Komputer 📖 Wikipedia

Ten artykuł dotyczy zagadnienia z dziedziny informatyki. Zobacz też: inne znaczenia.

Komputer (ang. computer^[a][1]), dawniej także: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa^[2], maszyna matematyczna^[3] – programowalna maszyna służąca do przetwarzania, przechowywania i prezentowania danych^[2]. Niemal wszystkie współczesne komputery są maszynami cyfrowymi, które reprezentują informację w postaci ciągów zer i jedynek (systemu dwójkowego)^[2]. Większość z nich przechowuje wykonywany program w tej samej pamięci co dane, zgodnie z opracowaną w latach 40. XX wieku architekturą von Neumanna^[4].

Komputery występują w bardzo różnych postaciach: od systemów wbudowanych sterujących sprzętem codziennego użytku, przez smartfony, laptopy i komputery osobiste, po serwery i superkomputery zajmujące całe hale^[5]. W XXI wieku znacząco wzrosło wykorzystanie komputerów do trenowania i uruchamiania modeli sztucznej inteligencji, odbywające się głównie w wyspecjalizowanych centrach danych, które w 2024 roku odpowiadały za ok. 1,5% światowego zużycia energii elektrycznej^[6].

Najstarszym znanym przyrządem ułatwiającym obliczenia jest abakus, używany od starożytności i do dziś spotykany w Azji^[7]. Po opublikowaniu przez Johna Napiera tablic logarytmów na początku XVII wieku powstały analogowe przyrządy obliczeniowe, w tym suwak logarytmiczny^[7]. W tym samym stuleciu pierwsze kalkulatory mechaniczne konstruowali Wilhelm Schickard, Blaise Pascal (produkowana seryjnie Pascalina) oraz Gottfried Wilhelm Leibniz, propagator zastosowania systemu dwójkowego w maszynach liczących. W XIX wieku arytmometr Thomasa de Colmara stał się pierwszym kalkulatorem produkowanym masowo na rynek^[8].

Kluczową lekcją dla budowniczych komputerów okazało się krosno żakardowe z początku XIX wieku, w którym wzór tkaniny zapisywano na kartach dziurkowanych. Maszynę można było „programować”, podając jej instrukcje zapisane na wymiennym nośniku^[7]. Ideę tę rozwinął Charles Babbage, projektant pierwszych automatycznych maszyn obliczeniowych: maszyny różnicowej i maszyny analitycznej, mechanicznego komputera ogólnego przeznaczenia, którego nigdy nie udało mu się zbudować^[9]. Opisująca jego programowanie Ada Lovelace bywa uznawana za pierwszą programistkę w historii^[9]. Pod koniec XIX wieku Herman Hollerith zastosował karty dziurkowane do opracowania wyników spisu powszechnego w USA, a jego przedsiębiorstwo weszło później w skład IBM^[10].

Komputery analogowe reprezentują dane za pomocą wielkości ciągłych, takich jak napięcie elektryczne lub obrót elementów mechanicznych. Ich rozwinięciem był m.in. analizator różniczkowy Vannevara Busha z lat 30. XX wieku. Maszyny analogowe sprawdzały się w symulacjach pracujących w czasie rzeczywistym, miały jednak ograniczoną precyzję i były trudne w programowaniu, dlatego w drugiej połowie XX wieku zostały niemal całkowicie wyparte przez komputery cyfrowe^[7][11].

Teoretyczne podstawy informatyki stworzył w 1936 roku Alan Turing, opisując abstrakcyjny model uniwersalnej maszyny obliczeniowej, znany dziś jako maszyna Turinga^[12]. Pierwsze automatyczne komputery cyfrowe powstały na przełomie lat 30. i 40. XX wieku w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i Niemczech^[4]. Należały do nich przekaźnikowy Z3 Konrada Zusego (1941), lampowy Atanasoff-Berry Computer oraz elektromechaniczny Harvard Mark I. Podczas II wojny światowej brytyjscy kryptolodzy używali lampowych komputerów Colossus do łamania niemieckich szyfrów maszyny Lorenza.^{[potrzebny przypis]}

