Loading...

Ce este și cum funcționează un calculator?


Adăugarea unui hyperlink la o adresă web

Ce este și cum funcționează un calculator?

Ce este un calculator?

E o unealtă cu care poți face lucruri care înainte îți luau mult mai mult timp. Omenirea a inventat în mod constant unelte, de la roată la ciocan, de la prima presă tipografică a lui Gutenberg până la electricitatea alternativă a lui Tesla. Toate transformă munca grea, făcută cu mâna în ceva mult mai simplu, folosind unealta respectivă. Ei bine, gândește-te la calculator ca fiind o unealtă inventată de oameni ca să-i ajute să gândească mai ușor. Să rezolve ecuații, să urmărească stele pe cer sau să manipuleze informații.

Cele patru lucruri pe care orice mașină de calcul trebuie să le poată face sunt:

  • Să permită introducerea unor informații, care se numește Input.
  • Să permită stocarea lor pe perioada de timp pe care sunt utile.
  • Să proceseze informația într-un fel relevant pentru problema pe care încearcă s-o rezolve.
  • Să livreze informația într-un fel util și ușor de perceput pentru omul care o folosește, care se numește Output.

Aceste patru acțiuni fac un calculator să fie ceea ce este. Dacă ar lipsi doar una, un calculator ar fi cu totul altceva.

Spre exemplu, o mașină de scris e un calculator fără abilitatea 3 – de procesare. Într-o mașină de scris introduci informații cu ajutorul tastaturii, ea stochează informația pe o coală de hârtie și tu poți extrage informația oricând scoțând coala. Îi lipsește un singur pas ca să devină calculator: procesarea informației. Ce tastezi, aia extragi, nu se schimbă în niciun fel.

Introducerea informației într-un calculator se poate face folosind mouse-ul, tastatura, microfonul, ecranul tactil sau camera. Acum că purtăm mini-calculatoare și la mână, ele pot simți pulsul, temperatura sau presiunea arterială. În mașini deștepte cum sunt cele de la Tesla, au radare, o multitudine de camere, microfoane și un GPS care să le ajute să se „orienteze”. Toate astea intră la categoria „Input” și sunt informații transformate în date pe care calculatorul știe să le înțeleagă.

Toate informațiile astea sunt apoi stocate – întâi în ceva ce se cheamă memorie și pe care calculatorul o accesează aproape instantaneu. Apoi, pe ceva ce se cheamă „hard disk” care face parte din ansamblul fizic al calculatorului dar e mai puțin rapid decât memoria, sau în „cloud” – adică direct pe Internet, care e și mai puțin rapid, dar de obicei are avantajul că dacă îți distrugi calculatorul, informațiile trăiesc în continuare „în cloud”. Dacă v-ați luat un Android nou și odată ce v-ați logat cu email-ul de la GMail și parola ați observat că aveți pe noul telefon toate aplicațiile voastre vechi, asta se întâmplă fiindcă Google stochează lista aplicațiilor instalate pe vechiul telefon „în cloud” și telefonul, care e și el un calculator mai mic, accesează datele din „cloud” și reface lista aplicațiilor instalate la prima folosire.

Revenind la memorie… Din memorie, spre exemplu, calculatorul poate să folosească informațiile disponibile ca să le „proceseze”. Adică să nu le lase în aceeași formă în care le-a primit, cum face mașina de scris, ci să le interpreteze cumva. O să aflăm cum se întâmplă asta exact imediat, dar pe scurt, folosește o serie de instrucțiuni pe care i le dăm tot noi, oamenii, și care compun un „algoritm”. Vei afla mai multe despre algoritmi imediat ce ne apucăm de JavaScript, dar mai avem ceva până acolo. După ce procesează informația, calculatorul stochează noua informație deja procesată tot în memorie, după care o transferă mai departe.

Transferul ăsta se traduce prin „Output”, și poate fi în format text, imagini, video-uri, jocuri, realitate virtuală sau chiar comenzi de control ale unui robot spre exemplu. Informațiile pot fi folosite imediat, afișând rezultatul pe un ecran spre exemplu și în același timp pot fi și stocate pe un dispozitiv din calculator (hard disk-ul de care ziceam mai devreme), sau transferate pe Internet într-un soi de hard disk virtual (cloud-ul de care ziceam mai devreme). Când se întâmplă asta, Output-ul de la calculatorul tău devine Input pentru alt calculator de pe Internet.

Hai să înțelegem mai bine procesele astea patru printr-o metaforă.

Imaginează-ți o librărire…

Inițial, e goală. Are rafturi, obiecte și sisteme care reprezintă partea „hardware”. Dar fără oameni care s-o umple de cărți, s-o folosească și s-o întrețină, o bibliotecă e inertă, e lipsită de viață și de activitate. Ăsta e calculatorul tău imediat ce-l cumperi fără sistem de operare.

Apoi, îi instalezi calculatorului un sistem de operare și e ca și cum ai angaja personal care să opereze bibliotecă. Adică oamenii care să folosească hardware-ul. Ei sunt o parte din ce se numește software, care e o categorisire vastă cu multe feluri de programe și rutine în care n-o să intrăm azi.

