Ausgabegerät, die Anweisungen, das ALU mit den korrekten Eingängen entsprechend den Anweisungen versehend zu decodieren, „erklären“ dem ALU, welcher Betrieb, zum an jenen Eingängen durchzuführen, und der Resultate zurück zu dem Gedächtnis oder zu den Ein-en/Ausgabegerät zu schicken. Ein Schlüsselbestandteil des Steuersystems ist- ein Kostenzähler, der verfolgt, was die Adresse der gegenwärtigen Anweisung ist; gewöhnlich wird dieses erhöht, jedesmal wenn eine Anweisung durchgeführt wird, es sei denn die Anweisung selbst anzeigt, daß die folgende Anweisung an etwas anderer Position sein sollte (den Computer die gleichen Anweisungen wiederholt durchführen lassend).
Seit den achtziger Jahren haben die ALU und die Steuereinheit (zusammen genannt eine Zentraleinheit oder eine CPU) gewöhnlich auf einer einzelnen integrierten Schaltung gesessen, die einen Mikroprozessor genannt wird.
Das Arbeiten solch eines Computers ist prinzipiell ziemlich direkt. Gewöhnlich auf jedem Taktgeberzyklus, holt der Computer Anweisungen und Daten von seinem Gedächtnis. Die Anweisungen werden durchgeführt, werden die Resultate gespeichert, und die folgende Anweisung wird geholt. Dieses Verfahren Wiederholungen bis eine Haltanweisung wird angetroffen.
Der Satz der Anweisungen, die durch die Steuereinheit gedeutet werden und durch das ALU durchgeführt sind, werden zahlreich begrenzt, definiert genau und sehr einfach Betriebe. Breit paßten sie in eine oder mehrer von vier Kategorien: 1) bewegliche Daten von einer Position zu anderen (ein Beispiel konnte eine Anweisung sein, der die CPU „erklärt“, „den Inhalt von Speicherzelle 5 zu kopieren und die Kopie in Zelle 10 zu legen“). 2) die arithmetischen und logischen Prozesse auf Daten durchführend (zum Beispiel, „den Inhalt von Zelle 7 dem Inhalt von Zelle 13 hinzufügen und das Resultat in Zelle 20 legen“). 3) die Bedingung von Daten prüfend („, wenn der Inhalt von Zelle 999 0 ist, ist die folgende Anweisung an Zelle 30“). 4) die Reihenfolge von Betrieben ändernd (das vorhergehende Beispiel ändert die Reihenfolge von Betrieben, aber Anweisungen wie „die folgende Anweisung ist an Zelle 100“ sind auch Standard).
Anweisungen, wie Daten, werden innerhalb des Computers als binärer Code - ein niedriges System zwei des Zählens dargestellt. Z.B. ist der Code für eine Art „Kopie“ Betrieb in der Intel x86 Linie der Mikroprozessoren 10110000 [4]. Der bestimmte Befehlsatz, den ein spezifischer Computer stützt, bekannt als dieses Maschinensprache Computers. Verwenden bereits-populäre Maschinensprache Marken es viel einfacher, vorhandene Software auf einer neuen Maschine laufen zu lassen; infolgedessen in den Märkten, in denen kommerzielle Software-Verwendbarkeit wichtige Lieferanten sind zusammengelaufen auf einem ist oder in einer sehr kleinen Anzahl von eindeutigen Maschinensprachen.
Leistungsfähigere Computer wie Minicomputer, Zentralrechner und Bediener können vom Modell oben sich unterscheiden, indem sie ihre Arbeit zwischen mehr als einer Haupt-CPU teilen. Mehrprozessorsystem und persönliche und Mehraderlaptop-Computer fangen auch an, vorhanden zu werden. [5] [6]
Supercomputer haben häufig die in hohem Grade ungewöhnliche Architektur, die zu der grundlegenden speicherprogrammierten Architektur erheblich unterschiedlich ist und manchmal kennzeichnen Tausenden CPUs, aber solche Designs neigen, nur für fachkundige Aufgaben nützlich zu sein. Am anderen Ende von der Größe Skala, verwenden einige Mikrocontroller die Harvard Architektur, die sicherstellt, daß Programm- und Datengedächtnis logisch unterschiedlich sind.
