Mis on digitaalne arvuti?

Digitaalarvuti on masin, mis salvestab andmeid numbrilises vormingus ja teostab nende andmetega matemaatilist manipuleerimist kasutades toiminguid. Seda tüüpi arvutid sisaldavad tavaliselt teatud tüüpi seadet teabe salvestamiseks, teatud meetodit andmete sisestamiseks ja väljastamiseks ning komponente, mis võimaldavad salvestatud andmetega matemaatilisi toiminguid teha. Digitaalarvutid on peaaegu alati elektroonilised, kuid ei pea seda tingimata olema.

Maailma arvutusmasinaga modelleerimiseks on kaks peamist meetodit. Analoogarvutid kasutavad mõnda füüsilist nähtust, näiteks elektrilist pinget, et modelleerida teistsugust nähtust ja sooritada toiminguid, muutes otseselt salvestatud andmeid. Digitaalne arvuti aga salvestab kõik andmed numbritena ja teostab nende andmetega aritmeetiliselt toiminguid. Enamik arvuteid kasutab andmete salvestamiseks binaarnumbreid, kuna need numbrid moodustavad ühed ja nullid on hõlpsasti esitatavad lihtsate sisse-välja elektriliste olekutega.

Analoogprintsiipidel põhinevatel arvutitel on mõnes erivaldkonnas eeliseid, näiteks võime võrrandit pidevalt modelleerida. Digiarvuti eeliseks on aga see, et see on kergesti programmeeritav. See tähendab, et nad saavad töödelda palju erinevaid juhiste komplekte ilma füüsiliselt ümber konfigureerimata.

Varaseimad digitaalsed arvutid pärinevad 19. sajandist. Varaseks näiteks on Charles Babbage’i teoretiseeritav analüütiline mootor. See masin oleks andmeid mehaaniliselt salvestanud ja töötlenud. Neid andmeid ei oleks aga salvestatud mehaaniliselt, vaid pigem numbrite seeriana, mida esindavad diskreetsed füüsikalised olekud. See arvuti oleks olnud programmeeritav, esimene andmetöötluses.

Digitaalne andmetöötlus hakati laialdaselt kasutama 20. sajandil. Sõjasurve tõi selles valdkonnas suuri edusamme ja Teisest maailmasõjast tekkisid elektroonilised arvutid. Seda tüüpi digitaalarvutites kasutati tavaliselt vaakumtorude massiive, et salvestada teavet aktiivseks kasutamiseks arvutustes. Pikemaajaliseks säilitamiseks kasutati paberit või perfokaarte. Klaviatuuri sisend ja monitorid tekkisid hiljem sajandil.

21. sajandi alguses toetuvad arvutid pigem integraallülitustele kui vaakumtorudele. Nad kasutavad endiselt aktiivset mälu, pikaajalist salvestust ja keskseadmeid. Sisend- ja väljundseadmeid on palju rohkem, kuid need täidavad endiselt samu põhifunktsioone.

2011. aastal hakkavad arvutid nihutama tavapäraste vooluahelate piire. Digitaalarvuti vooluringid saab nüüd printida nii lähestikku, et tuleb arvesse võtta selliseid mõjusid nagu elektronide tunneldamine. Töö digitaalsete optiliste arvutitega, mis töötlevad ja salvestavad andmeid valguse ja läätsede abil, võivad aidata sellest piirangust üle saada.

Nanotehnoloogia võib kaasa tuua täiesti uue mehaanilise andmetöötluse sordi. Andmeid võib salvestada ja töödelda digitaalselt üksikute molekulide või väikeste molekulirühmade tasemel. Hämmastav hulk molekulaararvutuselemente mahuks suhteliselt väikesesse ruumi. See võib oluliselt suurendada digitaalsete arvutite kiirust ja võimsust.