Der Digitalcomputer ist ein digitales System, das verschiedene Rechenaufgaben ausführt. Das Wort digital impliziert, dass die Informationen im Computer durch Variablen dargestellt werden, die eine begrenzte Anzahl diskreter Werte annehmen. Diese Werte werden intern von Komponenten verarbeitet, die eine begrenzte Anzahl diskreter Zustände beibehalten können.
Die Dezimalstellen 0, 1, 2, …, 9 beispielsweise 10 diskrete Werte liefern. Der erste elektronische Digitalcomputer, der Ende der 1940er Jahre entwickelt wurde, wurde hauptsächlich für numerische Berechnungen verwendet, und die diskreten Elemente waren die Ziffern. Aus dieser Anwendung entstand der Begriff Digitalcomputer.In der Praxis funktionieren digitale Computer zuverlässiger, wenn nur zwei Zustände verwendet werden. Aufgrund der physikalischen Einschränkung von Komponenten und weil die menschliche Logik dazu neigt, binär zu sein (dh wahr oder falsch, Ja oder Nein-Anweisungen), sind digitale Komponenten, die auf diskrete Werte beschränkt sind, weiterhin auf nur zwei Werte beschränkt und werden als binär bezeichnet.
Digitalcomputer verwenden das Binärzahlensystem, das zwei Ziffern hat: 0 und 1. Eine Binärziffer wird als Bit bezeichnet. Informationen werden in digitalen Computern in Gruppen von Bits dargestellt. Durch die Verwendung verschiedener Codierungstechniken können Gruppen von Bits dazu gebracht werden, nicht nur Binärzahlen, sondern auch andere diskrete Symbole, wie Dezimalstellen oder Buchstaben des Alphabets, darzustellen.
Digitale Computer: Computerorganisation
Die Computerorganisation befasst sich mit der Funktionsweise der Hardwarekomponenten und der Art und Weise, wie sie miteinander verbunden sind, um das Computersystem zu bilden.
Es wird angenommen, dass die verschiedenen Komponenten vorhanden sind, und die Aufgabe besteht darin, die Organisationsstruktur zu untersuchen, um sicherzustellen, dass die Computerteile wie vorgesehen funktionieren.
Digitale Computer: Computerdesign
Computerdesign befasst sich mit dem Hardwaredesign des Computers. Sobald die Computerspezifikationen formuliert sind, ist es die Aufgabe des Designers, Hardware für das System zu entwickeln.
Das Computerdesign befasst sich mit der Bestimmung, welche Hardware verwendet werden soll und wie die Teile verbunden werden sollen. Dieser Aspekt der Computerhardware wird manchmal als Computerimplementierung bezeichnet.
Digitale Computer: Computerarchitektur
Die Computerarchitektur befasst sich mit der Struktur und dem Verhalten des Computers aus Sicht des Benutzers.
Es enthält die Informationen, Formate, den Befehlssatz und Techniken zur Adressierung des Speichers. Das architektonische Design eines Computersystems befasst sich mit den Spezifikationen der verschiedenen Funktionsmodule wie Prozessoren und Speicher und deren Strukturierung zu einem Computersystem.
Zwei grundlegende Arten von Computerarchitektur sind:
- von Neumann-Architektur
- Harvard-Architektur
von Neumann-Architektur
Die von Neumann-Architektur beschreibt einen allgemeinen Rahmen oder eine Struktur, der die Hardware, die Programmierung und die Daten eines Computers folgen sollten. Obwohl andere Strukturen für die Datenverarbeitung entwickelt und implementiert wurden, arbeitet die überwiegende Mehrheit der heute verwendeten Computer nach der Von-Neumann-Architektur.
von Neumann stellte sich die Struktur eines Computersystems als aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt vor:
- ALU: Die arithmetisch-logische Einheit, die die rechnerischen und logischen Funktionen des Computers ausführt.
- RAM: Arbeitsspeicher; genauer gesagt der Haupt- oder schnelle Arbeitsspeicher des Computers, auch bekannt als Random Access Memory(RAM).
- Steuereinheit: Dies ist eine Komponente, die andere Komponenten des Computers anweist, bestimmte Aktionen auszuführen, z. B. das Abrufen von Daten oder Anweisungen aus dem Speicher, die von der ALU verarbeitet werden sollen. und
- Mensch-Maschine-Schnittstellen; d. H. Eingabe- und Ausgabegeräte wie Tastatur zur Eingabe und Anzeigemonitor zur Ausgabe.
Blockdiagramm eines Digitalcomputers
Ein Beispiel für eine Computerarchitektur, die auf der von Neumann-Architektur basiert, ist der Desktop-PC.
Harvard-Architektur
Die Harvard-Architektur verwendet physikalisch getrennte Speicher- und Signalwege für ihre Anweisungen und Daten. Der Begriff stammt aus dem Harvard Mark I und den Daten in Relay Latches (23-stellig breit).
In einem Computer mit Harvard-Architektur kann die CPU sowohl eine Anweisung als auch Daten gleichzeitig aus dem Speicher lesen, was zu einer doppelten Speicherbandbreite führt.Mikrocontroller (Single-Chip-Mikrocomputer) -basierte Computersysteme und DSP(Digital Signal Processor) -basierte Computersysteme sind Beispiele für Harvard-Architektur.