Digitalschaltungen
Das Begriffsdesign oben konnte mit einer Vielzahl der unterschiedlichen Technologien eingeführt werden. Wie vorher erwähnt worden, konnte ein speicherprogrammierter Computer von den mechanischen Bestandteilen wie Vorrichtungen oder dem Digi-Baut. I. völlig entworfen werden Babbages. Jedoch erlauben Digitalschaltungen Boolesche Logik und Arithmetik mit den binären mit Relais eingeführt zu werden Ziffern, - im Wesentlichen, elektrisch Bedienschalter. Shannons berühmte These gezeigt worden, wie Relais geordnet werden konnten, um die Maßeinheiten zu bilden, die Logikgatter genannt wurden, einfache Boolesche Betriebe einführend. Andere stellten bald heraus daß Vakuumschläuche dar - elektronische Vorrichtungen, konnten anstatt benutzt werden. Vakuumschläuche wurden ursprünglich als Signalverstärker für Radio und andere Anwendungen benutzt, aber wurden in der Digitalelektronik als sehr schneller Schalter benutzt; wenn Elektrizität bis einen der Stifte zur Verfügung gestellt wird, kann Strom zwischen den anderen zwei durchfließen.
Durch Vorbereitungen für Logikgatter, kann man Digitalschaltungen errichten, um kompliziertere Aufgaben zum Beispiel eine Additionsmaschine zu tun, die in der Elektronik die gleiche Methode einführt - in der Computerterminologie, ein Algorithmus - zum von von zwei zusammen zu addieren Zahlen, daß Kinder unterrichtet werden - addieren eine Spalte auf einmal, und trägt, was rüber gelassen wird. Schließlich durch die zusammen kombinieren Stromkreise, können ein komplettes ALU und ein Steuersystem aufgebaut werden. Dieses erfordert eine beträchtliche Anzahl von Bestandteilen. CSIRAC, einer der frühesten speicherprogrammierten Computer, ist vermutlich nah an dem kleinsten praktisch nützlichen Design. Es hatte ungefähr 2.000 Ventile, von denen einige „Doppelbestandteile“ [7] waren, so dieses, das irgendwo zwischen 2.000 und 4.000 Logikbestandteilen dargestellt wurde.
Vakuumschläuche hatten strenge Beschränkungen für den Aufbau vieler Gatter. Sie waren, unzuverlässig kostspielig (besonders wenn Sie in solchen großen Quantitäten verwendet werden), nahmen eine Menge Raum auf und verwendeten eine Menge elektrische Energie und, wenn unglaublich schneller verglichen mit einem mechanischen Schalter, hatten Begrenzungen zur Geschwindigkeit, an der sie funktionieren konnten. Folglich bis zum den sechziger Jahren wurden sie durch den Transistor, eine neue Vorrichtung, die durchführte, die gleiche Aufgabe wie der Schlauch aber viel kleiner war, schneller funktionieren verwendeten, zuverlässig ersetzt, viel weniger Energie, und waren weit preiswerter.
