What is a computer 

  Computer is machine  that is built to process a set of instruction(Arithmetic Calculation or Data Processing) that could be stored and modified. 

  There are three major components in computer system namely  

  Input Unit  ( Keyboard, Mouse, Microphones, Bar code Reader, Scanner, Optical Image Reader {Finger print scanner or recognition} ) 

  Central Processing Unit 

  which is further sub‐divided into 

    Arithmetic and Logical Unit  (Within the processors ) 

    Main Memory  (Some  are located within the processor, Some in RAM  and Some in HDD)    

    Control Unit  ( Which controls the input output  and located in the Mother board) 

  Output Unit  (Monitor / Printer/ Plotter/ Speakers )  

 

History of computers 

• The Abacus 

    A tool used in and around Asia in 2 nd century BC for arithmetic calculations by movement of the beads on a wire, which is mounted on a frame. 

 

 

• Mechanical Calculator  

  By French inventor Blaise Pascal at the age of 19 in 1642. 

  The mechanical calculator could  add, subtract, multiply and divide by the movement of the wheels.  

  He built and re built as may as 50 times before presenting his  final machine before public.  

  It is considered as a forerunner of microprocessor, which is developed 3 centuries later.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Punch Card  

It is a technique perfected by Joseph Marie jacquard in 1801  to control weaving pattern  by punching holes on a metal sheets.      

This was later adapted by Hermann Hollerith as a medium of storing (Personal Information of US census of 1890).He also invented a machine called tabulator which would read the punch card. With this he could complete the US census of 1890, within 3 years against the original estimate of 11 years. 

 

`  

• Mechanical computer 

In early 1800 Charles Babbage from England designed  the first Mechanical Computer. With the support of the British government he decided to create two machines  namely the difference engine and the analytical engine. 

Although Babbage could not complete both his designs were adopted and built in later years after his death .They even tested some calculations in them. Their results were far accurate than modern pocket calculator. Hence Charles Babbage is considered as the father of Computers.   

The Analytical engine created by Babbage was programmable using Punch Card.   

• The First programmer 

In 1842 a research paper by an Italian Scientist L.F Menabrea on analytical engine was translated in to english by Augusta Ada Byron ( Countess of Lovelace). 

She also created an algorithm for the analytical engine to compute Bernoulli Numbers. It is considered as the first algorithm and She is considered as the first Programmer. 

• Mark 1 

In 1937, an electro‐mechanical computer was developed in Harvard University by Howard H.Aiken.   

This device, The Mark 1 was a prototype of computers used today. It was far more reliable than the early models of computers. It is considered as the first electronic computer.   

The Mark 1 read its instructions from paper tapes. 

• ENIAC 

Electronic Numeric Integrator and Calculator was constructed In 1946,This is the first all electronic Computer. This was developed for defense purposes and was funded by US department for defense. 

ENIAC used Vacuum tubes, which would go wrong frequently approximately once in two days, which has to be continuously replaced. 

The longest time ENIAC ran continuously was approximately 116 hours (5 Days ). 

• EDSAC 

During the same  period a brilliant mathematician John Von Newmann presented technical papers of stored program concept. According to him the operating instruction and the data used in the processing should be stored inside the computer and should be made available for the user for the modification and execution. 

The concept was incorporated and developed in to a computer by the name EDSAC which stands for Electronic Delayed Storage Automatic Computer at Cambridge University. 

• UNIVAC  I         1951 

Universal Automatic Computer UNIVAC is  The first fully electronic computer that was commercially available and produced in quantity. 

The computer is fully electronic and fully reliable. It fully ran with the use of vacuum tubes, and programs could be stored. 

Generation of computers 

First Generation of Computers 1951 – 1959  : The first generation computers were powered by thousand of vacuum tubes .They were large a massive because of the huge number of vacuum tubes they used. They require a lot of energy and great deal of heat. Memory was on magnetic storage  and Inputs were on Punch cards. Punch cards  and paper were also used as output devices. They need human operators to reset switch between relays and wiring . 

