Компьютердің жадысын басқару

МАЗМҰНЫ

Дәріс 1. Компьютердің архитектурасы

Мақсаты : ЭЕМ ұйымдастыру принциптерімен, компьютерлік техниканың даму тарихымен және ЭЕМ буындары және олардың классификациясы, есептеуіш машиналардың кластарымен танысу.

Жоспары :

• Кіріспе. ЭЕМ ұйымдастыру принциптері.
• Компьютерлік техниканың даму тарихы.
• ЭЕМ буындары және олардың классификациясы.
• Есептеуіш машиналардың кластары.

Кіріспе. Есептеу техникасының негізгі этаптары

Көпшілік мақұлдаған топтастыруды қолданып, ЕТ дамуын келесі кезеңдерге бөлуге болады:

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

2. Механикалық - XVII ғ. Ортасынан бастап;

3. Электрмеханикалық - XIX ғ. 90-шы жылдарынан бастап;

4. Электрондық - XX ғ. 40-шы жылдарынын бастап.

ЕТ-нің қол түрінің даму кезеңі есептеу үшін адам денесінің мүшелерін, бірінші кезекте саусақтарын және есептеу нәтижелерін белгілеу үшін, әр түрлі заттарды, мысалы, есептеу таяқшаларың түйіншіктерді, белгілер қоюды қолдануға негізделген.

Қолмен санау түрінің даму кезеңі:

1. Ондық пен он екілік санау жүйесіндегі саусақ есебі;
2. Колумқа дейнгі Америка халықтарының түйіншек санауы;
3. Заттарды топтастыру және бір жерден басқа жерге санап қою көмегімен санау;
4. Есепшотпен санау;
5. 17-ғасырдың басында Дж. Непердің логарифм және логарифм кестесін ойлап табуы және есептеу таяқшаларымен Дж. Непердің есептеу тақтасын ендіру.

Механикалық құралдардың даму кезені:

1. Механикалық есептеу принциптерін қолданатын есептеу құрылғылары мен аспаптарын жасау;
2. 1642 жылы Блез Паскаль ойлап тапқан он разрядты сандармен арифметикалық амалдарды механикалық түрде орындайтын машина;
3. 1673 жылы Г. В. Лейбниц алғашқы арифмометрді құрастырды;
4. 19-ғасырдың бірінші жартысында Чарльз Бэббидж әмбебап есептеуіш машина құрастыруға талаптанды.

Электрмеханикалық құралдардың даму кезеңі:

1. 1887 ж., Г. Холлерит, У. Бэббидж бен Г. Джоккардтың идеяларын қолданып, алғашқы есептеуіш-аналитикалық кешенін құрды;
2. 1941 ж., Конрад Цузе бағдарламалық басқаруы мен жадтайтын құрылғысы бар алдыңғыларға ұқсас машина жасап шығарды;
3. 1944 ж., Айкен IBM фирмасының кәсіпорнында Бэббидж жұмыстарынын көмегімен электрмеханикалық реледегі «Марк-1» аналитикалық машинисын құрастырды;
4. 1957 ж. - ССРО-да релелік есептеуіш машина жасалды. Бұл релелік ЕТ-ның ең ірі және соңғы жобасы болды.

Электрондық құралдардың даму кезеңі:

1. 1943-45 ж. АҚШ-та Моучли мен Эккерт басқарған топ электрондық шамдардың негізіндегі ең алғашқы ENIAC ЭЕМ-ін құрастырды;
2. 1945 ж. Джон фон Нейман цифрлық емептеуіш машинаның жалпы принциптерін ойлап тапты, ол қазіргі кезге дейін ДК-де қолданылады;

ЭЕМ буындары және олардың классификациясы

Компьютердің пайда болуына себепкер болған маңызды оқиғаларды қарастырайық. Біріншіден, ХІХ ғасырдың соңында математикалық физика қарқынды дамыды. Бірнеше рет есептеу жұмыстарын қайталай алатын машиналар қажеттігі туды.

Екіншіден, 1880 жылы американ ойлап тапқышы Томас Алва Эдисон электронды лампаның вакуумды баллоннына электрод енгізді және ток ағымын байқады. Ол термоэлектронды эмиссия құбылысын ашты.

Үшіншіден, 1904 жылы ағылшын физигі Джон Амброз Флеминг Эдисон ашқан жаңалығының негізінде диод жасады, кейінірек триод ойлап табылды.

Төртіншіден, ағылшын математигі Джордж Буль 1848 жылы логика ережесін сипаттады, оны Буль алгебрасы деп атады. Осыған сәйкес логикалы алгебралық элемент екі мән ғана қабылдай алады - ақиқат (0) немесе жалған (1) . Осы логикаға байланысты логикалық сызбанының конструкциясын ойлап тапты.

Бесіншіден, 1918 жылы орыс ғалымы М. А. Бонч-Бруевич және оған тәуелсіз ағылшын ғалымдары электронды реле жасады, ол 0 немесе 1 екі жағдайдың бірінде ғана бола алады және осы база негізінде триггер жасалды.

ХХ ғасырға компьютерді жасауға барлығы дайын болды.

Барлық электронды-есептеуіш техниканы буындарға бөледі. Буындардың алмасуы ЭЕМ-ның элементтік базасына тәуелді, яғни оның техникалық негізіне. ЭЕМ-ның қуаттылығы элементтік базаға тәуелді, ол ЭЕМ-ның архитектурасының өзгеруіне әкелді, қолданушы мен компьютер арасындағы қарым қатынастың өзгеруіне қарай қолдану шеңбері кеңейді.