In den sechziger Jahren und in den siebziger Jahren wurde der Transistor selbst stufenweise durch die integrierte Schaltung ersetzt, die mehrfache Transistoren (und andere Bestandteile) und die Leitungen, die sie auf ein einzelnes, festes Stück Silikon anschließen setzte. Bis zum den siebziger Jahren wurden die gesamten ALU und die Steuereinheit, die Kombination, die als CPU bekannt wird, auf einen einzelnen „Span gesetzt“, der einen Mikroprozessor genannt wurde. Über der Geschichte der integrierten Schaltung, ist die Zahl Bestandteilen, die auf einen gesetzt werden können, enorm gewachsen. Der ersten IS enthalten einige 10 Bestandteile; ab 2006 enthält der Intel Kern-Duoprozessor 151 Million Transistoren. [8]
Schläuche, Transistoren und Transistoren auf integrierten Schaltungen können als der „Speicher“ Bestandteil der speicherprogrammierten Architektur mit einem Schaltungsentwurf benutzt werden, der als ein Flip-Flop bekannt ist, und in der Tat werden Flip-Flops für etwas der sehr Schnellablage verwendet. Jedoch haben wenige Computerdesigns Flip-Flops für den Hauptteil ihrer Speichernotwendigkeiten verwendet. Stattdessen speicherten früheste Computer Daten in den Williams Schläuchen - im Wesentlichen das Projizieren einiger Punkte auf einen Fernsehapparat Schirm und sie wieder lesen oder des Quecksilbers Verzögerungsstrecken, in denen die Daten gespeichert wurden, während die stichhaltigen Impulse, die langsam reisen (verglichen mit der Maschine selbst) entlang lange Schläuche mit Quecksilber füllten. Diese ein wenig ungainly aber wirkungsvollen Methoden wurden schließlich durch magnetische größtintegrierte Speicherbauelemente, wie Magnetkernspeicher ersetzt, in dem elektrische Ströme benutzt wurden, um ein dauerhaftes (aber schwaches) Magnetfeld in etwas Eisenmaterial vorzustellen, das dann gelesen werden könnte, um die Daten zurückzuholen. Schließlich wurde DRAM eingeführt. EINE DRAM-Maßeinheit ist eine Art integrierte Schaltung sehr große Bänke eines elektronischen Bauelements enthalten, das einen Kondensator genannt wird, der eine elektrische Aufladung während eines Zeitabschnitts speichern kann. Das Niveau der Aufladung in einem Kondensator konnte eingestellt werden, um Informationen zu speichern, und dann gemessen werden, um die Informationen zu lesen, als erfordert.
Ein-e/Ausgabegerät
Input/Output (kurz für Input/Output) ist eine allgemeine Bezeichnung für Vorrichtungen, die Computerinformationen von der äußeren Welt senden und die die Resultate der Berechnung zurückbringen. Diese Resultate können entweder direkt von einem Benutzer angesehen werden, oder sie können zu einer anderen Maschine geschickt werden, deren Steuerung dem Computer zugewiesen worden ist: In einem Roboter zum Beispiel im Haupt-Ausgabemechanismus des steuernden Computers ist der Roboter selbst.
Die Erste-Generations der Computer wurden mit einer ziemlich begrenzten Strecke der Eingabegeräte ausgerüstet. Ein Durchschlag Kartenleser oder ähnlicher etwas, waren gewohnt, Anweisungen und Daten in den Computerspeicher einzugeben, und irgendeine Art Drucker, normalerweise ein geänderter Fernschreiber, wurde verwendet, um die Resultate zu notieren. Über den Jahren sind andere Vorrichtungen hinzugefügt worden. Für das Personal-Computer zum Beispiel Tastaturen und Mäuse sind die Primärweisen, die Leute direkt Informationen in den Computer eintragen; und Monitoren sind die Primärweise, in der Informationen vom Computer zurück zu dem Benutzer, zwar Drucker, Sprecher dargestellt werden und Kopfhörer, auch allgemein sind. Es gibt eine sehr große Vielzahl anderer Vorrichtungen für das Erhalten anderer Arten Eingang. Ein Beispiel ist die digitale Kamera, die benutzt werden kann, um Sichtinformationen einzugeben. Es gibt zwei vorstehende Kategorien Ein-e/Ausgabegerät. Die erste Kategorie ist die der Fremdspeichervorrichtungen, wie Festplatten, CD-ROM, Schlüssel-Antriebe und dergleichen, die verhältnismässig langsames darstellen, aber Hochleistungsvorrichtungen, in denen Informationen für neuere Wiederherstellung gespeichert werden können; die zweite Kategorie ist die der Vorrichtungen, die benutzt werden, um Computernetze zugänglich zu machen. Die Fähigkeit, Daten zwischen Computer zu übertragen hat eine sehr große Strecke der Fähigkeiten für den Computer erschlossen. Das globale Internet läßt Millionen Computer Informationen aller Arten zwischen einander bringen.
