Полезные заметки/Компьютеры
Компьютер — такое устройство или система, которое может автоматически выполнять заданную последовательность операций — программу. При этом программу можно изменять.
Может быть реализован на различных физических принципах, но в современности под словом «компьютер» обычно понимают электронно-вычислительную машину.
Принцип программного управления
Самое главное в компьютере — он работает как джинн-буквалист: сделает точно то, что написано в программе, если программа корректна. В современности также можно считать, что благодаря операционной системе и достижениям в создании самих компьютеров обычный компьютер выполняет много различных программ одновременно. Важная деталь — в мире существует очень много систем команд для компьютеров, так что произвольная программа с одного компьютера вполне может быть полностью некорректной для другого компьютера… или даже для того же, но с другой операционной системой.
Предназначение компьютера — выполнять вычисления (собственно, английское computer буквально и означает «вычислитель»). И всё, что пользователи сейчас могут наблюдать как работу компьютера, фактически является результатом тех или иных вычислений.
Какие бывают
По принципу действия
Чаще всего сейчас встречается электронно-вычислительная машина (ЭВМ). Её основные функциональные элементы выполнены на электронных элементах. В современности это чаще всего полупроводниковая микроэлектроника.
Редкие варианты:
- Механические и аналоговые. Были господствующими видами компьютеров до появления ЭВМ, но были вытеснены ей.
- Биокомпьютеры — содержат биологические компоненты. С 1990-х годов развиваются ДНК-вычисления, использующие особенности химических реакций молекул ДНК для проведения вычислений. Пока из стадии теорий и экспериментов это всё не вышло.
- Оптические компьютеры — производят вычисления с помощью фотонов. Тоже пока из стадии теорий и экспериментов они не вышли.
- Квантовые компьютеры — производят вычисления с помощью явлений квантовой механики. Находятся на экспериментальной стадии, но развиваются очень активно.
По форме
В современности:
- Встроенные — мы их не видим, а они окружают нас буквально везде: в бытовых приборах, контроллеры устройств внутри других компьютеров, контроллеры в станках и так далее.
- Pi-подобные одноплатные компьютеры — семейство микрокомпьютеров, которые могут использоваться как продвинутые и сложные встроенные, а могут как небольшие и лёгкие персональные;
- Персональные компьютеры (ПК) со всеми вариациями — с этим фактически сейчас работает каждый пользователь.
- Серверы — в узком смысле это большие компьютеры, предназначенные постоянно соединяться через локальную и глобальную сеть с другими компьютерами и с ними взаимодействовать. Обычно таких соединений много, поэтому сервер требует много памяти и каналов связи с внешним миром. Для больших и мощных серверов нормой является размещение в специальной стойке со специально сделанным охлаждением, правильно подведённым питанием и т.п. Но в широком смысле слабеньким сервером можно сделать любой ПК.
- Суперкомпьютеры — очень большие компьютеры для очень сложных задач: научных расчётов, прогнозирования погоды.
Возможности и невозможности
Для современного компьютера лёгкие задачи — те, для которых человечество сумело придумать эффективные вычислительные алгоритмы. И, соответственно, очень трудные или невозможные — те, которые человечество само ещё не понимает или для которых вычислительные алгоритмы ещё не придуманы или не эффективны. Поэтому:
- Решение этих задач легко: всевозможные расчёты того, что работает по хорошо известным законам. Например:
- Моделирование большинства физических процессов — механические взаимодействия, распространение тепла, расчёт электрического поля.
- Бизнес-расчёты.
- Обработка больших объёмов данных.
- Преобразование программ с более-менее понятного человеку языка в понятный компьютеру вид.
- Решение этих задач тяжело, но выполнимо:
- Моделирование квантовых процессов. Как только в системе появляется больше одной частицы, затратность подскакивает в разы — поэтому взаимодействием частиц часто пренебрегают.
- Моделирование хаотических процессов, например, симуляция жидкостей — слишком быстро накапливается ошибка вычислений.
- Распознавание речи, объектов на изображениях и видео и прочих образов.
- Перевод текстов между языками (пока не сравнимый по качеству с человеком).
- Решение этих задач не представляется возможным на данном уровне развития:
- Копирование сознания или перенос личности.
- Создание полноценного сильного ИИ — то есть такого, который будет обладать самосознанием.
- Использование мозга как аппаратного обеспечения.
- Решение этих задач, скорее всего, невозможно в принципе:
- Создание чего-либо, принципиально отличающегося от осуществимого человеком помимо разницы в масштабе.
- Например, точное предсказание будущего ни человек, ни компьютер осуществить не смогут, но компьютер может завалить вычислительной мощностью модель развития событий (разработанную человеком) и получить более точный результат в рамках этой модели.
Побочные и связанные явления
Чтобы статья не была очень длинной, связанные с компьютерами явления находятся в других статьях.
С которыми мы тоже рекомендуем ознакомиться: