Co to jest komputer cyfrowy?

Komputer cyfrowy to maszyna, która przechowuje dane w formacie liczbowym i wykonuje operacje na tych danych przy użyciu manipulacji matematycznych. Ten typ komputera zazwyczaj zawiera jakieś urządzenie do przechowywania informacji, pewną metodę wprowadzania i wyprowadzania danych oraz komponenty, które umożliwiają wykonywanie operacji matematycznych na przechowywanych danych. Komputery cyfrowe są prawie zawsze elektroniczne, ale nie muszą tak być.

Istnieją dwie główne metody modelowania świata za pomocą maszyny komputerowej. Komputery analogowe wykorzystują pewne zjawiska fizyczne, takie jak napięcie elektryczne, do modelowania innego zjawiska i wykonywania operacji poprzez bezpośrednią modyfikację przechowywanych danych. Komputer cyfrowy przechowuje jednak wszystkie dane jako liczby i wykonuje operacje na tych danych arytmetycznie. Większość komputerów używa liczb binarnych do przechowywania danych, ponieważ jedynki i zera, które składają się na te liczby, można łatwo przedstawić za pomocą prostych stanów elektrycznych włączenia i wyłączenia.

Komputery oparte na zasadach analogowych mają zalety w niektórych wyspecjalizowanych obszarach, takie jak ich zdolność do ciągłego modelowania równania. Zaletą komputera cyfrowego jest jednak łatwość jego programowania. Oznacza to, że mogą przetwarzać wiele różnych zestawów instrukcji bez konieczności fizycznej rekonfiguracji.

Najwcześniejsze komputery cyfrowe pochodzą z XIX wieku. Wczesnym przykładem jest silnik analityczny opracowany przez Charlesa Babbage'a. Ta maszyna zapisałaby i przetwarzała dane mechanicznie. Dane te nie byłyby jednak przechowywane mechanicznie, lecz raczej jako ciąg cyfr reprezentowany przez dyskretne stany fizyczne. Ten komputer byłby programowalny, jako pierwszy w informatyce.

Komputery cyfrowe stały się szeroko stosowane w XX wieku. Naciski wojny doprowadziły do ​​wielkich postępów w tej dziedzinie, a komputery elektroniczne pojawiły się po drugiej wojnie światowej. W tego rodzaju komputerach cyfrowych powszechnie stosowane są układy lamp próżniowych do przechowywania informacji do aktywnego wykorzystania w obliczeniach. Do przechowywania długoterminowego używano kart papierowych lub dziurkaczy. Klawiatura i monitory pojawiły się w późniejszym wieku.

Na początku XXI wieku komputery opierają się raczej na układach scalonych niż lampach próżniowych. Nadal wykorzystują pamięć aktywną, pamięć długoterminową i jednostki centralne. Urządzenia wejściowe i wyjściowe znacznie się zwielokrotniły, ale nadal spełniają te same podstawowe funkcje.

W 2011 r. Komputery zaczynają przekraczać granice konwencjonalnych obwodów. Ścieżki obwodu w komputerze cyfrowym można teraz drukować tak blisko siebie, że należy wziąć pod uwagę takie efekty, jak tunelowanie elektronów. Prace nad cyfrowymi komputerami optycznymi, które przetwarzają i przechowują dane za pomocą światła i soczewek, mogą pomóc w przezwyciężeniu tego ograniczenia.

Nanotechnologia może prowadzić do zupełnie nowej różnorodności obliczeń mechanicznych. Dane mogą być przechowywane i przetwarzane cyfrowo na poziomie pojedynczych cząsteczek lub małych grup cząsteczek. Zadziwiająca liczba molekularnych elementów obliczeniowych zmieściłaby się w stosunkowo niewielkiej przestrzeni. Może to znacznie zwiększyć szybkość i moc komputerów cyfrowych.