Een computer is een geautomatiseerde programmeerbare machine die zowel complexe wiskundige berekeningen (rekenmachine) als andere soorten gegevensverwerking (processor) kan uitvoeren.

Computer met 2 schermen

Ontworpen als een machine om bepaalde capaciteiten van de menselijke geest te automatiseren, zoals reken- en geheugencapaciteit, de reikwijdte te vergroten en toe te passen op de oplossing van bepaalde wetenschappelijke en technische problemen, pas vanaf de tweede helft van de twintigste eeuw, evolueert het tot een machine in in staat om de meest uiteenlopende gegevensverwerking uit te voeren. De computer wordt gewoonlijk een elektronisch en digitaal apparaat genoemd, programmeerbaar voor generieke doeleinden, gebouwd volgens het theoretisch-computationele model van de zogenaamde Turing-machine en de zogenaamde von Neumann-architectuur, hoewel de term tegenwoordig echter de meer generieke betekenis aanneemt programmeerbaar en niet-programmeerbaar elektronisch verwerkingssysteem, dus inclusief een breed scala aan soorten apparaten: hoewel programmeerbare computers voor algemeen gebruik tegenwoordig het meest wijdverbreid zijn, zijn er in specifieke toepassingsgebieden computermodellen gewijd aan verschillende gebieden en sectoren zoals industriële automatisering, domotica, computergraphics.

Door de geschiedenis heen is de technologische implementatie van deze machine ingrijpend veranderd, zowel in de bedieningsmechanismen (mechanisch, elektromechanisch en elektronisch), in de manier waarop informatie wordt weergegeven (analoog en digitaal) als in andere kenmerken (interne architectuur, programmeerbaarheid, etc.). In deze vorm en net als televisie vertegenwoordigt het het symbolische technologische medium dat na de Tweede Wereldoorlog de meeste menselijke gewoonten veranderde: de uitvinding ervan heeft bijgedragen tot de geboorte en ontwikkeling van moderne informatietechnologie, die de komst markeerde van zogenaamde derde industriële en informatiemaatschappijrevolutie.

Historische en taalkundige aantekeningen

Terminologie

Zoals bij de meeste computerterminologie, prevaleert het gebruik van de term “computer” duidelijk in de gemeenschappelijke taal tussen de Italiaanse term “computer” en de term “computer” geleend van het Engels. In andere Europese talen gebeurt het anders: in de Franse taal wordt de term ordinateur gebruikt; in de Spaanse taal worden de termen computadora en ordenador gebruikt. De neiging om Engelse woorden te gebruiken wordt vaak in een diatribe toegeschreven aan de estrofilie van de recente Italiaanse taal, maar alternatieve voorstellen, zoals de computiere van professor Arrigo Castellani, een academicus van Crusca en oprichter van de Italiaanse taalkunde, hebben nog steeds geen brede toepassing. In de jaren zestig en zeventig werd ook de term “ordonnateur” gebruikt, nu in onbruik, een taalkundige cast op de Franse ordinateur.

In het Italiaans betekent de term computer “rekenmachine”, die echter een bredere betekenis heeft: het kan ook een niet-geautomatiseerde machine (zoals een rekenliniaal) aangeven, of een geautomatiseerde machine die alleen eenvoudige wiskundige berekeningen kan uitvoeren (zoals een rekenmachine). In de vorige eeuw kon het ook een mens aanduiden: de figuur van “rekenmachine” speelde een rol bij enkele Italiaanse astronomische observatoria.

Etymologie

De term computer is de agentnaam van het Engelse werkwoord dat moet worden berekend, afgeleid van de Franse computer. De Latijnse etymon bestaat uit com = cum (samen) en putare (knippen, net maken – om in het Italiaans te snoeien) en betekent op de juiste manier: “vergelijken (of vergelijken) om de nettosom af te leiden”. In het Engels betekende de term oorspronkelijk een mens, belast met het maken van berekeningen. Het eerste gebruik in moderne zin wordt bevestigd in 1947, maar het zal tot halverwege de jaren vijftig moeten wachten voordat deze betekenis algemeen gebruik wordt (let in dit verband op de verschillende acroniemen van de ASCC- en ENIAC-computers).