Pierwszym programowalnym elektronicznym komputerem ogólnego przeznaczenia był ENIAC, budowany w latach 1943–1945 na Uniwersytecie Pensylwanii przez zespół Johna Mauchly’ego i J. Prespera Eckerta. Maszyna składała się z ok. 18 tysięcy lamp elektronowych i 1500 przekaźników, ważyła 30 ton i zajmowała pomieszczenie o wymiarach 15 na 9 metrów^[7]. Komputery lampowe określa się mianem pierwszej generacji^[4].

Projekt współczesnego komputera skrystalizował się w pracach Johna von Neumanna z lat 1945–1946, w których zaproponowano przechowywanie danych i instrukcji programu we wspólnej pamięci. Maszyny zbudowane według tego schematu nazywa się dziś komputerami o architekturze von Neumanna^[4]. Pierwszym komputerem, który wykonał program przechowywany w pamięci, była zbudowana na Uniwersytecie Manchesterskim maszyna Baby (1948), rozwinięta następnie w Manchester Mark I, pierwowzór sprzedawanego od 1951 roku Ferranti Mark I. W 1949 roku w Cambridge uruchomiono EDSAC, a w 1951 roku amerykańskiemu Biuru Spisowemu dostarczono pierwszy egzemplarz UNIVAC I. W latach 50. i 60. duże, drogie komputery, nazwane później komputerami mainframe, trafiły do korporacji, urzędów i laboratoriów.^{[potrzebny przypis]}

Wynalezienie tranzystora (1947) pozwoliło zastąpić zawodne i energochłonne lampy elektronowe, a opracowane pod koniec lat 50. układy scalone umożliwiły umieszczanie coraz większej liczby elementów elektronicznych na pojedynczej płytce krzemowej. Zwieńczeniem tej miniaturyzacji był mikroprocesor, czyli kompletny procesor zamknięty w jednym układzie scalonym. Pierwszy z nich, Intel 4004, trafił na rynek w 1971 roku^[4]. Zgodnie z empirycznym prawem Moore’a liczba tranzystorów w układach scalonych przez kolejne dekady podwajała się mniej więcej co dwa lata, co napędzało wykładniczy wzrost mocy obliczeniowej^[13].

Mikroprocesory umożliwiły budowę tanich mikrokomputerów. Sprzedawany od 1975 roku zestaw do samodzielnego montażu Altair 8800 zapoczątkował rynek komputerów dla hobbystów, a maszyny takie jak Apple II (1977) i IBM PC (1981) uczyniły z komputera osobistego urządzenie powszechnego użytku^[4]. W 1982 roku tygodnik „Time” ogłosił komputer „Maszyną Roku”. Kolejne dekady przyniosły graficzne interfejsy użytkownika, laptopy oraz smartfony i tablety, czyli kieszonkowe komputery zintegrowane z telefonem, które upowszechniły dostęp do mocy obliczeniowej i Internetu^[5].

Rodzimą tradycję budowy komputerów zapoczątkowała maszyna XYZ, pierwszy działający polski komputer cyfrowy, uruchomiony w 1958 roku w Zakładzie Aparatów Matematycznych PAN przez zespół kierowany przez Romualda Marczyńskiego^[14]. Jej konstrukcję rozwinięto w serii maszyn ZAM, produkowanych w warszawskim Instytucie Maszyn Matematycznych^[14].

Największym polskim producentem komputerów zostało przedsiębiorstwo Elwro z Wrocławia, założone w 1959 roku, które jako pierwsze w Europie Środkowo-Wschodniej podjęło seryjną produkcję maszyn cyfrowych^[15]. Wytwarzana tam rodzina Odra należała do nielicznych europejskich komputerów mainframe spoza Związku Radzieckiego i była eksportowana, głównie do krajów RWPG^[15].