Second Generation of Computers (1959 – 1965 ) : Used transistors instead of Vacuum tubes. It was made of semi conductive materials and it controlled the flow of electricity through circuits. Transistors were smaller and inexpensive and hence the size of the computer and the cost came down rapidly. Magnetic Tapes were used as input device. Punch card  and paper constituted the outputs.  

 

Third Generation of Computers ( 1965 – 1971 )  : Integrated circuits were used in the third generation computers. Integrated circuits could be manufactured on mass production. This resulted in lower cost. Magnetic Disk has been introduced and storage capacity has been improved. Keyboard and Monitor were used as input an output device respectively. They were built for making necessary upgradations. 

Fourth Generation of Computers (1971 ‐  Present ): LSI Large Scale Integration or a term that refers to placement of thousands of transistors onto single chip. Further in 1970’s VLSI ie; Very Large Scale Integration followed which allowed hundredthousand transistors to be integrated into a single chip.   

Magnetic Disk became a source of external storage and  many applications softwares where built to allow home and business users to enjoy more possibilities such as word processing, spreadsheet manipulation, Graphics, file handling and much more. 

Fifth  Generation of Computers (Future): Although many people disagree on the beginning date of fifth generation, Many agree that creating a true artificial intelligence will allow the beginning of the fifth generation of computers. Thinking computers may be considered the fifth generation of computers. 

Types of computers (Based on the Computing ability and size) 

• Supercomputers 

Built for highly intensive calculation like weather forecasting, molecular modeling, Physical simulations like Wind tunnel testing and Nuclear weapon detonation testing etc. 

Performance measured in Floating point Operations Per Seconds FLOPS 

It uses several cores of processors and GPU’s (Graphical Processing Units) 

Cray XK6,Tianhe‐I. 

• Mainframe Computers 

Built for reliability, Maintainability and for handling a large amount of data. 

The mainframe computers does not interact with the user directly. Allows access to thousands of Users from different computers called Terminals. 

Performance measured in MIPS Million Instruction Per Second. 

Used in Banking, Financial  and Insurance Sectors. 

IBM, SUN are some of the manufacturers of Mainframe computers 

• Mini Computers 

The capabilities of mini computers are between the mainframe computers and the Personal computers.For this reason it is often called Midrange Computers 

It can handle more input and outputs than a personal computers and can provide access for more  than hundreds of users. The Users can access from a personal computer. 

 

 

• Micro Computers 

   They are the smallest and the least expensive of all the computer types.  

Micro computers though considered small and lesser powerful comparing to the Mainframes and Minicomputers, the difference is narrowing day by day. They are also being called as personal computers depending on the uses they can be configured for variety of Input and output devices. The can also be configured for networks and can be connected to all the other types of computers. 

• Portable Micro Computers (Portable Computers) 

  Designed to carry to a remote location, which still rely on an external power system and a dependable battery backup which could be recharged, and occasionally replaced.  

Portable Micro computers can be further subdivided in to Laptops and Handheld. 

• Laptops 

Sometimes called  Briefcase computers are as powerful as desktop computers or personal computers can be carried to remote location  and could be operated with battery power. 

Most of the laptops can be connected to a regular computer monitors, keyboards, mice and printers . 

• Handheld 

As the name suggests they are the  smaller than Laptops so that they could be held by a single hand.   Mostly  designed for Data communication both in wired and wireless connectivity , Internet connectivity, Global Positioning System. 

Unlike the Laptops  with Desktops  the Handheld computers lack  Compatibility with  input / output devices, software and operating system that are designed for Desktop or PC. 

Hardware and Software 

Hardware  

  Hardware refers to any part of the computer you can touch. Computer hardware consist of electronic devices than we can control the computer’s operations such as , Input, Output and storage. 

