Počítač

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Superpočítač v NASA.

Počítač je stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data. Typický současný počítač se skládá především z centrální procesorové jednotky schopné řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače, dále ze zařízení pro ukládání dat (vnitřní a vnější paměť), vstup dat (např. klávesnice, myš, …) a výstup dat (např. monitor, počítačová tiskárna, …).

Obsah

1 Popis
2 Historie
3 Programování
4 Součásti počítače
- 4.1 Hardware
- 4.2 Software
5 Propojování počítačů
6 Reference
7 Související články
8 Externí odkazy

[editovat] Popis

Pod pojmem počítač si mnoho lidí představí buď notebook nebo PC, tedy osobní počítač. Ve skutečnosti je tento pojem daleko širší. Počítače často řídí činnosti jiných zařízení a nacházejí se všude kolem nás - v automobilech, mobilních telefonech, automatických pračkách, mikrovlnných troubách, průmyslových robotech, letadlech, autech, digitálních fotoaparátech, CD a DVD přehrávačích, záchodových splachovadlech, klikách od dveří (tedy, zámcích na karty), v dětských hračkách…

V zásadě existují dva základní typy počítačů:

Analogový počítač zpracovává analogová data.
Číslicový počítač zpracovává digitální data

Analogové počítače bývají úzce specializované obvykle na jednu úlohu nebo pouze na jednu třídu úloh. Oproti tomu číslicové počítače lze snadno zkonstruovat coby univerzální (ne všechny číslicové počítače ovšem zcela univerzální jsou). Podle Church-Turingovy teze je jakýkoliv číslicový počítač s určitými minimálními schopnostmi schopný provést v principu totéž jako libovolný jiný počítač. Vzhledem k této univerzalitě jsou převážně používány i konstruovány číslicové počítače, což vede k tomu, že dnes jsou i na typicky analogové úlohy často vhodnější číslicové počítače.

Moderní počítače se víceméně drží tzv. Von Neumannovy koncepce. Jednou větou ji lze popsat tak, že zpracovávaná data i prováděné instrukce jsou umístěny v paměti, řídící jednotka zajišťuje načítání instrukcí a dat z paměti (a jejich zápis zpět do paměti), aritmeticko-logická jednotka provádí operace s načtenými daty, přičemž data je také možné zapisovat na vstupně/výstupní porty i je z nich načítat.

Pomozte Wikipedii tím, že tuto část vhodně rozšíříte.

[editovat] Historie

Podrobnější informace naleznete v článku Dějiny počítačů.

[editovat] Předchůdci

Prvním známým nástrojem k počítání je starověká počítací tabulka abakus. Původní verze skládající se jen ze zaprášeného kamene (starohebrejské slovo abaq znamená „prach“) se používala v Babylonii již od poloviny třetího tisíciletí př. n. l.^[zdroj?] Nejstarší dochovaný exemplář, salamiská tabulka, pochází zhruba z roku 300 př. n. l., historik Hérodotos však popsal příklady pro tabulku tohoto typu již o více než století dříve.^[1]

Roku 1614 objevil John Napier novou matematickou metodu, umožňující realizovat násobení a dělení pomocí sčítání a odčítání, popřípadě pomocí logaritmů. Jeho práce umožnila vynález logaritmického pravítka, nezbytného nástroje inženýrů až do 70. let 20. století.

První mechanický kalkulátor sestavil roku 1623 Wilhelm Schickard. Byl sestaven z ozubených koleček z hodinových strojků a uměl sčítat a odčítat šesticiferná čísla. Další mechanické počítací stroje umožňovaly i násobení pomocí opakovaného sčítání parciálních násobků a dělení pomocí odčítání. Většinou byly vnitřně založeny na desítkové soustavě, ač je implementačně náročnější než dvojková.

V roce 1725 zavedli Basile Bouchon a Jean-Baptiste Falcon technologii děrných štítků k ovládání tkacích strojů. Nápad použít děrné štítky k programování mechanického kalkulátoru uplatnil v roce 1835 Charles Babbage při návrhu svého Analytical Engine, prvního turing-kompletního počítače.

