Microprocesorul

Computerul este un calculator electronic digital, modular şi extensibil.

Un computer, numit şi calculator, calculator electronic sau ordinator, este o maşină de prelucrat date şi informaţii conform unei liste de instrucţiuni numită program. Calculatoarele care sunt programabile liber şi pot, cel puţin în principiu, prelucra orice fel de date/informaţii se numesc universale. Ştiinţa prelucrării informaţiilor cu ajutorul computerelor se numeşte informatică. Computerele actuale nu sunt doar maşini de prelucrat informaţii, ci şi dispozitive care facilitează comunicarea respectivelor informaţii între doi sau mai mulţi utilizatori, de exemplu sub formă de numere, text, imagini, sunet sau video.

În principiu, orice computer care deţine un anumit minimum set de funcţii poate îndeplini funcţiile oricărui alt asemenea computer, indiferent că este vorba de un Personal Digital Assistant (PDA) sau de un supercomputer. Această versatilitate a condus la folosirea computerelor cu arhitecturi asemănătoare pentru cele mai diverse activităţi, de la calculul salarizării personalului unei companii până la controlul roboţilor industriali sau medicali (calculatoare universale).

Computerele de astăzi vin în forme şi prezentări diverse. Probabil cel mai familiar este computerul personal şi varianta sa portabilă, laptop-ul sau notebook-ul. Însă cea mai răspândită formă este acea a computerului integrat (embedded) - înglobat complet în dispozitivul pe care îl conduce. Multe maşini, de la avioanele de luptă până la aparatele foto digitale, sunt controlate de computere integrate.

Cel mai vechi mecanism cunoscut care se pare că putea funcţiona ca o maşină de calculat se consideră a fi "Ceasul" din Antikythira, datînd din anul 87 î.Hr. şi folosit aparent pentru calcularea mişcărilor planetelor. Tehnologia care a stat la baza acestui mecanism nu este cunoscută.

O dată cu revigorarea matematicii şi a ştiinţelor în timpul Renaşterii europene au apărut o succesiune de dispozitive mecanice de calculat, bazate pe principiul ceasornicului, de exemplu maşina inventată de Blaise Pascal. Tehnica de stocare şi citire a datelor pe cartele perforate a apărut în secolul al XIX-lea. În acelaşi secol, Charles Babbage este cel dintîi care proiectează o maşină de calcul complet programabilă (1837), însă din păcate proiectul său nu va prinde roade, în parte din cauza limitărilor tehnologice ale vremii.

În prima jumătate a secolului al XX-lea, nevoile de calcul ale comunităţii ştiinţifice erau satisfăcute de computere analogice, foarte specializate şi din ce în ce mai sofisticate. Perfecţionarea electronicii digitale (datorată lui Claude Shannon în anii 1930) a condus la abandonarea computerelor analogice în favoarea celor digitale (numerice), care modelează problemele în numere (biţi) în loc de semnale electrice sau mecanice. Este greu de precizat care a fost primul computer digital; realizări notabile au fost: computerul Atanasoff-Berry, maşinile Z ale lui Konrad Zuse - de exemplu computerul electromecanic Z3, care, deşi foarte nepractic, a fost probabil cel dintîi computer universal, apoi calculatorul ENIAC cu o arhitectură relativ inflexibilă care cerea modificări ale cablajelor la fiecare reprogramare, precum şi calculatorul secret britanic Colossus, construit pe bază de lămpi şi programabil electronic.

Echipa de proiectare a ENIAC-ului, recunoscând neajunsurile acestuia, a elaborat o altă arhitectură, mult mai flexibilă, ce a ajuns cunsocută sub numele de arhitectură von Neumann sau arhitectură cu program memorat. Aceasta stă la baza aproape tuturor maşinilor de calcul actuale. Primul sistem construit pe arhitectura von Neumann a fost EDSAC.

În anii 1960, lămpile (tuburile electronice) au fost înlocuite de tranzistori, mult mai eficienţi, mai mici, mai ieftini şi mai fiabili, ceea ce a dus la miniaturizarea şi ieftinirea computerelor. Din anii 1970, adoptarea circuitelor integrate a coborît şi mai mult preţul şi dimensiunea computerelor, permiţînd printre altele şi apariţia calculatoarelor personale de astăzi.

Deşi designul şi performanţele calculatoarelor s-au îmbunătăţit dramatic în comparaţie cu anii 1940, principiile arhitecturii von Neumann sînt în continuare la baza aproape tuturor maşinilor de calcul contemporane.

Această arhitectură descrie un calculator cu patru module importante: unitatea aritmetică-logică (UAL, arithmetic logic unit sau ALU ), unitatea de control, memoria centrală (care bineînţeles se deosebeşte aproape total de memoria omului), şi dispozitivele de intrare/ieşire I/E (sau I/O , de la input/output ). Acestea sînt interconectate cu un mănunchi de fire numit magistrală (bus ) şi sînt conduse în tactul unui ceas (clock ).

Conceptual, memoria unui calculator poate fi văzută ca o mulţime de "celule" numerotate. Fiecare celulă primeşte drept "adresă" un număr unic propriu; ele pot înmagazina o cantitate mică, prestabilită de informaţie. Informaţia poate fi ori o instrucţiune, ori date propriu-zise. Instrucţiunile "instruiesc" calculatorul ce să facă, iar datele sînt acele informaţii care trebuie prelucrate conform cu instrucţiunile. În principiu orice celulă poate stoca atât instrucţiuni cât şi date, desigur că la momente diferite. Interesant este şi cazul cînd una sau mai multe instrucţiuni, deja stocate în memorie, sunt privite de către alte instrucţiuni drept date de prelucrat/modificat şi sunt deci ele însele modificate dinamic ("în mers"), după necesitate.

UAL este din multe puncte de vedere "inima" sau "miezul" calculatorului. Aceasta este capabilă să efectueze mai multe tipuri de operaţii, de exemplu operaţii aritmetice (adunare, înmulţire etc.), operaţii de comparaţie, operaţii de manevrare a datelor (duplicare, mutare, trunchiere etc.).

Sistemele de I/E sunt dispozitive prin care computerul preia informaţii din lumea exterioară şi raportează înapoi rezultatele. Într-un calculator personal obişnuit (PC, sau şi Apple Macintosh), dispozitive de intrare sunt de ex. tastatura şi mausul, iar dispozitive de ieşire sunt monitorul, imprimanta, etc. Există şi dispozitive I/E combinate, att pentru intrare cât şi pentru ieşire, de ex. modemul, cartela de LAN, discul magnetic.