ЭЕМ негізгі блогтары

Жоспар

1. Есептеуіш техниканың даму тарихы
2. Аппараттық жабдықтар
3. ЭЕМ негізгі блогтары
4. Графиктік адаптерлер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Тарау. Есептеуіш техниканың даму тарихы

1. Есептеуіш техниканың даму тарихы,қазіргі заманғы компьтерлердің даму кезеңдері.

Көпшілік мақұлдаған топтастыруды қолданып, есептеуіш техниканың дамуын келесі кезеңдерге бөлуге болады:

1. Қол – б.э. дейінгі елуінші мыңжылдықтан бастап;

2. Механикалық – XVII ғасырдың  ортасынан бастап;

3. Электромеханикалық –  XIX ғасырдың 90-шы жылдарынан бастап;

4. Электрондық – XX ғасырдың 40-шы жылдарынан бастап.

Адам баласы есептеу үшін саусақтарын қолданудан бастап көптеген есептеу әдістерімен қатар көмекші құралдарды қолдануды талап еткен . Сондықтан да көптеген есептегіш құралдар ойлап табылды . Шотландия математигі Джон Непер көп таңбалы сандарды бір таңбалы сандарға көбейту амалын орындайтын есептеу құралын ойлап тапқан . Осы құрал " Непер таяқшасы " деп аталады. Сонымен қатар есептеу машинасын жасау идеясы кезінде атақты неміс ғалымы Г. В. Лейбницті қатты толғандырады . Ол 1670 жылы арифметикалық құралдың алғашқы эскизін жасады. Лейбництің арифметикалық машинасы арифметикалық төрт амалды орындайтны дүние жүзіндегі бірінші болып саналады . 1874 жылы орыс инженері В. Т. Однер арифмометр ойлап тапқан . Академик П. Л. Чебышев 1878 жылы сандарды автоматты түрде қосуға арналған " қосушы " машина ойлап құрастырды . Чарлз Бэббидж 1823 ж санақ машинасын ойлап тапқаны үшін Астрономиялық қоғам оған Алтын медаль берді. Ада Августа Лавлейс математикаға деген талпыныс ӛте ерте оянды. Чарлз Бэббидж оның жұмыс істеу қабілеттерін жоғары бағалады. Ада Августа Лавлейсті тұңғыш программист деп атауға болады, ӛйткені оның кейбір терминдерін қазіргі программистер әлі күнге дейін қолданады.

Алғашқы ЭЕМ-ң құрылуы  мен шығуы информатиканың ғылым  ретінде даму тарихына жол ашты, мұндай байламның бірнеше себебі бар. Біріншіден, «Информатика» термині  есептеу техникасының дамуымен тығыз  байланысты, және алғашында есептеулер туралы ғылым ретінде түсінілді. Екіншіден, информатиканың жеке ғылым  болып бөлініп шығуына есептеу  техникасындағы өңделетін және сақталатын ақпараттардың ортақ көрсетім пішімдері  сияқты маңызды қасиеті әсер етті. Барлық ақпараттар түріне тәуелсіз бір  жүйеде, яғни екілік пішімде сақталатыны  және өңделетіні есептеу техникасының информатиканың ғылым болып қалыптасуында  белсенді рөл атқаруына себепші  болды.

Қазіргі заманда информатика  кешенді ғылыми – техникалық ғылым. Информатика деген аталымға есептеу  техникасын құру және жасау мәселелерін, оны пайдалану заңдылықтарын, ғылыми ақпараттың құрылымы мен қасиеттерін, оны алу, өңдеу,                   жеткізу және адам өмірінің барлық салаларында қолдану заңдылықтарын зерттейтін пәндер кіреді. Олар – есептеу техникасы мен жүйелерінің архитектурасы, аппараттық және программалық жасақтамалар, алгоритмдеу және программалау, жасанды интеллект, есептеу тораптары мен желілері және т.с.с.