Programme
Computerprogramme sind einfach Befehlslisten, damit der Computer durchführt. Diese können von gerade einigen Anweisungen, die eine einfache Aufgabe durchführen, bis zu einer viel komplizierteren Anweisung Liste reichen, die Tabellen von Daten auch mit einschließen kann. Viele Computerprogramme enthalten Millionen Anweisungen, und viele jener Anweisungen werden wiederholt durchgeführt. Ein typischer moderner PC (im Jahr 2005) kann herum 3 Milliarde Anweisungen pro Sekunde durchführen. Computer gewinnen ihre außerordentlichen Fähigkeiten nicht durch die Fähigkeit, komplizierte Anweisungen durchzuführen. Eher tun sie Millionen der einfachen Anweisungen, die von den Leuten geordnet werden, die als Programmierer bekannt sind.
In der Praxis schreiben Leute nicht normalerweise die Anweisungen für Computer direkt in Maschinensprache. Solche Programmierung ist zeitraubend und fehleranfällig und bildet Programmierer weniger produktiv. Stattdessen beschreiben Programmierer die gewünschten Tätigkeiten in einer „hochqualifizierten“ Programmiersprache, die dann in das Maschinensprache automatisch durch spezielle Computerprogramme übersetzt wird (Interpreten und Kompilatoren). Einige Programmiersprachen bilden sehr nah zum Maschinensprache, wie Assemblersprache ab (niederen Programmiersprachen); am anderen Ende basieren Sprachen wie Einleitung auf den abstrakten Grundregeln, die weit von den Details des tatsächlichen Betriebes der Maschine entfernt werden (höhere Programmiersprachen). Die Sprache, die für eine bestimmte Aufgabe gewählt wird, hängt von der Natur der Aufgabe, der Fähigkeit Satz der Programmierer, Werkzeugverwendbarkeit ab und häufig die Anforderungen der Kunden (zum Beispiel, wurden Projekte für das US Militär häufig angefordert, um in der Ada Programmiersprache zu sein).
Computer-Software ist eine alternative Bezeichnung für Computerprogramme; es ist eine einschließlichere Phrase und schließt alles untergeordnete Material ein, welches das Programm begleitet, das benötigt wird, um nützliche Aufgaben zu tun. Zum Beispiel schließt ein videospiel nicht nur das Programm selbst, aber die auch Daten, welche die Abbildungen darstellen, die Töne und anderes Material, das benötigt wird, um das virtuelle Klima des Spiels zu verursachen ein. Eine Computeranwendung ist ein Stück Computer-Software bereitgestellt zu vielen Computerbenutzern, häufig in einem Kleinklima. Das stereotypische moderne Beispiel einer Anwendung ist möglicherweise die Bürosuite, ein Satz zusammenhängend Programme für das Durchführen der allgemeinen Büroaufgaben.
Das Gehen von den extrem einfachen Fähigkeiten einer einzelnen Maschinensprache Anweisung zu den unzähligen Fähigkeiten der Anwendungsprogramme bedeutet, daß viele Computerprogramme extrem groß und kompliziert sind. Ein typisches Beispiel ist Windows XP, verursacht von ungefähr 40 Million Linien Computercode in der C++ Programmiersprache; [9] gibt es viele Projekte sogar des grösseren Bereichs, errichtet von den großen Mannschaften der Programmierer. Das Management dieser enormen Kompliziertheit ist zum Ermöglichen solcher Projekte Schlüssel; Programmiersprachen und programmierenpraxis, ermöglicht der Aufgabe, in die kleineren und kleineren Teilaufgaben geteilt zu werden, bis sie innerhalb der Fähigkeiten eines einzelnen Programmierers in einer angemessenen Periode kommen.
Dennoch bleibt der Prozeß des Entwickelns von von Software langsam fehleranfällig, unvorhersehbar, und; die Disziplin der Softwaretechnik hat, mit etwas Erfolg versucht, das Prozeßschnellere und das produktiver zu bilden und die Qualität des Endprodukts zu verbessern.