A computer hardware device will fall into one of the four categories 

1.Processors or the processing devices 2.Memory 3.Input and output  4.Storage 

      

1.Processors or the processing devices :  The procedure that transforms the raw data in to useful information  called processing. For a processing a computer need to use two component  memory and  processors. 

Processor is like the brain of the computer; it organizes and carries out the instructions that comes from users or a software. In a computer processors usually consist of  one or more specialized chips called microprocessors.  

The Microprocessors  are plugged in to Motherboard. Motherboard a rigid rectangular card containing circuits. It is a Printed Circuit Board (PCB) that connects  micro processors to other computer hardware like RAM (Random Access Memory) ROM Read Only Memory(BIOS Basic Input Output Setup),  and with other internal device such as Video Cards, Capture Cards, Network Card or the Ethernet Card etc. 

2.Memory Device : Computer memory is one or more set of chips that store data and / or program instruction either temporarily or permanently. There are two types of memory . 1) RAM or the Random Access Memory 2) ROM Read Only Memory. 

   1) RAM or the Random Access Memory  is the computer memory that is considered as Volatile, which means there is nothing permanently saved in it or technically it will lose its content when the power is switched off. Volatile memory needs the power to be always to hold its data. 

  2) ROM Read Only Memory  is the computer  memory that could permanently store the data even if the  power is switched off abruptly. The ROM is the one which keeps the checklist of all the devices and components that are connected to the computer. This is very much essential for the integrity of the computer. 

  Some areas in BIOS are stored inside ROM. BIOS  (Basic Input Output Setup) 

3.Input and output. Input devices are those which receive Instruction from a user or another computers. Output hardware are those which returns the processed data to the user or an another computer. 

Keyboard, Mouse, Trackball, Touchpad, Joystick, Microphone, Camera rtare some of the example for Input device. Monitor, Printer, Speaker, are some of the examples for Output Device. 

Input and output devices  :   Touchscreen is one example for input and output device combined. 

Communication Device :  Most of the communication device  can perform both input and output  function. Network Interface Card such as Ethernet Card. MODEM (Modulator Demodulator)   etc.  

Software 

  Software is a set of instructions that makes the computer perform tasks.In another words, software tells the computer what to do.(The term program refers to any piece of software) Some programs exist primarily for the computer’s use to help it perform tasks and manage its own resources. 

  It is the ingredient that brings the computer to life. It makes computer to perform the  a specific task  which consists of instruction. 

Most of the software  fall under two broad category  

a) System software and b) Application Software. 

System Software 

  System software is any program that controls the computer hardware or that is used to maintain computer more efficiently. 

  Operating System : Is a program that as an interpreter between the computer hardware, User and the Application Software. 

  Device Drivers: Are also some of the system software that tells the operating systems that a particular device is installed in a  computer system. 

  System Utilities: System utilities are programs that makes  system easier to perform a specific functions such as trouble shooting, Managing User groups, Checking the Ink catridge level checker etc. 

 

Application  Software 

Application softwares are designed for the user to perform  as specific task and increase their productivity. Application softwares are more function oriented.  It works on the operating system which is a system software. It is operating system oriented and needed to be checked on operating system compatibility and Hardware compatibility etc 

 There are Application software for drawing, Word processing, Preparing with presentations, Photo Editing, Video Editing, Sound Editing, Graphic Designing, Web designing etc.  

Types of application softwares are  

• Wordprocessors  

• Spreadsheets 

• Presentation softwares  

• Database Management System 

• Scientific Softwares (Chemistry , Molecular Modeling,Physics) 

• ERP 

• Graphic Software 

• Simulation softwares  

• Computer Aided Design 

• Industrial Automation 

• Medical Software 

• Telecommunication 

• Editing Softwares (Sound , Video ) 

• 3D Modeling and rendering software 

• Educational Software 

• Entertainment Software 

 

 

Basic of digital computers 

 What is a computer 

  Computer is machine  that is built to process a set of instruction(Arithmetic Calculation or Data Processing) that could be stored and modified. 