Calculatorul tău nu e genul de librărie în care te descurci ca la autoservire, e o librărie în care dacă intri nu-ți cauți singur cartea, ci ai un librar care să caute cartea pentru tine într-un registru, apoi să se ducă fizic să o extragă și să ți-o pună pe o masă temporară de unde să vii tu să o iei, să o citești fie pe loc, fie acasă. Asta e o aproximare metaforică a felului cum funcționează un calculator.

Oamenii care aduc cărți noi în bibliotecă sunt Input-urile.

Ei vin cu cartea, o pun pe masa temporară (în memorie) de unde un librar (o parte a procesorului) vine și le sortează și organizează și curăță de praf, apoi le plasează la locul lor în librărie (pe hard disk).

Oamenii care au nevoie de cărți din bibliotecă sunt Output-urile.

Ei vin cu o cerere exactă pe care o transmit librarilor, aceștia caută în registrul intern adresa exactă a cărților căutate, culeg pe rând cărțile în mod eficient din toate locațiile, trec în registru faptul că au fost împrumutate (sau chiar le fac copii Xerox pe loc dacă e cazul) și le pun pe măsuța temporară. Din memorie, cărțile sunt luate și fie citite pe loc, în sala de lectură, și în felul ăsta vezi pe ecran informațiile căutate (texte, jocuri, filme, poze, etc) fie sunt scoase din librărie și transmise în altă parte (pe Internet).

În felul ăsta, calculatorul e capabil să execute comenzile și să proceseze și afișeze informațiile pe care i le ceri. Există și lucruri care se întâmplă automat, dar chiar și alea au fost gândite și codate inițial de un om care i-a zis calculatorului exact ce să facă și cum să își automatizeze procesele când dă de o comandă specială.

Când dai Shut Down în Windows, spre exemplu, ai observat poate că întâi se închid toate ferestrele și softurile care rulau în acel moment (se golește librăria de librari și personal) și abia apoi calculatorul se închide. Procesul ăla e automat, dar a fost gândit și explicat calculatorului dinainte direct în codul sistemului de operare.

Am discutat despre cum funcționează calculatoarele în mare, hai să analizăm pe foarte scurt și istoria lor.

Cum a apărut calculatorul?

Cele mai vechi calculatoare, create acum câteva sute de ani, erau construite din lemn sau metal și aveau mecanisme pur mecanice. Aceste dispozitive puteau efectua doar comenzi foarte simple, cum ar fi adunări și scăderi, iar uneori înmulțiri sau împărțiri.

Primele calculatoare electrice, bazate pe circuite, aveau o viteză mai mare decât cele mecanice, dar erau imense (ocupau spații cât 3-4 sufragerii), foarte zgomotoase și lente comparativ cu tehnologia actuală. Deși imense, aceste mașinării complexe efectuau operații aritmetice și rareori altceva. Îmi amintesc cum am văzut unul în funcțiune când eram mic, la Centrul de Calcul Alexandria, unde lucra tatăl meu în anii ’80. Astăzi, calculatoarele sunt mult mai versatile și utilizate pentru o gamă variată de aplicații.

Evoluția calculatoarelor a schimbat semnificativ viteza și capacitatea de procesare și stocare, dar principiile lor de funcționare au rămas aceleași. Dacă acum 30 de ani un calculator era echivalentul unei mici biblioteci capabile să stocheze câteva sute de cărți, astăzi un smartphone din buzunarul tău este comparabil cu o întreagă Librărie a Congresului SUA, cu acces instantaneu la mii de miliarde de volume.

Calculatoarele moderne sunt peste tot: în buzunarul tău, în mașina ta, la birou, în spațiu, pe Marte și chiar integrate în corpul uman. Ne bazăm zilnic pe ele pentru a ne simplifica și organiza viața. Dacă te-ai decis să devii web developer, vei face parte dintr-o comunitate de elită care controlează tehnologia, creând site-uri și soluții care rezolvă probleme reale.

Să explorăm împreună bazele funcționării calculatoarelor și modul în care procesele descrise mai sus sunt fundamentul tehnologiilor moderne!

Cum funcționează un calculator?

Un calculator funcționează prin procesarea datelor folosind un sistem logic de „pornit” și „oprit”, adică 1 și 0, cunoscut ca sistem binar. Fiecare componentă a calculatorului are un rol specific în acest proces, iar împreună permit realizarea operațiilor complexe pe care le folosim zilnic.

Exemplu simplu: Cum adaugă calculatorul două numere

Să presupunem că vrem să adunăm 2 + 3. În interiorul calculatorului, aceste numere sunt convertite în sistem binar:

- 2 devine 10 (în binar)

- 3 devine 11 (în binar)

Unitatea centrală de procesare (CPU) adună aceste numere folosind circuite logice. Rezultatul în binar este 101, care, convertit în sistem zecimal, este 5.

Ce se întâmplă mai departe?

Rezultatul este stocat temporar în memoria RAM sau direct afișat pe ecran prin placa grafică, care transformă informația în imagini sau text pe care le poți vedea și înțelege.

Pe scurt, un calculator ia datele (input), le procesează folosind instrucțiuni predefinite (program), și oferă un rezultat (output). Indiferent dacă scrii un email, faci un calcul sau te uiți la un video, toate aceste acțiuni se bazează pe operații binare și circuite logice.

Interesant, nu-i așa? Așa funcționează orice calculator, de la cel mai simplu laptop până la cele mai avansate supercomputere!