Geschiedenis

Differentiële analysator

De computer is de meest geavanceerde versie van een reeks rekenhulpmiddelen die sinds de oudheid is uitgevonden: het telraam, de Antikythera-machine, de Nepero-sticks. De bekendste voorbeelden van rekenmachines zijn misschien de machine van Pascal (1645) en de machine van Leibniz (1672), maar we moeten ook de rekenmachine van Wilhelm Schickard uit 1623 onthouden, waarvan alleen nog projecten over zijn.

De overgang van een rekenmachine naar een echte computer (in de zin van een programmeerbaar apparaat) is te danken aan Charles Babbage: zijn analytische machine, ontworpen in 1833 maar nooit gebouwd, is de eerste computer in de geschiedenis. Het was een kolossale tandwielmachine, aangedreven door stoom en uitgerust met inputs, outputs, geheugeneenheden, decimale rekeneenheden met data accumulatie register en een verbindingssysteem tussen de verschillende onderdelen. In tegenstelling tot wat je zou denken, was de analytische machine volledig digitaal.

In de volgende decennia heeft de computer verschillende fasen doorlopen: de analoge computer (een voorbeeld is de Vannevar Bush differentiaalanalysator uit 1927), de Turing-machine, de mechanische en elektromechanische digitale computers (de Z-serie van Konrad Zuse , Stibitz’s machine en Howard Aiken’s ASCC) en tot slot digitale en elektronische (het ABC van John Vincent Atanasoff en Clifford Berry, de ENIAC van John Presper Eckert en John Mauchly, de Britse kolos). Bovendien hebben tijdens de twintigste eeuw belangrijke vorderingen in de elektronica – zoals de transistor en het geïntegreerde circuit – en in de informatica bijgedragen tot de evolutie van de computer in zijn huidige vorm, die van een elektronisch apparaat overgaat dat alleen aanwezig is in bedrijven en centra van gemeenschappelijk zoeken naar apparaten en massaconsumptie voor gewone gebruikers.

Omschrijving

De hardwarecomponenten zijn over het algemeen ingesloten in een behuizing die het moederbord, de CPU, de voeding, het primaire geheugen en het massageheugen omvat, plus mogelijk andere kaarten die verantwoordelijk zijn voor aanvullende of aanvullende functies, zoals bijvoorbeeld een of meerdere videokaarten of één geluidskaart.

Logische structuur

De logische structuur van de huidige computer is terug te voeren op de aanwezigheid van ten minste vijf fundamentele elementen of subsystemen:

  • Centrale verwerkingseenheid (UCE of CPU, acroniem voor Central Processing Unit);
  • Geheugen;
  • Elektronische uitbreidingskaarten;
  • Input / output apparaten;
  • Datacommunicatiekanaal (of bus).
CPU geheugen

Dit schema werd voor het eerst voorgesteld door de wiskundige John von Neumann in een informeel geschrift uit 1945 dat bekend staat als het eerste ontwerp van een rapport over de EDVAC en dat de naam von Neumann-architectuur draagt. Het werk komt voort uit de deelname van von Neumann aan het ENIAC-project en verzamelt ideeën van verschillende leden van het ontwikkelteam over hoe de functionaliteit van de ongeboren computer kan worden verbeterd.

Er moet ook aan worden herinnerd dat von Neumann sterk was beïnvloed door Alan Turing, die in 1937 een rekenmodel had voorgesteld – dat de geschiedenis inging als een Turing Machine – dat zich goed leende voor het beschrijven van de bewerkingen die door een computer werden uitgevoerd, ook al was het niet voor dat doel bedacht (Turing had daar te maken met het probleem van de berekenbaarheid, niet met de realisatie van een rekenmachine). De bediening van de Turing Machine deed von Neumann denken dat het geheugen niet alleen de resultaten van de door de computer uitgevoerde operaties zou moeten bevatten, maar ook de programmeerinstructies.

Gezien de bijdrage van de andere ontwerpers van ENIAC en die van Alan Turing, verdient von Neumann de eer voor het verdiepen, verrijken en systematiseren van de verzamelde ideeën: reden waarom de hierboven aangegeven logische structuur nu bekend staat als de architectuur van von Neumann.