K uchovávání dat použil poprvé děrné štítky Herman Hollerith, který se svou metodou vyhrál v roce 1890 v USA konkurz na sčítání lidu. Jeho firma se později stala základem slavné počítačové společnosti IBM. Na analýzu a další zpracování dat na děrných štítcích byly vyvíjeny děrovače, tabelátory a třídiče.

[editovat] Vznik digitálních počítačů

Hybnou silou vývoje nulté generace, tedy elektromechanických počítačů, se stala druhá světová válka, kdy došlo paralelně k velkému pokroku v různých částech světa. Německý inženýr Konrad Zuse zprovoznil v roce 1941 univerzální elektromechanický počítač Z3 obsahující 2600 elektromagnetických relé, který byl užíván k výpočtům charakteristik balistických raket řady V. K počítání lineárních rovnic v oblasti fyziky sestavil v říjnu 1943 americký profesor John V. Atanasoff elektronický počítač ABC. V USA probíhal ve spolupráci IBM a Harvard University v letech 1939–1944 také vývoj sálového počítače MARK I skládajícího se z více než 700 000 elektromechanických prvků, který námořnictvo využívalo k výpočtu balistických tabulek. Blízké počítači bylo rovněž britské zařízení Colossus kombinující elektronky a relé, vyvinuté v roce 1943 k dešifrování německého kódu Enigma.

První elektronkový počítač ENIAC bylo rozměrné zařízení instalované ve speciální místnosti s obrovskou spotřebou elektrické energie a velmi malým výpočetním výkonem, tedy s velmi nízkou účinností respektive efektivitou.

Pomozte Wikipedii tím, že tuto část vhodně rozšíříte.

[editovat] Miniaturizace

Dnešní počítače jsou relativně velmi malé a vejdou se do kapesních zařízení typu mobilního telefonu nebo náramkových hodinek.

Pomozte Wikipedii tím, že tuto část vhodně rozšíříte.

[editovat] Programování

Podrobnější informace naleznete v článku Programování.

Sestavování instrukcí pro počítače se nazývá programování. Principy programování jsou pro většinu číslicových počítačů stejné, moderní programovací jazyky navíc dále zakrývají rozdíly mezi různými počítači. To dnes umožňuje jakékoliv technické zařízení řídit v zásadě stejným způsobem.

Pomozte Wikipedii tím, že tuto část vhodně rozšíříte.

[editovat] Součásti počítače

Počítače se skládají ze dvou základních druhů komponent:

Technické vybavení počítače (hardware), tedy fyzické komponenty (slangově tzv. „železo“), skládající se z různých (převážně elektronických) dílů.
Programové vybavení (software), tedy informace složená z řady instrukcí, které jsou počítačem postupně provedeny. Obvykle není software nic jiného než zvláštní druh dat uložený v paměti počítače podobně jako ostatní data.

„Software“ starších počítačů býval reprezentován propojením jednotlivých fyzických komponent, například u analogových počítačů v závislosti na druhu řešené úlohy. I dnešní počítače mají část informace používané při jejich běhu umístěné napevno v hardware, naprostá většina software je ale uložena ve formě posloupnosti čísel v nějaké paměti zcela obdobně jako je tomu se všemi ostatními daty.

[editovat] Hardware

Podrobnější informace naleznete v článku Hardware.

Procesor - Vykonává jednotlivé instrukce kódu řídícího programu (software), který popisuje způsob zpracování dat v paměti. Vždy obsahuje řídící a aritmeticko-logickou jednotku a také vstupně/výstupní porty, současné procesory přímo v sobě obsahují také malou rychlou paměť cache. Existují dvě základní architektury procesoru:

Harvardská architektura (existuje paměť dat a oddělená paměť instrukcí) se často používá u mikrokontrolérů, a princetonská architektura, též počítač von Neumannova typu, v němž instrukce a data jsou uložena v jedné paměti a nejsou explicitně označeny a jež se používá ve většině osobních počítačů.

Sběrnice - Skupina vodičů, které propojují procesor, paměti a další periferie. Sběrnice se dělí na skupiny signálů adresovací, datové a řídící. Připojená zařízení na sběrnici komunikují pomocí definovaného protokolu sběrnice. Většinou sběrnice umožňuje jen jedno aktivní spojení v jednom časovém okamžiku. (Např. při komunikaci CPU a operační paměti procesor předá po adresovacích vodičích adresu v paměti a následně paměť pošle procesoru po datových vodičích obsah vybrané adresy paměti.)

