Компютърът е изчислително устройство с общо предназначение, което може да бъде програмирано да извършва набор от аритметични и/или логически операции. Възможността на устройството да извършва поредица такива операции позволява компютърът да се използва за решаване на теоретично всяка изчислителна/логическа задача. Тези аритметични и логически операции са също така част от програмния код, с който работят компютрите. Целта е обработката на въведена информация (и компютърни данни), най-често дигитализирана или представена в цифров вид, чийто резултат може да се изведе в най-общо казано използваема форма.
Обикновено съвременният компютър се състои от поне един процесор, обикновено централен процесор (CPU) под формата на микропроцесор, заедно с някакъв вид компютърна памет, обикновено полупроводникови чипове памет. Периферните устройства включват входни устройства (клавиатури, мишки, джойстик и т.н.), изходни устройства (екрани на монитори, принтери и т.н.) и устройства за въвеждане/извеждане, които изпълняват и двете функции (напр. сензорен екран от 2000-те години).
От функционална гледна точка всички компютри са съставени от четири основни елемента:
аритметично-логическо устройство, което изпълнява аритметични и/или логически операции; управляващо устройство, което може да променя реда на изпълнение на операциите въз основа на записана информация; компютърна памет, в която се съхраняват входните, изходните и евентуални междинни данни; входно-изходни устройства, чрез които данните постъпват във и напускат компютъра.
На практика в повечето съвременни компютри аритметично-логическото устройство, управляващото устройство и част от паметта са обединени в общ компонент, наричан централен процесор.
Компютрите могат да имат различно устройство, като чисто механични конструкции за аритметични изчисления са известни още от древността, но почти всички съвременни компютри са изпълнени с електронни компоненти. Първите изцяло електронни компютри са създадени в средата на 20 век, като най-ранните от тях са с размерите на голямо помещение и с електрическа мощност от порядъка на 100 kW. Съвременните машини, базирани на интегрални схеми, имат милиони до милиарди пъти по-висока производителност при консумирана мощност от няколко до няколко стотици вата. Днес някои по-прости компютри са достатъчно компактни, за да се поберат в различни мобилни устройства, и достатъчно икономични, за да се захранват от малка батерия.
Поставената за решаване задача първо трябва да бъде описана в подходяща форма за обработка. Исторически се е наложило представянето на информацията в паметта на компютъра в двоичен код. Действията по обработка се свеждат до използването на проста логическа алгебра (Булева алгебра). Тъй като практически всяка математическа задача може да се сведе до булеви операции, електронният компютър може да се използва за решаване на повечето математически проблеми, както и на повечето задачи за обработка на информация, които могат да бъдат сведени до математически.
В ежедневната реч под „компютър“ най-често се разбират персоналните компютри в техните разнообразни форми, които в наши дни са се превърнали в символ на Информационната епоха. В същото време далеч по-многобройни са вградените компютърни системи със специализирани функции, неизменна част от различни устройства – от MP3 плейъри до изтребители и от детски играчки до промишлени роботи.
Терминология
В английския език най-ранното известно използване на думата „компютър“ (, буквално „изчислител“) е в книгата от 1613 г. „The yong mans gleanings“ на английския писател Ричард Брейтуейт. Там така е наречен човек, извършващ изчисления, като това остава основното ѝ значение до средата на 20 векНа български е имало длъжност „калкулант“ докъм 80-те години на 20 век. От края на 19 век думата започва да се използва и в значение, близко до съвременното – машина, която извършва изчисления. В края на 1940-те и началото на 1950-те, с развитието на електронни цифрови изчислителни (или сметачни) машини, фразата „изчислителна машина“ () постепенно е изместена от краткото компютър (), като прилагателните „електронен“ и „цифров“ постепенно отпадат.
В българския език, особено в специализираната техническа литература до към 1990-те години, първоначално се използват термините „автоматични сметачни машини“, „електронноизчислителни машини“ или „цифрови електронноизчислителни машини“ (често съкращавано на ЕИМ и ЦЕИМ). Впоследствие се разпространява и заемката от английски „компютър“. По-късно, в зависимост от използваните електронни компоненти, се говори за машини първо поколение – изградени с електронни лампи, второ поколение – с полупроводникови транзистори и диоди, но с обемен монтаж, трето поколение – с повърхностен монтаж и интегрални схеми с ниска степен на интеграция и четвърто поколение – с интегрални схеми с висока степен на интеграция. Появата на микропроцесора през 1971 г. дава началото на изграждането на компютри от пето поколение
История
Съвременните компютри възникват в резултат на съчетаването на две технологии, които се развиват самостоятелно в продължение на столетия – автоматизацията на изчисленията и програмируемостта.
Предшественици на електронния компютър Първите устройства за изчисления – сметалата, се появяват през древността, като са известни още от Шумер в средата на III хилядолетие пр.н.е. През II – I век пр.н.е. са създадени механични устройства, предназначени за астрономически и навигационни изчисления – широко използваната астролабия и по-редкият и сложен механизъм от Антикитера. През I век египетският инженер Херон конструира механичен театър, задвижван със сложна система от въжета, който изпълнява 10-минутно представление. В началото на XVII век е изобретена сметачната линия, която остава широко използвана до масовото навлизане на електронните калкулатори през XX век.
