Was ist ein digitaler Computer?
Ein digitaler Computer ist eine Maschine, die Daten in einem numerischen Format speichert und diese Daten mithilfe mathematischer Manipulation bearbeitet. Dieser Computertyp enthält typischerweise eine Art Gerät zum Speichern von Informationen, ein Verfahren zum Eingeben und Ausgeben von Daten sowie Komponenten, mit denen mathematische Operationen an gespeicherten Daten durchgeführt werden können. Digitale Computer sind fast immer elektronisch, müssen es aber nicht sein.
Es gibt zwei Hauptmethoden, um die Welt mit einem Computer zu modellieren. Analoge Computer verwenden ein physikalisches Phänomen, beispielsweise die elektrische Spannung, um ein anderes Phänomen zu modellieren und Operationen durchzuführen, indem sie die gespeicherten Daten direkt modifizieren. Ein digitaler Computer speichert jedoch alle Daten als Zahlen und führt Operationen mit diesen Daten arithmetisch aus. Die meisten Computer verwenden Binärzahlen zum Speichern von Daten, da die Einsen und Nullen, aus denen diese Zahlen bestehen, leicht durch einfache Ein- und Ausschaltzustände dargestellt werden können.
Computer, die auf analogen Prinzipien basieren, haben in einigen Spezialgebieten Vorteile, beispielsweise in der Fähigkeit, eine Gleichung kontinuierlich zu modellieren. Ein digitaler Computer hat jedoch den Vorteil, leicht programmierbar zu sein. Dies bedeutet, dass sie viele verschiedene Befehlssätze verarbeiten können, ohne physisch neu konfiguriert zu werden.
Die frühesten digitalen Computer stammen aus dem 19. Jahrhundert. Ein frühes Beispiel ist die von Charles Babbage theoretisierte analytische Engine. Diese Maschine hätte Daten mechanisch gespeichert und verarbeitet. Diese Daten wären jedoch nicht mechanisch gespeichert worden, sondern als eine Reihe von Ziffern, die durch diskrete physikalische Zustände dargestellt werden. Dieser Computer wäre programmierbar gewesen, ein Novum in Sachen Computer.
Das digitale Rechnen fand im 20. Jahrhundert breite Anwendung. Der Druck des Krieges führte zu großen Fortschritten auf dem Gebiet, und aus dem Zweiten Weltkrieg gingen elektronische Computer hervor. Diese Art von digitalem Computer verwendete im Allgemeinen Anordnungen von Vakuumröhren, um Informationen zur aktiven Verwendung bei der Berechnung zu speichern. Papier oder Lochkarten wurden für eine längere Lagerung verwendet. Tastatureingaben und Monitore entstanden später im Jahrhundert.
Im frühen 21. Jahrhundert sind Computer eher auf integrierte Schaltkreise als auf Vakuumröhren angewiesen. Sie verwenden weiterhin aktiven Speicher, Langzeitspeicher und Zentraleinheiten. Eingabe- und Ausgabegeräte haben sich stark vervielfacht, haben aber immer noch die gleichen Grundfunktionen.
Im Jahr 2011 beginnen Computer, die Grenzen herkömmlicher Schaltkreise zu überschreiten. Schaltungspfade in einem Digitalcomputer können jetzt so dicht beieinander gedruckt werden, dass Effekte wie das Tunneln von Elektronen berücksichtigt werden müssen. Die Arbeit an digitalen optischen Computern, die Daten mit Licht und Linsen verarbeiten und speichern, kann dazu beitragen, diese Einschränkung zu überwinden.
Die Nanotechnologie kann zu einer völlig neuen Vielfalt des mechanischen Rechnens führen. Daten können digital auf der Ebene einzelner Moleküle oder kleiner Gruppen von Molekülen gespeichert und verarbeitet werden. Eine erstaunliche Anzahl molekularer Computerelemente würde in einen vergleichsweise kleinen Raum passen. Dies könnte die Geschwindigkeit und Leistung digitaler Computer erheblich steigern.