Vstupně/výstupní zařízení (periferie) - Pomocí těchto zařízení komunikuje počítač s vnějším okolím (interakce s uživatelem, jiným počítačem, atd.) Nemusí to být totéž co vstupně/výstupní porty ve Von Neumannově návrhu, neboť dnešní vstupně/výstupní zařízení bývají svým způsobem počítačem samy o sobě – obvykle obsahují vlastní procesor, paměť a pomocí vstupně/výstupních portů komunikují po sběrnici s ostatními zařízeními a procesorem. Mezi vstupně/výstupní zařízení patří i vnější paměti (přesněji jejich řadiče) - pevné disky, optický disk, magnetická páska atd.

Paměť - Zařízení na ukládání zpracovávaných informací. Rozlišuje se operační paměť typu RWM-RAM (zápis i čtení, s libovolným přístupem) a ROM-RAM (jen čtení s libovolným přístupem). Dále existují vnější paměti (pevné disky, optický disk, magnetická páska atd.), které technicky však nejsou nic jiného než vstupně/výstupní zařízení.

[editovat] Software

Podrobnější informace naleznete v článku Software.

Software nebo též programové vybavení je nehmotné vybavení nutné k provozu počítače, které je tvořeno sekvencemi vykonavatelných instrukcí uložených v elektronické paměti. Soubor instrukcí tvořící přirozený celek schopný řešit nějakou úlohu nazýváme počítačovým programem.

Počítačový software se dělí na dvě základní skupiny: systémový a aplikační software. Systémový software, jakým je např. firmware, operační systém, ovladače, apod., slouží samotnému běhu systému, ovládá hardware a zprostředkuje služby aplikačnímu software. To řeší konkrétní úlohy na základě interakce s uživatelem, která je obvykle zabezpečena grafickým nebo textovým uživatelským rozhraním.

Komplexním procesem návrhu, tvorby a údržby počítačových programů se zabývá softwarové inženýrství. Programování je částí tohoto procesu, při níž software jako posloupnost instrukcí fakticky vzniká – je vyvíjen algoritmus a vytvořena jeho implementace.

[editovat] Propojování počítačů

Propojení počítačů je technické zabezpečení komunikace mezi samostatnými počítači umožňující výměnu dat bez účasti člověka. Ve von Neumannově návrhu stačí libovolně propojit vstupně/výstupní porty počítačů, případně vstupně/výstupní porty jednoho počítače zapojit tak, aby se choval jako paměť počítače druhého. Z těchto možností vycházejí dnes používané způsoby propojení, liší se pouze ve složitosti mikroprocesorů použitých pro komunikaci a ve složitosti jejich software. Nejjednodušší způsoby propojení byly původně navrženy pro spojení počítače s periferiemi a umožňují vzájemně propojit pouze dvojice počítačů (RS232, PS/2, …), komplexnější pak dovolují budovat celé počítačové sítě.

Počítačové sítě dělíme podle typu propojovacího prostředku na kabelové, kde dochází k fyzickému propojení počítačů pomocí metalického nebo optického kabelu, a bezdrátové (např. Wi-Fi), kde se data přenáší přímo prostorem pomocí vlnění. Součásti sítě mohou být propojeny trvale, zejména propojuje-li je kabel určený jen pro účely sítě, nebo dočasně, např. vytáčeným připojením. Podle geografické omezenosti dělíme sítě na místní (LAN) a rozsáhlé (WAN). Sítě se stejnými komunikačními protokoly lze navzájem propojovat pomocí směrovačů, sítě s odlišnými protokoly pomocí bran. Standardizace komunikačních protokolů TCP/IP usnadnila propojování sítí a umožnila vznik celosvětové sítě Internet.

Počítačové sítě umožňují sdílení zdrojů, vzájemnou komunikaci a vyšší úroveň spolupráce – tyto služby jsou zajišťovány síťovým software. Nejrozšířenější architekturou u síťových služeb je klient-server, kde je jeden počítač vyhrazen jako server, který poskytuje službu, a ostatní počítače (klienti) službu konzumují. V architektuře peer-to-peer může kterýkoliv počítač nabízet obě tyto role.