Hardware, software, programmeren

In tegenstelling tot de menselijke geest, begrepen als hersenactiviteit, die in staat is om nieuwe problemen aan te pakken en op te lossen door middel van cognitieve vermogens zoals intuïtie en redeneren, is de computer als machine, terwijl hij ook uitgaat van invoergegevens, in plaats daarvan een eenvoudige uitvoerder van opdrachten, taken of instructies die van buitenaf worden gegeven om bepaalde interessante problemen op te lossen door middel van een algoritme om het probleem zodanig op te lossen dat het vanaf bepaalde inputs bepaalde outputs produceert door ze te verwerken. Het is daarom gemaakt om programma’s of applicaties uit te voeren: een computer zonder een programma om uit te voeren is nutteloos.

De computer, als uitvoerder, moet daarom van buitenaf worden geïnstrueerd of geprogrammeerd door de bekwame hand van een programmeur: hij communiceert / communiceert met de machine via programmeertalen met een hoog, gemiddeld of laag abstractieniveau (machinetaal) , die van elkaar verschillen volgens verschillende programmeerparadigma’s.

Deze immateriële delen die het gebruik van programma’s mogelijk maken, worden gewoonlijk software genoemd, in tegenstelling tot de hardware, die in plaats daarvan het fysieke (elektronische) deel is, in materiële en tastbare zin, van de processors en die de uitvoering van de programma’s zelf mogelijk maakt. Alles wat kan worden verkregen met het gekoppelde gebruik van IT-tools of hardware- en softwarebronnen vormt een IT-applicatie. Al de rest, naast hardware en software, zijn de gegevens die aanwezig zijn in het computergeheugen, opgenomen in bestanden en mappen en gebruikt als invoer door de programma’s zelf voor de uitvoering van de specifieke dienst die door de gebruiker wordt gevraagd.

Het is duidelijk dat bij het werken op een computer de interne hardwarefunctie van de machine verdwijnt in de ogen van de gebruiker, waardoor deze alleen wordt gebruikt via de programmeertaal op hoog niveau of dankzij de gebruikersinterface van de software zelf, waardoor deze grote flexibiliteit van gebruik wordt gegarandeerd, zelfs voor degenen die kent de fysisch-elektronische werkingsprincipes niet en vormt, samen met de verwerkingskracht, de opslagkracht en de herprogrammeerbaarheid, de successleutel van de computers zelf. Dit proces van abstractie van het fysieke niveau is gemeenschappelijk voor alle informatica.

Broncode van een programma

Verreweg het belangrijkste basisprogramma of software voor een computer (indien voorzien in de algemene architectuur) zonder welke de machine niet zou kunnen werken, is het besturingssysteem, dat zorgt voor het beheer van de machine, de hardware en andere bronnen. applicaties die daar draaien. Het biedt de gebruiker dus een interface (grafisch of tekstueel) met de machine, die de invoer- / uitvoerbewerkingen efficiënt beheert of coördineert door de respectieve systeemrandapparatuur te besturen, en de uitvoering van toepassingsprogramma’s beheert door van tijd tot tijd middelen toe te wijzen hardware die nodig is voor verwerking (planning) en uiteindelijk het beheer van de opslag en toegang tot gegevens die zijn opgeslagen via het zogenaamde bestandssysteem.

Vanuit hardware-oogpunt is de computer ook een digitaal elektronisch systeem (programmeerbaar) dat alle gegevens verwerkt in digitaal of numeriek formaat of als reeksen van 0 en 1 die overeenkomen met twee spanningsniveaus (hoog en laag) die op hun beurt overeenkomen met de twee fysieke toestanden van open en gesloten schakelaar. De interne elektronische bedieningslogica is daarom gebaseerd op Boole’s Algebra. De hardwaretaal is op de juiste manier een machinetaal of bitsequenties waarmee talen van het hoogste niveau worden geassocieerd door eenvoudige codering. Het is duidelijk dat de invoer van de invoergegevens naar de verwerkingsmachine van het decimale alfanumerieke type is, daarom is een vertaling of codering van de binaire informatie noodzakelijk; vice versa, om een ​​outputweergave van de verwerkingsresultaten te verkrijgen, is een vertaling of omgekeerde codering van binair naar decimaal alfanumeriek vereist. Deze code is over het algemeen de ASCII-code.

In grote lijnen valt het ontwerp van computersystemen op hardwareniveau vooral op het gebied van computer engineering (dat op zijn beurt kennis ontleent aan electronic engineering), terwijl softwareontwikkeling vooral wordt toevertrouwd aan het domein van de informatica. zuiver. De grenzen tussen de twee disciplines zijn echter niet strak, maar vaak erg vaag.

