Systemy i programy

Zadaniem komputera jest magazynowanie i przetwarzanie informacji. Wprowadzone do niego dane muszą zostać zapisane w systemie dwójkowym. Wszystkie słowa i liczby są wiec przedstawiane w postaci ciągów jedynek i zer. Ciągi te komputer zapamiętuje w elementach elektronicznych magazynujących ładunek, zwanych kondensatorami. Jedynka odpowiada naładowanemu kondensatorowi, zero — nie naładowanemu. Tysiące kondensatorów ułożone są w wiersze i kolumny, dzięki czemu każdy z nich ma swój numer porządkowy, nazywany adresem lokacji. Każdy kondensator połączony jest z tranzystorem, który stanowi jego przełącznik. Włączając konkretny tranzystor komputer może sprawdzić, czy pod danym adresem wpisane jest zero, czy jedynka, oraz może zmienić ten zapis. Te dwa procesy nazywamy odczytywaniem i zapisywaniem. Podczas odczytywania danych następuje przesyłanie ich do jednostki centralnej (CPU — Central Processing Unit), która również otrzymuje rozkazy z pamięci komputera. CPU zawiera jednostkę arytmetyczno-logiczną (arytmometr) wykonującą dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie i porównywanie liczb odczytywanych z pamięci komputera. Komputery otrzymują rozkazy z dwóch rodzajów programów. Podstawowe zasady pracy komputera zawarte są w tzw. systemie operacyjnym. Niekiedy jest on umieszczany w stałej pamięci (ROM — Read Only Memory), której nie można wymazać. Polecenia określające, co komputer ma robić, może też wpisywać i wprowadzać do pamięci maszyny sam użytkownik. Są one wówczas umieszczane w pamięci o tak zwanym dostępie bezpośrednim (RAM — Random Access Memory) wraz z danymi. Każdą częs'ć tej pamięci można w razie potrzeby odczytać i zapisać. Oprogramowanie musi być napisane w języku zrozumiałym dla komputera. Istnieje wiele języków komputerowych przeznaczonych do różnych celów. Aby wykonać jakiś program, komputer musi przetłumaczyć go na ciąg prostych operacji, takich jak odczytanie liczby umieszczonej pod danym adresem, zsumowanie i porównanie dwóch liczb czy też zapisanie liczby pod danym adresem. Ten ciąg poleceń przygotowuje się w tzw. jeżyku wewnętrznym. W praktyce znaczna część użytkowników nie przygotowuje własnych programów, lecz korzysta z łatwo dostępnej, ogromnej bazy gotowego oprogramowania wielokrotnie sprawdzonego przez wysoko wykwalifikowanych specjalistów. W komputerach znajduje się bardzo dużo różnego rodzaju przełączników. Umożliwiają one dotarcie do każdego elementu pamięci, jak również wykonywanie arytmetycznych i logicznych operacji przez jednostkę centralną. Wymiary i ciężar komputera zależą zatem od możliwości wykonania odpowiednio małych elementów przełączających. Wysoki stopień miniaturyzacji współczesnych komputerów zawdzięczamy mikroskopijnym elementom przełączającym, zwanym tranzystorami. Są one połączone w miniaturowe układy elektroniczne wraz z innymi mikroskopijnymi elementami, na przykład kondensatorami. Dzięki temu cała jednostka centralna wraz z pamięcią potężnego komputera zajmuje powierzchnię zaledwie kilku centymetrów kwadratowych. Tranzystory i inne mikroelementy składowe układów elektronicznych wykonuje się z krzemu lub arsenku galu. Są to półprzewodniki, czyli materiały o własnościach elektrycznych pośrednich — pomiędzy przewodnikami a izolatorami. Kryształy półprzewodnika mogą przewodzić niewielki prąd elektryczny po wprowadzeniu do nich pewnej ilości domieszek.