Ein Problem oder ein Modell ist rechnerisch, wenn es in solcher Weise formalisiert wird, die zur Form eines Computerprogramms umgewandelt werden kann. Computationality ist das ernste Forschung Problem von humanistischem, sozial und psychologische Wissenschaften z.B. modernes systemics, kognitive und soziologisch-kognitive [10] approches entwickeln unterschiedliche attemps zur Berechnungsspezifikation ihres „Weiche“ Wissens.
Bibliotheken und Betriebssysteme
Bald nach der Entwicklung des Computers, wurde es entdeckt, daß bestimmte Aufgaben in vielen unterschiedlichen Programmen angefordert wurden; ein frühes Beispiel berechnete einige der mathematischen Standardfunktionen. Zu den Zwecken der Leistungsfähigkeit, wurden Standardversionen von diesen in den Bibliotheken gesammelt und zur Verfügung stellten für alle, die sie benötigten. Ein besonders allgemeine Aufgabe gesetztes in Verbindung stehendes mit der Behandlung der kiesigen Details „der Unterhaltung“ mit den verschiedenen Ein-en/Ausgabegerät, also Bibliotheken für diese wurden schnell entwickelt.
Bis zum den sechziger Jahren mit Computern im breiten industriellen Gebrauch zu vielen Zwecken, wurde es allgemein, damit sie für viele unterschiedliche Jobs innerhalb einer Organisation verwendet werden können. Bald wurde die spezielle Software, zum der Terminplanung und der Durchführung dieser vielen Jobs zu automatisieren vorhanden. Die Kombination der handhabenden „Kleinteile“ und der festlegenjobs wurde als das „Betriebssystem“ bekannt; das klassische Beispiel dieser Art von frühem Betriebssystem war OS/360 durch IBM. [11]
Die folgende Hauptentwicklung in Betriebssystemen war Time-sharing - die Idee, daß mehrere Benutzer die Maschine „gleichzeitig“ benutzen konnten, indem sie alle ihre Programme im Gedächtnis hielten und für kurze Zeit jedes Programm des Benutzers durchführten, um die Illusion zur Verfügung zu stellen, daß jeder Benutzer ihren eigenen Computer hatte. Solch eine Entwicklung erforderte das Betriebssystem, Programme jedes Benutzers mit einer „virtuellen Maschine“ zu versehen so, daß ein Programm des Benutzers nicht eines anderen behinderen könnte (durch Unfall oder Design). Die Strecke der Vorrichtungen, die Betriebssysteme auch handhaben mußten, erweiterte; ein bemerkenswertes man war Festplatten; die Idee der einzelnen „Akten“ und eine hierarchische Struktur „der Verzeichnisse“ (jetzt häufig genannt Hefte) vereinfachten groß den Gebrauch von diesen Vorrichtungen für Festspeicher. Sicherheit Zugriffskontrollen, ComputerAnwenderzugriff nur zu den Akten, Verzeichnisse und Programme erlaubend hatten sie Erlaubnis zu verwenden, waren auch Common.
Möglicherweise waren die letzte Haupthinzufügung zum Betriebssystem die Werkzeuge, zum von von Programmen mit einer standardisierten graphischen Benutzerschnittstelle zu versehen. Während es wenige technische Gründe gibt, warum ein GUI an den Rest von einem Betriebssystem gebunden werden muß, erlaubt es dem Betriebssystemverkäufer, alle Software anzuregen, damit ihr Betriebssystem ein ähnliches Schauen und eine verantwortliche Schnittstelle hat.
Außerhalb dieser Funktionen „entkernen“, Betriebssysteme werden versendet normalerweise mit einer Reihe anderer Werkzeuge können, von denen einige wenig Anschluß mit diesen ursprünglichen Kernfunktionen haben, aber, von genügenden Kunden nützlich gefunden worden zu sein für einen Versorger, sie mit einzuschließen. Zum Beispiel versendet OS X Mac Apple mit einer digitalen videoherausgeberanwendung.
Betriebssysteme für Kleincomputer können möglicherweise nicht alle diese Funktionen zur Verfügung stellen.