Praktische toepassingen

In principe kan een computer logische bewerkingen uitvoeren zoals numerieke berekeningen en historisch was het de berekening die de eerste vorm van toepassing van de computer was of het probleem dat leidde tot de uitvinding en realisatie van de computer zelf. Sinds de geboorte van de meest basale structuur zijn er vele soorten computers ontwikkeld en geslaagd, gebouwd voor verschillende taken, professioneel en anderszins, die, terwijl ze de numerieke berekening steeds verder verfijnen tot de moderne wetenschappelijke berekening met hoge prestaties dankzij supercomputers, ze gaan veel verder dan het aanbieden van wijdverspreide toepassingen aan de gewone gebruiker, zoals tekstverwerking om oude schrijfmachines te vervangen en in het algemeen kantoorautomatiseringstoepassingen, spreadsheets, databasecreatie en -beheer, computerondersteund ontwerp, computergraphics, simulatie elektronische controlesystemen, medische diagnostische toepassingen, videospelletjes enz.
Succes van computers

De sleutels tot het succes van de computer zijn daarom de grote verwerkingskracht en de opmerkelijke opslagcapaciteit die, als machines, de respectieve menselijke reken-, verwerkings- en opslagcapaciteiten vergroten, waardoor de tijd die nodig is voor het oplossen van een probleem aanzienlijk wordt verkort. gegeven of vaak de effectieve resolutie, anders niet mogelijk. Daarbij komt de grote bruikbaarheid dankzij het gebruik ervan op vele gebieden van gegevensverwerking (zie embedded systemen) en, op het vlak van massaconsumptie, de ontwikkeling van talloze applicaties ten gunste van een breed scala aan gebruikers en, in de meeste een deel van de gevallen, ook de eenvoud van gebruik door de gebruiker zelf dankzij de implementatie van gebruikers / machine-interfacingsystemen, vaak van een gebruiksvriendelijk type.

  • snelheid: de snelheid van een processor is constant toegenomen in overeenstemming met de wet van Moore, hetzelfde geldt voor opslagcapaciteit;
  • economie: de kosten van een processor en van de hele computer zijn in de loop van de tijd geleidelijk gedaald om redenen van schaalvoordeel;
  • flexibiliteit: configuratiegemak en herconfiguratie via software;
  • schaalbaarheid: de omvang van programma’s kan zonder extra kosten groeien tot de limieten van geheugen of opslagruimte.

Soorten computers

De term computer, in de modern-elektronische zin, heeft nu een steeds bredere betekenis gekregen door de eenvoudige rekenmachine te begrijpen tot aan de grote berekeningssystemen en dus de meer algemene betekenis van gegevensverwerkingssystemen aan te nemen. Computers kunnen echter idealiter worden onderverdeeld in enkele zeer algemene categorieën, afhankelijk van hun opvallende kenmerken, het gebruik dat ervan wordt gemaakt in het algemeen, de software en besturingssystemen die ze gebruiken en het tijdperk waarin ze verschenen. In de loop van de tijd zijn de definities veranderd en zijn de grenzen nooit zo duidelijk.

Een eerste classificatie op basis van gebruik maakt onderscheid tussen computers voor algemeen gebruik of herprogrammeerbare computers voor verschillende gebruikerstoepassingen en computers voor speciale doeleinden of embedded systemen voor één specifieke applicatie, zoals microcontrollers.

Een andere classificatie is gebaseerd op gedeelde of niet-gedeelde toegang tot hardwarebronnen: een computer voor algemene doeleinden kan single-user of multi-user zijn met behulp van de zogenaamde timesharing van bronnen en met verschillende besturingssystemen. Een computer met één gebruiker kan monotasking of multitasking zijn of kan meerdere processen tegelijkertijd uitvoeren (vrijwel alle moderne computers). Het is duidelijk dat een computer met meerdere gebruikers ook multitaskt.

Een indeling op basis van grootte, historische evolutie en beoogd gebruik is in plaats daarvan de volgende. Over het algemeen is de omvang van de verwerkingssystemen in de loop van de tijd geleidelijk afgenomen dankzij de verbetering van digitale verwerkingstechnieken of door de hoge integratiecapaciteit van de transistors binnen de processors en de parallelle toename van de verwerkingscapaciteit. Grote computers blijven nu alleen in grote computercentra.