1.1.4 Υπολογιστές

Μπορούμε να δώσουμε τον γενικό ορισμό για τον  υπολογιστή σαν ένα επεξεργαστή δεδομένων που δέχεται δεδομένα εισόδου, τα επεξεργάζεται, και παράγει τα δεδομένα εξόδου (Εικόνα 1.1.4). Σύμφωνα με αυτό τον ορισμό, υπολογιστής είναι και μια απλή αριθμομηχανή ή ένα ηλεκτρονικό θερμόμετρο (το οποίο, δεν είναι λάθος). Πρόκειται δηλαδή για ένα μηχάνημα που έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία, χωρίς να υπάρχει δυνατότητα ν΄ αλλάξει  το είδος της επεξεργασίας που εκτελεί.

εικονα 1.1.4Εικόνα 1.1.4

Όμως, οι υπολογιστές που χρησιμοποιούνται σήμερα, είναι μηχανές που μπορούν να εκτελούν πολλές και διαφορετικές εργασίες.


Η μηχανή Turing

Η ιδέα ενός υπολογιστή γενικής χρήσης διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Alan Turing το 1937. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό ο υπολογιστής έχει ένα επιπλέον στοιχείο: το πρόγραμμα ή όπως γράφεται στο παρακάτω απόσπασμα της Βικιπαίδεια, ένα σύνολο κανόνων. Το πρόγραμμα υποδεικνύει στον υπολογιστή πώς να επεξεργαστεί τα δεδομένα εισόδου. Στο μοντέλο Turing τα δεδομένα εξόδου εξαρτώνται από τα δεδομένα εισόδου και από το πρόγραμμα. Αλλάζοντας τα δεδομένα εισόδου και εκτελώντας το ίδιο πρόγραμμα μπορούμε να παράγουμε διαφορετικά δεδομένα εξόδου (Εικόνα 1.1.4.α). Παρόμοια, αν αλλάξουμε το πρόγραμμα, με τα ίδια δεδομένα εισόδου μπορούμε να παράγουμε διαφορετικά δεδομένα εξόδου (Εικόνα 1.1.4.β).

ΕΙΚΟΝΑ 1.1.4.ΑΕικόνα 1.1.4.α. Διαφορετικά δεδομένα, ίδιο πρόγραμμα

εικονα1.1.4.βΕικόνα 1.1.4.β. Διαφορετικό πρόγραμμα, ίδια δεδομένα

Η καθολική μηχανή Turing είναι η πρώτη περιγραφή ενός σύγχρονου υπολογιστή, μια μηχανή που εκτελεί οποιονδήποτε υπολογισμό αν χρησιμοποιηθεί το κατάλληλο πρόγραμμα.

Μπορείτε να πάρετε περισσότερες πληροφορίες από τη  Βικιπαίδεια: Η μηχανή Turing


To μοντέλο von Neumann

Η ιδέα της καθολικής μηχανής Turing  ενέπνευσε το 1945 τον Ούγγρο μαθηματικό John von Neumann να περιγράψει την αρχιτεκτονική ενός ψηφιακού υπολογιστή. Το καινούργιο στοιχείο στο μοντέλο του von Neumann ήταν η πρόσθεση μιας μονάδας η οποία μπορούσε να αποθηκεύσει προγράμματα, δεδομένα εισόδου και εξόδου. Η μονάδα αυτή ονομάστηκε μονάδα μνήμης.

Μοντέλο von Neumann

Εικόνα 1.1.4.γ Σχέδιο της αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν

Ας δούμε αναλυτικά πως λειτουργεί το παραπάνω μοντέλο. Χρησιμοποιώντας τη μονάδα εισόδου, εισάγουμε τα δεδομένα (data) στο υπολογιστικό σύστημα. Τα δεδομένα είναι τόσο το πρόγραμμα (το σύνολο των εντολών που πρέπει να εκτελεστούν ώστε να πραγματοποιηθεί μία λειτουργία) αλλά και οι τιμές των δεδομένων εισόδου. Τα δεδομένα αυτά αποθηκεύονται στη μονάδα μνήμης. Το αποθηκευμένο πρόγραμμα όταν αρχίσει να εκτελείται, ταυτόχρονα περιγράφει και την διαδικασία ανάκλησης των τιμών των δεδομένων από τη μνήμη. Η εκτέλεση μιας εντολής του προγράμματος λαμβάνει χώρα στην Αριθμητική Λογική Μονάδα (ALU) κάτω από την επίβλεψη της Μονάδας Ελέγχου. Το αποτέλεσμα που παράγεται προωθείται στη Μονάδα Εξόδου. Η ALU μαζί με την μονάδα ελέγχου αναφέρονται συνολικά ως Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - KME (Central Processing Unit – CPU).
Βασικό χαρακτηριστικό του μοντέλου von Neumann είναι ότι οι εντολές του προγράμματος εκτελούνται η µία μετά την άλλη, σειριακά.

Μπορείτε να πάρετε  περισσότερες πληροφορίες από τη  Βικιπαίδεια: Το μοντέλο von Neumann