Първият механичен калкулатор е създаден през 1641 г. от френския математик Блез Паскал, като няколко негови образци са запазени до днес. През 1673 г. немският математик Готфрид Лайбниц представя в Парижката академия усъвършенствана конструкция на своя „Изчисляващ часовник“ – първата сметачна машина, извършваща четирите математически действия. Ключов елемент в нея е стъпаловиден цилиндър с десет зъба, всеки с различна дължина, чрез който се реализират операциите умножение и деление.
През 1799 г. френският механик Жозеф Мари Жакард конструира тъкачен стан, използващ перфокарти за управление на работния процес, които през 20 век ще бъдат широко използвани за въвеждане на данни в първите поколения компютри. С него през 1801 г. на техническо изложение в Париж Жакард за първи път демонстрира автоматизирано управление на работен процес. По-късно са разработени и други програмируеми механични устройства, като механични играчки и музикални кутии.
Конструираният от французина Шарл Ксавие Тома дьо Колмар аритмометър през 1821 г., достатъчно здрав и надежден за ежедневна употреба, става първата серийно произвеждана сметачна машина – около 100 броя годишно.
В периода 1812 – 1822 г. английският математик Чарлз Бабидж конструира машина за автоматизирана обработка на таблица от числови данни, за която получава златен медал от Астрономическото общество на Великобритания. Тъй като резултатите от работата на машината не били пригодни за по-нататъшна обработка, Бабидж започва работа върху машина, която да изпълнява функциите на универсален изчислител. Наследство от неговата работа са над 200 чертежа, в които са изобразени около 50 000 детайла и около 4000 пояснения към тях. Проектираната от Бабидж машина съдържа няколко устройства: за запазване на цифровата информация (числата), за извършване на операции, за управление на последователността от операции, и за въвеждане и извеждане на числата; с други думи – всички основни блокове на архитектурата на съвременните компютри. С въвеждането на управляващо устройство Бабидж става автор на фундаменталния принцип на програмното управление: процесът на обработката на информация (данни) се направлява от друга информация (инструкции или програма), специално предназначена за това.
Принос към развитието на изчислителните машини има и Херман Холерит, който в края на 19-и и началото на 20 век проектира система за въвеждане на набор от символи върху перфокарта, и изобретява табулираща машина която Холерит използва с успех за автоматизиране на изчислителната дейност по преброяване на населението на САЩ.
Първи компютри През 1936 г. англичанинът Алън Тюринг теоретично разработва принципите, на които се основава универсалната изчислителна машина (т.нар. „машина на Тюринг“), като подобни резултати постигат и американците Емил Пост и Алонсо Чърч, както и германецът Курт Гьодел (1934 – 1936 г.)
През 1938 г. в Масачузетския технологичен институт Клод Шенън за първи път демонстрира, че двупозиционните превключвателни елементи (независимо дали релета, електронни лампи или бъдещите транзистори) могат да бъдат използвани за извършване на математически и логически операции на т. нар. булева алгебра, т.е. да обработват числа, изразени в двоична бройна система.
Междувременно вследствие на развитието на технологиите в електротехниката и електрониката през първите три десетилетия на 20 век става възможно и конструирането на първите електромеханични изчислителни машини.
В периода 1936 – 1938 г. германецът Конрад Цузе конструира машината Z-1, изградена с електромагнитни релета, в която за въвеждане на данните е използвана клавиатура, а за извеждането им – лампи. В периода до края на 1939 г. Цузе разработва машината Z-2, в която устройството за въвеждане на данни работело с перфорирана 35-милиметрова кинолента, а през 1941 г. завършва и първата универсална изчислителна машина Z-3, която била използвана във военната индустрия при проектирането на немските самолети и ракети.
През 1940 г. Джордж Стибиц създава BEL-1 (изградена с електромагнитни релета) – първата изчислителна машина, която можела да работи с комплексни числа. Впоследствие Стибиц конструира и машините BEL-2 (1942 г.) и BEL-5 (1947 г.) Поради ниската надеждност на релетата Стибиц вгражда в конструкциите първите диагностични схеми за откриване на грешки.
През август 1944 г. Хауърд Айкен представя в Харвардския университет машината Марк I (изградена с електромагнитни релета), която работила в продължение на 15 години. Впоследствие Айкен конструира и машината Марк-2.
Първата изчислителна машина с изцяло електронен изчислителен блок и с отделна памет е конструирана от Джон Атанасов в Щатския колеж в Айова. В периода 1936 – 41 г. той и асистентът му Клифърд Бери разработват изчислителна машина (много по-късно наречена компютър на Атанасов – Бери), предназначена да решава системи линейни уравнения с до 30 неизвестни. Входните данни – десетични числа, се въвеждат от стандартна перфокарта, след което се преобразуват в 51-разредни двоични числа. Изчислителният и управляващият блок съдържат около 300 електронни лампи. Паметта представлява два диска с 32 набора от по 51 кондензатора (или 32 51-битови машинни думи). В края на 1941 г. са завършени всички възли, но има известни проблеми при въвеждането на двоичните числа. Нападението на 7 декември 1941 г. на японската армия над Пърл Харбър и включването на САЩ във Втората световна война обаче прекъсват работата на Атанасов, машината е изоставена и по-късно разглобена.