1.2 Информатиканың дамуындағы есептеу техникасы

Информатиканың дамуында есептеу техникасы маңызды роль атқарады. Информатиканың CCРО ғасырдың ортасында ғылыми бағыт ретінде пайда болуы ақпаратты сақтауға және түрлендіруге бағытталған ЭЕМ-дің шығуымен тығыз байланысты. ЭЕМ пайда болуы, олардың өте тез дамуымен адам өміріне кеңінен ене бастауы жаңа “есептеу техникасы” деп аталатын ғылыми — техникалық бағыттың қалыптасуына әкелді. Есептеу техникасының түрлеріне:

- электрондық есептеуіш  машиналар (ЭЕМ-дер );

- есептеу жүйелері;

- есептеу желілері

жатады. Есептеу техникасы  мамандары есептеу машиналарының  жаңа құрылымдарын және жұмыс істеу  принциптерін құрастырады, олардың  элементарлық базасының сапасын  жақсартады және түрлендіреді, компьютерлік желілер құрады және т.б. Мұндай мамандардың  қызметі информатика және программалаумен  тығыз байланысты.

Есептеу техникасы мен  оның мамандары үшін теоретикалық информатиканың негізгі есептері ірге болып табылады, ол программалық жабдық құрушы программалаушыларсыз ешқандай ЭЕМ жұмыс істемейді. Сондықтан  қолданбалы информатика бөлімінде  есептеу құралдарын зерттеу маңызды  мәселе болып табылады.

ЭЕМ ұғымына дәл анықтама беру күрделі сұрақ, себебі:

-  электрондық ұғымы  алғашқы элементтік базасы “электрондық”  шамнан шыққан, ал қазір онда  оларды “микроэлектрондық” деп  атау керек;

-  “есептеу” ұғымы  алғашқы машиналардың басым көпшілігі  шынымен де есептеу амалдарын  орындауға негізделгендіктен болар,  алайда қазіргі ЭЕМ есептеу   үрдістеріне барлығы 10-15% қана  уақыт жұмсайды, басым көпшілік  операциялар мәліметтерді тасымалдау, салыстыру, енгізу — шығару, т.с.с.  болып табылады.

Сондықтан ЭЕМ-ді анықтауды  оның функционалдық қызмет тұрғысынан қарастырумен байланыстырған жөн, яғни пайдаланушыға қажеттілігі тұрғысынан:

- ЭЕМ құрамына кіретін  минималдық құрылғылар жиынтығын,  яғни оның минималдық құрамын  (негізгі бөліктерін) анықтау;

- ЭЕМ әртүрлі құрылымдық  бөліктерінің жұмыс істеу принциптерін  және олардың арасындағы байланыстардың  құрылысын анықтау;

“Архитектура” ұғымы негізінен  қала құрылысында қолданады. Кез  келген қала күрделі құрылым болғандықтан, белгілі бір тәртіппен орналасқан аудандар, алаңдар, көшелер, үйлер т.с.с. тұрады. Тұрғындарды көбінесе әрбір  үйдің сыртқы көрінісі және қандай шикізаттан жасалғаны аз қызықтырады, оларға үйдің қай ауданда, көшеде орналасқаны, қандай транспорт түрімен  және неғұрлым қысқа жолмен жетуге болатыны қажет.

1.3 ЭЕМ-нің даму тарихының негізгі буындары

ЭЕМ-нің даму тарихы бірнеше  буындарға бөлінеді. Буындардың ауысуы электрондық техникалардың дамуымен, ЭЕМ-дың элементтік базасының ауысуымен  байланысты. Жалпы, компьютерді буынға бөлу шарты, ол негізінен компьютерлердің  элеменнтер базасының өзгеруіне, өзінің құрамына кіретін құрылғылардың  түрлері мен қасиеттерінің өзгеруі-не және компьютерлер арқылы шығарылатын  есептердің жаңа (сандық емес) топтарының пайда болуына тәуелді.