  There are three major components in computer system namely  

Input Unit  ( Keyboard, Mouse, Microphones, Bar code Reader, Scanner, Optical Image Reader {Finger print scanner or recognition} ) 

Central Processing Unit 

  which is further sub‐divided into 

Arithmetic and Logical Unit  (Within the processors ) Main Memory  (Some  are located within the processor, Some in RAM  and Some in Hard Disk Drive) Control Unit  ( Which controls the input output  and located in the Mother board)       

Output Unit  (Monitor / Printer/ Plotter/ Speakers )   

Input Unit: Input Units are those which receive Instruction from a user or another computers. Keyboard, Mouse, Trackball, Touchpad, Joystick, Microphone, Camera rtare some of the example for Input Unit. 

Central Processing Unit or the CPU :  The CPU is what transforms the raw data in to useful information. For a processing a computer need to use two component  memory and  processors. CPU is comprised of arithmetic and  logical Unit, Control unit and memory unit. 

  CPU   organizes and carries out the instructions that comes from users or a software. A computer processors usually consist of  one or more specialized chips called microprocessors.  

  The Microprocessors  are plugged in to Motherboard. Motherboard a rigid rectangular card containing circuits. It is a Printed Circuit Board (PCB) that connects  micro processors to other computer hardware like RAM 

(Random Access Memory) ROM (Read Only Memory)  BIOS( Basic Input Output Setup),  and with other internal device such as Video Cards, Capture Cards, Network Card or the Ethernet Card etc.  

  Memory Unit : Computer memory is one or more set of chips that store data and / or program instruction either temporarily or permanently. There are two types of memory . 1) RAM or the Random Access Memory 2) ROM Read Only Memory. 

   1) RAM or the Random Access Memory  is the computer memory that is considered as Volatile, which means there is nothing permanently saved in it or technically it will lose its content when the power is switched off. Volatile memory needs the power to be always to hold its data. 

  2) ROM Read Only Memory  is the computer  memory that could permanently store the data even if the  power is switched off abruptly. The ROM is the one which keeps the checklist of all the devices and components that are connected to the computer. This is very much essential for the integrity of the computer. 

  Some areas in BIOS are stored inside ROM. BIOS  (Basic Input Output Setup) 

Arithmetic and Logical Unit : ALU is the part of the CPU where all the mathematical and logical functions  are performed. It performs all the basic mathematic functions like Addition, Substraction, Division , Multiplication, Trigonometric and  Logarithmic Functions. 

  It  also does all the logical functions such as lesser than, Greater than, Less than Equal to, and Greater than Equal to  etc. 

Control Unit :  IT interprets all instructions which it receives from memory and directs the sequence of events necessary to execute the instruction. It acts like a traffic police directing data between Main Memory, arithmetic and  Logical Unit , Input Unit and Output unit and storage unit. It also maintains the sequence of the instructions and uses system clock.  

Output Unit : Output unit are those which returns the processed data to the user or an another computer Monitor, Printer, Speaker, are some of the examples for Output Unit. 

Network 

Initially computers were designed for a single user. They were not designed for many users.As the computers are more used in business and technology, scientist felt that there is a necessity for more than one system to be connected with one another.This led to a new branch of study called data communication which is nothing but  electronic tranfer of data or information between computers. 

During the past two decades data communication or network technology became the most explosive area of growth in entire computer Industry. 

The demand for the larger and faster technology network has increased  as the businesses have realized the value for network. 

Network comes in many variety . A network can be as simple as two or more computers in a single room, to many computers, printers, videos, voice and photographs or any other device that is shared across the countries. 

Network Definition 

“Network is a set of technologies, which includes hardware, software and media that can be used to connect computers together enabling them to communicate exchange information share resources in real time”.  

 

The Network Advantage 

Sharing the Data and Simultanious Access : There are moments that in any business  that several users in the same company will need the same information. A network server will allow user to share the files among the workers and allow them to modify them.  