Odrębne miejsce w historii polskiej informatyki zajmuje K-202, 16-bitowy minikomputer skonstruowany w latach 1970–1973 przez zespół Jacka Karpińskiego we współpracy z firmami brytyjskimi. Jego wydajność dorównywała najlepszym ówczesnym konstrukcjom zachodnim, lecz z powodów organizacyjnych i politycznych powstało jedynie około 30 egzemplarzy, a produkcję przerwano^[16]. Projekt wykorzystano później w produkowanej z krajowych podzespołów Mera 400^[16].

Do pozostałych polskich konstrukcji cyfrowych należały UMC, PRS-4, Mera 300, Poltype oraz R-32 zgodny z radziecką serią RIAD, a w latach 80. XX wieku mikrokomputery Mazovia, Meritum, Elwro 800 Junior i ComPAN 8. Powstały też polskie komputery analogowe: ELWAT, AKAT-1 i ARR.

Większość współczesnych komputerów jest oparta na architekturze von Neumanna i składa się z trzech typów podstawowych elementów^[5]:

• procesora, który wykonuje obliczenia i steruje pracą maszyny. Obok głównego procesora (CPU) komputery często zawierają wyspecjalizowane układy, takie jak procesor graficzny (GPU), wykorzystywany także w obliczeniach naukowych i sztucznej inteligencji
• pamięci, w tym pamięci operacyjnej RAM, przechowującej wykonywany program i dane, oraz pamięci masowej (np. dysków twardych i półprzewodnikowych), przechowującej dane trwale
• urządzeń wejścia-wyjścia, które służą do komunikacji z otoczeniem, takich jak klawiatura, mysz, ekran dotykowy, monitor czy drukarka.

Komunikację między podzespołami zapewniają magistrale danych, adresowe i sterujące. Między procesorem a stosunkowo wolną pamięcią operacyjną umieszcza się pamięć podręczną (ang. cache) – niewielką, bardzo szybką pamięć przechowującą ostatnio używane dane, która skraca czas dostępu w typowych operacjach. Procesory współczesnych komputerów zawierają kilka do kilkudziesięciu rdzeni obliczeniowych, dzięki czemu mogą wykonywać wiele wątków równolegle (wielordzeniowość). W urządzeniach mobilnych i systemach wbudowanych powszechne stały się układy SoC (ang. system on chip), integrujące procesor, GPU, pamięć podręczną i układy komunikacji w jednym chipie^[17].

Cechą odróżniającą komputer od prostszych maszyn liczących, takich jak kalkulator, jest możliwość programowania, czyli wprowadzenia do pamięci listy instrukcji do wykonania. Pojedyncze instrukcje są bardzo proste (np. dodanie dwóch liczb lub przeniesienie danych), ale dzięki instrukcjom warunkowym, skokom i pętlom komputer może automatycznie wykonywać dowolnie złożone algorytmy, powtarzając miliardy operacji na sekundę bez błędów^[5]. Programy pisane są zwykle w językach programowania wysokiego poziomu, tłumaczonych przez kompilatory na kod maszynowy zrozumiały dla procesora, a pracą sprzętu i programów zarządza system operacyjny.

Rozwinięciem klasycznego programowania jest uczenie maszynowe, dział sztucznej inteligencji, w którym oprogramowanie samodzielnie doskonali sposób wykonywania zadania na podstawie danych, zamiast realizować wyłącznie reguły zapisane wprost przez programistę^[18]. Na uczeniu maszynowym opierają się między innymi generatywna sztuczna inteligencja i duże modele językowe.

Współcześnie komputery dzieli się na kilka kategorii różniących się rozmiarem, mocą obliczeniową i przeznaczeniem. Najpowszechniej znane są komputery osobiste („PC”, z ang. personal computer), maszyny przeznaczone do pracy jednej osoby, obejmujące komputery stacjonarne i laptopy^[19]. Zbliżone podzespoły i oprogramowanie mają smartfony i tablety, czyli urządzenia mobilne łączące funkcje telefonu z mocą obliczeniową komputera^[20]. Odrębną grupę stanowią konsole gier wideo, wyspecjalizowane w uruchamianiu gier i zwykle korzystające z telewizora jako wyświetlacza^[21], oraz historyczne komputery domowe, popularne w latach 80. XX wieku poprzedniki komputerów osobistych podłączane do telewizora^[19].