 Оларда электрондық  шамдар пайдаланылған ЕNIAC және  барлық басқа ЭЕМ-дер - ЭЕМ-нің  бірінші буынына жатады(1940-1955 жылдар). Оларды қазіргі ЭЕМ-нің аталары(немесе  орысша-әжелері) деп атауға болады. Егер Бэббидж машинасын еске  алсақ, оны ЭЕМ-нің арғы атасы  деуге болады.

 Бірінші буындағы машиналар бірнеше жүздеген шаршы метр орын алатын және мыңдаған электрондық шамдары бар алып құрылғылар еді. Оларға бағдарламалар мен мәліметтерді енгізу үшін, перфоленталар мен перфокарталар пайдаланылды. Бұл машиналар үшін бағдарламалар машиналық командалар тілінде құрылды, сондықтан сол кездерде кез келген адамдарға онда бағдарламалау мүмкін болмады. Ең жылдам машиналардың есептеу жылдамдығы секундына 20000 операция болды. 1959 жылға шейін шығарылған электронды дампалық машиналар, жылдамдықта-ры ондаған мың а/с., разрядтылығы 31 – 34 бит, жедел жадыларының көлемі 1 – 4 кб, амалдардың жұмыс ырғағы қатал тізбекті, яғни, келесі орындалатын амал ағымдағы амалдың орындалуы толық біткеннен соң ғана басталады, енгізу/шығару амалдары орындалып тұрғанда орталық процессор тоқтап тұрады. Программа негізінен машиналық тілде қолмен жазылып орындалады. Жұмыс істеу режімі ашық болды, яғни, әрбір программалаушы басқару тетігінде өзі отырып программасын енгізіп жұмыс істетті. Негізінен сандық шамалармен байланысты есептер шығарылады, символдық шамаларды пайдалану жоқ болды. Стандартты программалар жасала бастады.

1955жылдан бастап келесі, екінші буындағы ЭЕМ-дер пайда  бола бастады. Оларда электрондық  шамдардың орнына жартылай өткізгіштер-транзисторлар  пайдаланылды.

 Сонымен, ЭЕМ-нің көлемі  бірнеше есе кішірейді, пайдаланылатын  электр қуаты да азайды, сонымен  қатар олардың жылдамдығы секундына  бірнеше мыңдаған операцияларға  жетті. Бағдарламаларды құру машинаның  моделінен тәуелсіз бола бастады. 

 Біраз уақыттан кейін  электрондық өндіріс орындары  интегралды схемалар жасай бастады.  Интегралды схема – бұл шағын  жартылай өткізгіш кристалдар, оларда  бірнеше жүздеген, тіпті мыңдаған  транзисторлар бар. 

Екінші  буындағы машиналар  бірнеше жүздеген мың транзисторлардан тұратын жартылай өткізгіш кристалл – үлкен интегралдық схема (ҮИС) пайда болды. Интегралдық схема негізінде құрастырылған ЭЕМ-дер – бұл үшінші буындағы ЭЕМ-дер. Бұл машиналардың жады үлкен, ал орындау жылдамдығы секундына бірнеше миллион операцияға жетті. Магниттік таспаларда жинақтаушыларға қарағанда әлдеқайда жылдам жұмыс жасайтын және ақпараттың шексіз өлшерін сақтауға қабілетті сыртқы есте сақтау құрылғыларының жаңа түрі – магниттік дискілер пайда болды. 1968 жылға шейін шығарылды. Олар транзисторлық компьютерлер, жылдамдықтары жүздеген мың а/с., разрядтылығы 31 – 48 бит, жедел жадыларының көлемі - 8 – 128 кб. Процессордың жұмысын үзу және оны өңдеу жүйесі пайда болды (ол негізінен енгізу/шығару амалдарын орындау кезінде іске қосыла-ды). Алгоритмдік тілдерден машиналық тілге автоматты аударатын программалар – трансляторлар шықты, яғни, программа құру үшін деңгейлері жоғары программалау тілдері (Fortran. Algol. Cobol және басқалар) қолданылды, стандартты программалардың қоры үлкейді. Жабық жұмыс істеу режімі қолданылды, яғни, программалаушы тікелей машинамен жұмыс істемейтін болды, ол өзінің жоғары деңгейдегі программалау тілінде жазылған программасын ары қарай машинадан өткізетін қызмет көрсететін топқа тапсырды. Программалардың жұмыс істеуін бақылау және басқару үшін алғашқы мониторлық жүйелер пайда болды. Олардың өзінің тапсырмаларды басқару тілдері болған. Индексті арифметиканың шығуы, тікелей емес адрестеуді және динамикалық жадыны қолдану, символдық шамалармен жұмыс істеу мүмкіншілігінің пайда болуы осы буынның құрылымдық ерекшклігін айқындады.

