Что же такое компьютер

Мы будем говорить про классические цифровые (а именно — двоичные) электронные программируемые вычислители.

Про что мы говорить не будем

Аналоговое устройство для вычислений — логарифмическая линейка

Арифмометр «Феликс»

The Z1 was a motor-driven mechanical computer designed by Konrad Zuse from 1936 to 1937, which he built in his parents' home from 1936 to 1938. It was a binary electrically driven mechanical calculator with limited programmability, reading instructions from punched celluloid film.

Цифровой двоичный программируемый механический вычислитель Z1 (модель)

ENIAC (/ˈɛniæk/; Electronic Numerical Integrator and Computer) was the first programmable, electronic, general-purpose digital computer, completed in 1945. Although ENIAC was designed and primarily used to calculate artillery firing tables for the United States Army's Ballistic Research Laboratory, its first program was a study of the feasibility of the thermonuclear weapon.

Бетти Джин Дженнигс и Рут Байлас программируют электронный компьютер ENIAC

Квантовый компьютер IBM Q

Про что мы говорить будем: архитектура фон Неймана

https://skillbox.ru/media/code/printsipy-fon-neymana-i-pervye-kompyutery-na-ikh-osnove/

Фон-Неймановский компьютер:

• электронный, цифровой;
• адресуемая память — набор одинаковых пронумерованных ячеек;
• хранимая программа в виде набора инструкций;
• инструкции исполняются по одной, в определённой последовательности; есть IP — instruction pointer, ячейка памяти внутри control unit, где хранится адрес текущей инструкции;
• инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти, инструкции можно обрабатывать как данные.

Von Neumann bottleneck: одна и та же шина памяти используется для передачи инструкций и данных.

Типичный шаг исполнения программы:

• fetch — из памяти приносим следующую инструкцию;
• decode — определяем, как она будет исполняться;
• execute — исполнение:
  • производим вычисления и обновляем операнды;
  • обновляем instruction pointer.

   ┌───────────────┐
   │               │
   │               │             ┌─────────────┐
...│               │             │     IP      │
   ├───────────────┤             │             │
247│ add x, 1      │◄──────┐     │             │
   ├───────────────┤       └─────┤     247     │
248│ jmp 247       │             └─────────────┘
   ├───────────────┤
249│               │
   ├───────────────┤
250│               │
   ├───────────────┤
...│               │
   │               │
   │               │
   │               │
   └───────────────┘

ISA (instruction set architecture) — набор инструкций конкретного компьютера, их семантика и способ кодирования в памяти. Примеры ISA: x86, ARM, MIPS, RISC-V.

Компьютеры с одинаковой ISA могут быть по-разному устроены на уровне микроархитектуры — от этого может зависеть скорость или эффективность исполнения программ.

См. также: гарвардская архитектура (инструкции и данные отдельно): https://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_architecture