Na drugim biegunie znajdują się duże maszyny instytucjonalne. Komputery mainframe przetwarzają wielkie ilości danych na potrzeby instytucji i są obecnie używane m.in. jako serwery o wysokiej niezawodności^[22], natomiast superkomputery, o największej mocy obliczeniowej, służą do czasochłonnych obliczeń naukowych i symulacji złożonych zjawisk, takich jak klimat czy procesy fizyczne^[23]. Według rankingu TOP500 z listopada 2025 roku najszybszym superkomputerem na świecie był amerykański El Capitan o mocy obliczeniowej ok. 1,8 eksaflopsa, a barierę eksaflopsa przekroczył w tym zestawieniu również pierwszy europejski system tej klasy, niemiecki JUPITER^[24]. Najliczniejszą i najbardziej rozpowszechnioną grupą komputerów są natomiast komputery wbudowane (ang. embedded), proste i tanie układy sterujące urządzeniami automatyki przemysłowej, elektroniki użytkowej, pojazdami czy sprzętem AGD^[25].

Od lat 60. XX wieku komputery łączy się w sieci komputerowe umożliwiające wymianę danych. Z uruchomionej w 1969 roku wojskowo-akademickiej sieci ARPANET wyewoluował Internet^[26], a wynaleziony w 1989 roku w CERN przez Tima Bernersa-Lee system World Wide Web uczynił go medium powszechnego użytku^[27]. Współcześnie znaczna część przetwarzania danych odbywa się w modelu chmury obliczeniowej, czyli na serwerach w wielkich centrach danych, do których użytkownicy łączą się przez Internet^[28].

Upowszechnienie komputerów osobistych w latach 80. XX wieku, a następnie ekspansja Internetu w latach 90., zmieniły sposób, w jaki ludzie pracują, komunikują się i zdobywają informacje^[5]. Automatyzacja procesów produkcyjnych i biurowych zwiększyła wydajność pracy, ale przyczyniła się też do zaniku części zawodów, w tym stanowisk średniego szczebla, oraz do pogłębienia nierówności dochodowych^[29]. Komputery stały się zarazem nieodzownym narzędziem nauki i edukacji, umożliwiając symulacje, modelowanie naukowe i zdalny dostęp do wiedzy. Globalna sieć dała impuls do rozwoju gospodarki cyfrowej: handlu elektronicznego, mediów społecznościowych i platform streamingowych^[29]. Na początku XXI wieku upowszechnienie smartfonów rozszerzyło dostęp do tych możliwości na kraje rozwijające się, choć w najuboższych regionach świata pozostaje on znacznie niższy niż w gospodarkach rozwiniętych^[30].

Prowadzone są badania nad komputerami wykorzystującymi inne zjawiska fizyczne niż klasyczna elektronika cyfrowa. Najbardziej zaawansowane są komputery kwantowe, których układy przetwarzają dane z wykorzystaniem efektów mechaniki kwantowej. Działające procesory kwantowe budują między innymi Google i IBM. W 2024 roku procesor Willow firmy Google jako pierwszy wykazał wykładniczy spadek poziomu błędów wraz ze wzrostem liczby kubitów (tzw. korekcję błędów poniżej progu), jednak praktyczne, komercyjne zastosowania komputerów kwantowych wciąż pozostają przedmiotem badań^[31][32]. Na wcześniejszym etapie rozwoju znajdują się komputery optyczne, biologiczne i molekularne.

Informacje w projektach siostrzanych

Multimedia w Wikimedia Commons

Cytaty w Wikicytatach

Podręczniki w Wikibooks

Definicje słownikowe w Wikisłowniku

Materiały edukacyjne w Wikiwersytecie

Zobacz publikację Podstawowe komponenty komputera w Wikibooks

• informatyka
• historia informatyki