 Компьютердің үшінші буыны - 1970 жылдан бастап интегралды микросхемалар арқылы жасалынған компьютерлер мен компьютерлер кешені, жылдамдықтары миллиондаған а/с., разрядтылығы 32 – 64 бит, жедел жадыларының көлемі 64 – 1024 кб. Дамыған түзу жүйесі бар, енгізу/шығару амалдарының орындалуы орталық процессордың жұмысымен параллель жүргізетін қосымша процессорлар (арналар) қолданылады. Бұрын программалар атқаратын көп жұмыстар, соның ішінде үзуді ұйымдастырумен өңдетулер аппарат арқылы жүзеге асатын болды. Компьютерлердің сыртқы ортаны қабылдай және оған әсер ете алатын сенсорлық қондырымдары пайда бола бастады. Осылар компьютерді алдын ала енгізілген деректерді детерминді (бірмәнді) өңдейтін құрылғыдан сыртқы ортада туатын жағдайға қарай жұмыс істей алатын зерделі құрылғыларға айналдырылды. Жедел жадыны қорғау және динамикалық бөлу іске асты. Көптеген жоғары деңгейлі, солардың ішінде символдық есептерге (SNOBOL. LISP. REFAL сияқтылар) және логикалық есептерге (Prolog. Miranda сияқтылар) бағытталған программалау тілдері қолданылды, символдық есептер мен логикалық есептер үлесі көбейді. Программалардың жұмысын бастан аяқ басқаратын (сыртқы және ішкі ортадағы жағдайларға мақ-сатты жауап бере алатын) дамыған операциялық жүйелер жұмыс істеді. Осы буынның негізгі ерекшелік программалары төменнен жоғары қарай ұйқас болатындай мүмкіншіліктері өспелі компьтерлердің бірнеше модельдерінен тұратын машиналар кешенінің пайда болуы (мысалы, со-циялистік елдерде ЕС ЭВМ 1020 – 1050, ал АҚШ – та IBM 360 – 370 сияқты компьютерлердің бірыңғай жүйелері). Бұл компьютерлер арқылы жедел жадыны немесе сыртқы құрылғылардың өрісін ортақ етуге болатын есептеу жүйелерін жасауға мүмкіншілік туды. Бір уақытты бірнеше программа істей алатындай етіп орталық процессордың уақытын бөлшектейтін мультипрограмдық режім іске асырылды. Сонымен қатар, нақты уақыт масштабында жұ-мыс істей алатын программалар пайда бола бастады. Олар технологиялық процесстерді, ұшатын аппараттардың және басқа күрделі құрылғылардың жұмыстарын басқаруға мүмкіндік берді.

 Үшінші буындағы ЭЕМ-дер  бір машинада бірнеше бағдарламаларды  қатар орындау мүмкіндігін берді.  Мұндай режім мультибағдарламалық  режім деп аталады. Осы кездерде  деректер базасы, өндірісті басқарудың  автоматтандырылған жүйелері жасалып,  ЭЕМ-дер халық шаруашылығында  кеңінен қолданыла бастады. 

