Любое устройство или механизм, созданный человеком, строится на основе определенных закономерностей его работы, которые будут выделять его через особенности применения и функциональные возможности. Потребность в удовлетворении насущных потребностей является главным стимулом разработки новых видов машин, технологий и т.д. Такая возможность обеспечивается накоплением знаний во многих областях науки и техники, применение которых позволяет создать сначала логические предпосылки новых областей техники, например, логические основы ЭВМ, а затем и воплотить их в новых видах оборудования. Простым человеческим языком это именуется «технический прогресс».
Толчком возникновения ЭВМ стали два движущих мотива: потребность в больших объемах переработки информации и достижения в различных областях науки и техники (электричество, математика, физика и техника полупроводников, металлургия и много других). Первые образцы электронных вычислительных устройств подтвердили принципы работы ЭВМ и началась эра бурного развития нового класса технических объектов, получивших название «электронные вычислительные машины».
Для реализации технической идеи вычислительного устройства были сформулированы логические основы ЭВМ с использованием алгебры логики , определившие набор функций и теоретическую базу. Законы алгебры логики, которая определила логические основы компьютера, сформулировал еще в 19-м веке англичанин Дж. Буль. Фактически, это теоретическая база систем цифровой обработки информации. Ее суть составляют правила логических отношений между числами: конъюнкция, дизъюнкция и другие, что очень похоже на хорошо известные основные соотношения между числами в арифметике – умножение, сложение и т.д. Числа в булевой алгебре имеют двоичное представлением, т.е. изображаются цифрами только 1 и 0. Действия с числами описываются дополнительными символами алгебры логики. Эти элементы математики позволяют комбинацией простейших логических законов описать любую вычислительную задачу или управляющее действие специальными символами, то есть, «написать программу». При помощи устройства ввода эта программа «загружается» в ЭВМ и служит «распоряжением» для нее, которое надлежит выполнить.
Устройством ввода преобразует входящие символы в электрические сигналы в виде двоичного кода, а действия над ними – пересылки и преобразования, реализующие выполнение арифметических и логических действий, выполняются электронными устройствами, которые называются вентили, сумматоры, триггеры и т.д. Они и составляют техническую начинку ЭВМ, где их количество достигает десятков тысяч элементов.
Конструкция ЭВМ содержит 4 основных узла: УУ - узел управления, ОЗУ и ПЗУ – узел оперативной и постоянной памяти, АЛУ - арифметико–логическое устройство, УВВ - устройство ввода вывода. Безусловно, каждое из них соблюдает заложенные в конструкцию логические основы ЭВМ. Рабочий процесс компьютера состоит из загрузки в ОЗУ или ПЗУ рабочей программы, написанной в специальных кодах, которая хранится на перфокартах, магнитных лентах, магнитных и оптических дисках и других носителях информации. Эта программа предназначена для манипуляций УУ с потоками текущей или рабочей информации и получения запрограммированного результата, например, вывода изображения на монитор или преобразования аудиосигнала в цифровой и т.д. Для этого УУ выполняет множество пересылок информационных блоков между всеми устройствами, входящими в ЭВМ.
Основным «мозговым центром» компьютера является АЛУ – исполнитель всех арифметических и логических операций. В настоящее время функции АЛУ выполняет устройство под названием процессор или микропроцессор, который представляет собой полупроводниковый прибор размером с пару спичечных коробков, с набором невероятного количества функций. Постепенно в состав микропроцессора добавлялись функции управления внешними устройствами – мониторами, принтерами и т.д. Последние разработки в этой области позволили создать микропроцессоры с полным набором функциональных устройств ЭВМ, благодаря чему и появились однокристальные компьютеры карманного формата и возможностями полноценной ЭВМ. Удивительно то, что логические основы ЭВМ, разработанные когда-то для первых вычислительных устройств, не претерпели изменений и до настоящего времени.