  Without a network it will be very difficult for employees to share and view the same files among them, since each employees will save the files independently on different system. 

  Companies can solve the problem by storing the commonly used data on a centralized location usually a network server. 

Sharing the Application Sofwares:  In addition to sharing of the data, in some networks most of the users will be using the same software programs.  This will require the companies to purchase many copies of the same program and install it in many systems induvidualy.   This will prove to be costly since we have to purchase multiple copies of the same program. This problem can be solved by installing the network version of the same software. In network version, only one copy of the same program need to be installed in centralized server and the employees need to access the same program from the network server. In such cases the network servers are also called Application server it handles some application processing along with the storage of Data. Sharing the Peripherials :   In an Office, buying and installing the  printer for every single system is an expensive Idea. It will cost more money  and will take too much of time for the system administrator to install it in every system. The alternative idea is to copy the file or data, from the system which does not have any printer, to a system which has peripherals connected to it and then get your data printed.This process is tedious  and  time consuming. A network can allow the user to share their peripherals like the printers or scanners among the computers in the network.  Installing a printer in the network and share it among all users will help us to reduce the cost (both operational cost and Investment cost) and  save time.  

Communication :  

    Email : A system of exchanging written messages, pictures, Voice or music, and video through a network. 

    Teleconferencing : Any kind of multiway communication  carried out in realtime using telecommunication, computer network and equipment. 

      Video Conferencing : Allows two or more people to communicate with each other through video and voice over distance. 

      Audio Conferencing : Allow more than two people or a group to communicate with each other through voice over a distance. They can use hands free unit and sophisticated voice cancellation software to enhance the audio conference. 

      Data Conferencing : Allow two or  participants to share a workspace on their computer desktop. They can share a “white board” . Where they can draw, write import the image in real time. 

  Data conferencing is often used in conjunction with audio or video conferencing so that participants can work together.   

      VOIP : Voice over internet Protocol is a system that reduce the phone cost on a long distance call. It transmits the voice over a computernetwork rather than sending it over traditional phone line. We can use this 

technology where we have an office network of computers. This inter office type of VOIP is called pure VOIP.Where in the designation computer is identified by ip Address or User ID. 

   There is an other VOIP that allow you to call the ordinary phone this is otherwise called VOIP to POTS. Which means Voice Over Internet Protocol to Plain Old Telephone Service. 

Easier Monitoring and  Data Backup :   Since all the users are logged in to the same network, it is easier to monitor the progress work. 

   Network also enables the business data to be backed up on a shared storage device. Since the data is in centralized location backup is taken on a single computer to shared storage device. This is much easier than  going to individual PC and taking backup.  

Security and Privacy :   Since all the users are provided with an user name and a password,  all the user can enjoy privacy at the same time all their data is secure as long as they do not disclose or share their password with others. The network will allow only an authorized user to access your system and your data. This not only ensures security to your data from accidental deletion but also prevents unauthorized viewing of confidential files.  

 

 

     

 

 

 

 

 

   

   

    

   

     

 

   

     

 

  

 

Types of network   

Local Area Network :  LAN is a data communication system consisting of several devices such as computer and printer. This computer network will have computer peripherals connected to each other ina a relatively closer proximity. Ie within the same room or building. 

Wide Area Network : WAN is two or more computer or LAN conneted together across a wide geographical area. For example : a company may have its corporate headquarters  in one location and will have a manufacturing plant in other location and can also have a marketing done in another location. When the network of computers of these offices (Corporate head quarters, manufacturing plant an marketing zones ) are connected to each other and resources are shared it becomes a WAN. Sometimes two single computers connected between two different geographical location can also considered as WAN. 

Hybrid Network : Between the LAN and WAN structures  you will find hybrid networks such as Campus Area Network, Metropolitan Area Network, Intranet and Extranet, Home Area Network. 