1971 жылы АҚШ-тың «Интел»  фирмасы компьютердің негізгі  блогы – процессордың жұмысын  орындауға қабілетті өте үлкен  интегралдық схеманы – алғашқы  микропроцессорды жасады. Микропроцессордың  жасалуы – бұл информатикадағы  революция болды. Осының нәтижесінде  үстелдеріңде кішкене ғана ЭЕМ  тұр, ол дербес компьютер ДК  – деп аталады. 

 Қазіргі кездегі ЭЕМ-дер – бұл төртінші буындағы ЭЕМ-дер. Олар 70-жылдардан бастап өндіріске енді. Бұл ЭЕМ өзінің жадының көлемі мен есептеу жылдамдығы бойынша бірінші буындағы ондаған ЕNIAC типті ЭЕМ-дерге тең. 1975 жылдан бастап үлкен немесе өте үлкен интегралды микросхемалар арқылы жасалынған көппроцессорлы суперкомпьютерлер мен микрокомпьютерлер (кейін оларды дербес компьютерлер деп атап кетті). Суперкомпьютерлердің жылдамдықтары жүз миллионға шейін (мысалы, Cray – 1 суперкомпьютері-нің жылдамдығы 100 млн а/с). Жалпы осы буындағы ком-пьютерлер арқылы байланыс әдістері одан әрі дамып теле-фон, телеграф желілеріне қосылып компьютерлік глобальді(мысалы Интернет), корпоративтік және локальді желілер құрылды, өте үлкен деректер архиві жиналды, деректердің визуалды (бейнелік) түрдегі берілуі және өңделуі дамыды, нақты уақыт масштабында жұмыс істей алатын жүйелер кеңінен жүзеге асты.

1980 жылдан бастап АҚШ-тың  IBM фирмасы дербес компьтерлер  шығару бойынша дүниежүзілік  нарықта жетекші фрима болып  саналады. Ал 90-жылдардың басынан  бастап Apple Corporation фирмасының Macintosh маркалы  компьютері көпшілікке таныла  бастады. Қазақстан Республикасының  Ұлттық радищэлектроника және  байланыс орталығы Германияның  Siemens фирмасымен бірлесіп, мектептерге  арналған дербес компьютерлерді  шығару ісін жолға қойды.

 Біз ЭЕМ-нің төрт  буынын қысқаша қарастырдық. Олардың  бір-бірінен айырмашылықтары көп,  бірақ барлығының бірдей бір  кемшілігі бар. Олармен жұмыс істеу үшін, арнайы тілді қолдану керек, әйтпесе олар бізді түсінбейді. Бұл үшін біз оны білгілі бір бағдарламалау тілінде жазуымыз керек.

 Компьютердің бесінші буыны – 1980 жылы Жапония жариялаған 5 жылдық жобадан басталады, онда компьютерлік тілдің машиналық тілі ретінде логикалық программалау тілі PROLOG – ты аппаратты түрде жүзеге асырып, жасанды зерде (интеллект) жүйесін құру көзделді. Бұл жоба нәтижелі аяқталды, қазір өзінің жасанды зердесі бар, яғни, белгілі есептің берілгені бойынша оның шешуін табатын тұжырымдарды жасап және оны дәлелдей алатын, белгілі тақырыпқа өлең немесе музыка шығара алатын және тағы сол сияқты интеллектуалды жұмыстарды өздігінен жасай алатын компьютерлер бар. Бірақ олар кең тарамаған, себебі олардың бағасы өте қымбат және олармен жұмыс істеу аса біліктілікті талап етеді. Бұл машиналар кәдімгі адам сөйлейтін тілге жуық тілді түсінетін, яғни «жасанды интелект» ЭЕМ-дер. ЭЕМ-ге кәдімгі сөзбен мәселені түсіндіріп айтасыңдар, ал компьютер өзі бағдарламаны құрып, мәселені(есепті) шешеді.