Computeranwendungen
Die ersten Digitalrechner, mit ihrem großen und Kosten, führten hauptsächlich wissenschaftliche Berechnungen, um durch militärische Zielsetzungen häufig zu stützen. Das ENIAC war ursprünglich entworfen, um Ballistikzündung Tabellen für Artillerie zu errechnen, aber es wurde auch verwendet, um Neutronquerschnittsdichten zu errechnen, um im Design der Wasserstoffbombe [12] zu helfen seine Entwicklung erheblich beschleunigend. (Viele des vorhandenen heutigen Tages der leistungsfähigsten Supercomputer werden auch für Kernwaffesimulationen. verwendet), war das CSIR M I, der erste australische speicherprogrammierte Computer, unter vielen anderen Aufgaben, die für die Auswertung der Niederschlagmuster für das Einzugsgebiet des Snowy verwendet wurden, den, Berge Scheme, ein großes hydroelektrisches Erzeugung Projekt [13] andere in der Analyse verschlüsselter Texte verwendet wurden, z.B. der erste programmierbare (zwar nicht universelle) digitale elektronische Computer, der Koloß, errichtet in 1943 während des Zweiten Weltkrieges. Trotz dieses wurden früher Fokus der wissenschaftlichen und militärischen Technikanwendungen, Computer schnell in anderen Bereichen benutzt.
Vom Anfang wurden speicherprogrammierte Computer an den geschäftlichen Problemen angewendet. Der LÖWE, ein gespeicherter Programmcomputer, der durch J. Lyons errichtet wurden und Co. im Vereinigten Königreich, waren funktionsfähig und, verwendend für Warenbestandmanagement und andere Zwecke, 3 Jahre bevor IBM ihren ersten kommerziellen speicherprogrammierten Computer errichtete. Kontinuierliche Verringerungen der Kosten und der Größe der Computer sahen, daß sie bei den überhaupt-kleineren Organisationen annahmen. Außerdem mit der Erfindung des Mikroprozessors in den siebziger Jahren, wurde es möglich, billige Computer zu produzieren. In den achtziger Jahren PC wurden errechneten für viele Aufgaben, einschließlich Buchführung populär, Schreiben und Druckdokumente und die Prognosen und andere sich wiederholende mathematische Aufgaben, die Verteilungsbögen mit einbeziehen.
Während Computer weniger kostspielig geworden sind, sind sie weitgehend in den kreativen künsten außerdem benutzt worden. Ton, ruhige Abbildungen und Bildschirm werden jetzt routinemäßig (durch synthesizer, Computergraphiken und Computeranimation) verursacht und nahe-Universal- redigiert durch Computer. Sie sind auch für Unterhaltung benutzt worden, wenn das videospiel eine sehr große Industrie wird.
Computer sind, um mechanische Vorrichtungen zu steuern, seit sie klein wurden und billig genug benutzt worden so zu tun; in der Tat errichtete ein Hauptsporn für Schaltungtechnologie einen Computer, der genug, um die Apollo Missionen [14] zu führen klein ist [15] zwei der ersten Hauptanwendungen für eingebettete Computer. Heute ist es fast seltener, eine angetriebene mechanische Vorrichtung zu finden gesteuert nicht durch einen Computer als, ein zu finden, das mindestens teils so ist. Möglicherweise sind die berühmtesten computergesteuerten mechanischen Vorrichtungen Roboter, Maschinen mit mehr-oder-weniger menschliches Aussehen und irgendeine Teilmenge ihrer Fähigkeiten. Industrieroboter sind in der Massenproduktion alltäglich geworden, aber menschlich-wie Roboter haben nicht bis zur Versprechung ihrer fiktiven Gegenstücke universell gelebt und bleiben entweder Spielwaren oder Forschung Projekte.
Automatismus ist in der Tat der körperliche Ausdruck auffangene der künstlichen Intelligenz, eine Disziplin deren genaue Grenzen flockig sind, aber zu irgendeinem Grad bezieht mit ein zu versuchen, Computerfähigkeiten zu geben, die sie nicht z.Z. besitzen, aber Menschen. Über den Jahren sind Methoden entwickelt worden, um Computer tun zu lassen die vorher betrachteten Sachen da das exklusive Gebiet der Menschen - zum Beispiel, „gelesene“ Handschrift, Spielschach, oder symbolische Integration durchführen. Jedoch ist Fortschritt auf dem Herstellen eines Computers, der „die allgemeine“ Intelligenz ausstellt, die mit einem Menschen vergleichbar ist, extrem langsam gewesen.