Campus Area Network :  Will follow the same principal as that of Local Area Network , only on a large and diversified scale. With CAN different campus office and organisation can be linked together. For example a typical University setting under which there are different departments and organisations which can be linked to CAN even though they have their own LAN.  

Metropolitan Area Network : It is a large scale network that connects multiple corporate LANs together. MANs are not usually owned by a single organisation, but their communication device and equipment are usually maintained by a group of single network provider that offers its network service to corporate owners. 

Intranet and Extranet :  Much of the technology available on the internet is also available for a private network use. The company’s internal version of the internet is called Intranet.The major difference between internet and intranet is that Intranet usually limits access to employees and selected contactors having ongoing business within the company. 

  Extranet is nothing but provide partial accessibility for internal company website  or a software for a person physically located outside the company premises. You can access extranet  only if you have a valid username and password. Your identity determines which part of the extranet you can view. 

Home Area Network : It is a network contained within a users home  that connects personal digital device, multiple computer and peripheral, Television ,DVD Player, Security Camera, Appliances etc.  

Network Structures 

Client /Server network : One of the most popular type of server based network is Client/ Server network, where in an individual computer share the processing and store workload within a central server. This arrangement requires special software for the nodes and the server or a network  version of the software. 

Eg : Railway reservation system and banking softwares. 

Peer to Peer network : Is sometimes abbrevated as P2PN and sometimes called a workgroup. In this all the nodes on the network have equal relationship to all other nodes  and will save similar type of software that supports sharing of resources. They also access the shared printer or any other output devices. In Peer to Peer network each node will have access to at least some of the resources of all other nodes. Many operating systems support Peer to Peer networking. 

Network Topologies 

Topologies means “Space Study”. It is a study or a method on how the networking node can be connected to each other or to the sever, considering the space between the nodes, connectivity, cost and speed and requirements. 

Data moves through a network in a structure called packet. Packets are piece  of a message, broken down into small units by sending PC, and reassembled by receiving PC.Each different type of  network packets format the packets in a different way. Most of the packets are divided into two parts, 1) The Header and 2) The Payload. 

The header identifies the node that sent the packet and provide the address of the node which receive the packet. The Payload follows the header and  reaches the destination.  The network reads each packets header and determines where to send the data and the best way to get it to its destination. 

The header also will have a control data which helps the receiving node reassemble a message packet in a right order. 

A network topology and related technologies are important for two reasons first a correctly designed network , using more appropriate topology for the organisational needs will move the packets as efficiently as possible. 

 Secondly  network topologies play a important role  in preventing collision. Collisions is what happens when multiple nodes try to transmit the data at the same time. The packets can collide and destroy each other. 

Bus Topology 

A bus technology network uses one cable . All the nodes and peripherals are connected in a series to the cable.  A special device called a terminator is attached at the cable’s start and end points to stop network signals so that they do not bounce back through the cable. 

Advantage of this protocol is that the Usage of the cable is minimum when compared to other protocol. The disadvantage is that a loose connection or broken connection will bring down all or part of the network.  

 

 

  

Star Topology Star topology is probably the most common topology. In star network all device are connected to a hub and communicated through it. Data packets travel through the hub and are sent to the attached nodes eventually reaching the destination. Some hubs are called intelligent hubs because they are capable of monitoring the collision. The main advantage of the star network is that a broken connection will not bring down the network.However the main disadvantage in star network is that when a hub looses  its connectivity all the nodes will looses  its connectivity.  

 Ring Topology Connects the network nodes in a circular chain in which each nodes  connected to  the next node. That last node connects to the first completing ring. Each node examines the data when it travels through the ring. There is no danger of collision because only one packet of data will travel at a time. However if the ring is broken enitre  network will not be able to communicate. 

 

Mesh  Topology It is the least used network topology and the most expensive one to implement. In a mesh environment . A cable runs from every computer to every other computer. If you have four computers you should have six cables. Four coming from each computer to another computer. The greatest advantage is that if one connection goes down there are other ways to route the data to its destination.