Netzwerkanschluß und das Internet
Computer sind benutzt worden, um Informationen in den mehrfachen Positionen seit den fünfziger Jahren, mit dem SAGE System des US Militärs zu koordinieren das erste großräumige Beispiel solch eines Systems, das zu eine Anzahl von für einen speziellen Zweck kommerziellen Systemen wie SABRE führte.
In den siebziger Jahren fingen Computertechniker an den Forschung Anstalten in den US an, ihre Computer zu verbinden, welche zusammen ist die Nachrichtentechniktechnologie verwenden. Diese Bemühung wurde von ARPA finanziert, und das Computernetz, das sie produzierte, wurde den ARPANET genannt. Die Technologien, die den ARPANet mögliche Verbreitung bildeten und entwickelten. In der Zeit wurde die Netzverbreitung über den akademischen und militärischen Anstalten hinaus und als das Internet bekannt. Das Hervortreten des Netzwerkanschlußes bezog eine Neudefinition der Natur und der Grenzen des Computers mit ein. In der Phrase John Lehre und Rechnung der Freude (an den Sonne-Mikrosystemen), „das Netz ist der Computer“. Betriebssysteme und Anwendungen des Computers wurden geändert, um die Fähigkeit einzuschließen zu definieren und die Betriebsmittel anderer Computer im Netz, wie Peripheriegeräten zugänglich zu machen, speicherte Informationen und dergleichen, als Verlängerungen der Betriebsmittel eines einzelnen Computers. Zuerst war dieser Service vorhanden hauptsächlich, das Arbeiten in den High-Tech Klimas Völker, aber in den neunziger Jahren werden die Verbreitung von Anwendungen wie E-mail und dem World Wide Web, kombiniert mit der Entwicklung der preiswerten, schnellen Netzwerkanschlußtechnologien wie Ethernet und des ADSL Sägecomputernetzwerkanschlußes fast überall überall vorhanden. Tatsächlich wächst die Zahl Computern, die vernetzt sind, phänomenal. Ein sehr großer Anteil PC schließen regelmäßig an das Internet an, um Informationen mitzuteilen und zu erhalten. [16] „der drahtlose“ Netzwerkanschluß, bewegliche Telefonnetze häufig verwendend, hat bedeutet, daß Netzwerkanschluß sogar in den beweglichen rechnenden Klimas in zunehmendem Maße überall vorhanden wird.
Alternativrechnende Modelle
Trotz der massiven Gewinne in der Geschwindigkeit und in der Kapazität über der Geschichte des Digitalrechners, gibt es viele Aufgaben, für die gegenwärtige Computer unzulänglich sind. Für einige dieser Aufgaben, sind herkömmliche Computer grundlegend unzulänglich, weil die Zeit, die gedauert wird, um eine Lösung zu finden, sehr schnell wächst, während die Größe des gelöst zu werden Problems erweitert. Folglich hat es Forschung Interesse an einigen Computermodellen, die biologische Prozesse verwenden, oder an den Eigenartigkeiten von Quantenphysik gegeben, diese Arten von Problemen anzupacken. Zum Beispiel DNA wird das Rechnen vorgeschlagen, um biologische Prozesse zu verwenden, um bestimmte Probleme zu lösen. Wegen der exponentialen Abteilung der Zellen, konnte ein DNA Computing-System ein Problem auf eine massiv parallele Art und Weise möglicherweise anpacken. Jedoch wird solch ein System durch die maximale praktische Masse von DNA begrenzt, die angefaßt werden kann.
Quantum Computer, als der Name deutet an, nutzt die ungewöhnliche Welt von Quantenphysik. Wenn ein praktischer Quantencomputer überhaupt konstruiert wird, es eine begrenzte Anzahl von Problemen gibt, für die der Quantencomputer grundlegen