Алғашқы ЭЕМ релелі есептегіш машиналалар болды. Реле екілік түрдегі ақпараттарды қосулы-өшірулі күйге кодтауға мүмкіндік берді. Мұндай машиналардың жұмыс процесінде мыңдаған релелер бір күйден екінші күйге ауысып отырған. Бұндай машиналар өте төмен жылдамдықпен жұмыс істеген (секундына 50 қосу немесе 20 көбейту амалы) .

ХХ ғасырдың бірінші жартысында радиотехника жылдам дами бастады және реленің орнына электронды-вакуумды лампалар пайда болып, олар бірінші буындағы есептегіш машиналардың элементтік базасы болды.

Бірінші буынның ең алғашқы машинасы ENIAC 1945 жылы құрылды. Оның конструкторлары американ оқымыстылары Дж. Моучли және Дж. Эккерт, СССР да компьютер жасаумен академик С. А. Лебедев айналысты. Оның машиналары БЭСМ-1, БЭСМ-3М, БЭСМ-4, М-220 әлемдегі ең жақсылар болып танылды (Кесте 1) .

Кесте 1. І буын компьютерлерінің сипаттамасы

1949 жылы АҚШ-да бірінші жартылай өткізгіштік прибор - транзистор жасалды, ол электронды лампаны алмастырды. Транзистор он есе аз орын алды, аз жылу бөлді, электроэнергияны аз мөлшерде қажет етті, сенімді түрде жұмыс жүрді. Транзисторлар радиотехникаға жылдам ендірілді және ЭЕМ-ның бірінші бунынан екінші буынға өтуіне себепші болды (Кесте 2) .

Кесте 2. ІІ буын компьютерлерінің сипаттамасы

ЭЕМ өндірісі жұмысы көп, әрі қымбат болды. Транзисторларды біркелі етіп жинау керек болды, оларды көп мөлшерде проводтармен жалғау, олар блоктарды және компьютердің кейбір бөліктерін түгелдей орап алатын болды. Осыған байланысты ЭЕМ күрделілігі күнен күнге арта түсті. ЭЕМ өндірісін технологиясында революцияны интегралды схема-электронды схемалардың жасалуы тудырды, мұнда транзистордағы конденсатор және резистор жартылайөткізгіштің бір кішкене бөлігінде ғана жинақталды. Интегралды схемаларды дайындау операциялары күнен күнге кемелденіп, дами түсті және нәтижесінде бір кремний пластинкада жүздеген кристалды интегралды схемаларды орналастыру мүмкіндігі туды. ЭЕМ үшінші буынына көшу кезеңі туды (Кесте 3) .

Кесте 3. ІІІ буын компьютерлерінің сипаттамасы.

Алғашқыда интегралды схемаларға ондаған транзисторларды орнатуға болды, алайда интегралды схемаларды өндіру технологиясы үнемі дамып, кемелденіп отырды, нәтижесінде ҮЛКЕН интегралды схемалар (БИС-ҮИС), ол мыңдаған, жүз мыңдаған және одан да көп транзисторлардан тұрды, және де 1Мбайт жадымен өте үлкен интегралды схемалар (СБИС-сверхбольшие инт. схем) пайда болды. Өте үлкен интегралды схемалар микропроцессорды жасауға мүкіндік тудырды, ол есптеуіш техникада келесі революцияны болдырды және ЭЕМ келесі төртінші буынына әкелді (Кесте 4) . Микропроцессор компьютердің негізгі блогы - процессордың функциясының жұмысын орындай алды. Ол оған орнатылған программамен жұмыс істеді және әртүрлі техникалық құрылғыларға қарай баптауға болды (станок, автомобиль, самолет) . Микропроцессорды енгізу-шығару құрылғысына және ішкі жадыға қоса отырып, жаңа типтегі ЭЕМ - микроЭЕМ алды. Бүгінгі күнде кең тараған ЭЕМ түрі дербес компьютерлер (ДК) .

Кесте 4. ІV буын компьютерлерінің сипаттамасы.

Дербес компьютерлер - ЭЕМ-дың төртінші буынының бір бөлігі. Бүгінгі таңда ДК пайдалану күнделікті тұрмыстық техникалар телевизор, музыкалық орталық сияқты үйреншікті затқа айналды.

ЭЕМ бесінші буыны - алыс емес болашақтың машиналары. Олардың негізі сапасы жоғары интеллектуальды деңгейде болуы керек. Егер болашақта ЭЕМ «сезім логикасымен» қаруландыра алатын болса, онда машиналар адамзат өміріндегі тірі эксперттерді алмастырады.

Сонымен қатар кейінгі кезде компьютерді байланыс құралы және тұрмыстық прибормен қосу екпінді түрде дамып келеді. Бір интегралды схемада микропроцессор және оны қоршаған орта мен программалық жабдық орналасқан жаңа жүйелер жасалатын болады.

Болашақта қалталы компьютерлер иесін соңғы жаңалықтармен таныстырып, қоңырау шалу арқылы билеттерге тапсырыс беру, салық төлеу сияқты қызметтерді атқара алатын болады.

Компьютерлердің топтасуы

Компьютерлік техниканың әр-түрлі топтасуы бар:

• даму кезеңі бойынша;
• архитектурасы бойынша;
• өнімділігі бойынша;
• пайдалану шарты бойынша;
• процессорлар саны бойынша;
• пайдаланушы қасиеттері бойынша т. б.

Компьютер кластарының арасында нақты шекара жоқ. Өндіріс технологиясы мен құрылым дамуына байланысты жаңа компьютерлер класы пайда болады, кластар арасындағы шекара сәйкесінше өзгереді.

Дәріс №1. Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. ЕТ дамуының кезеңдерін сипаттап бер.
2. ЭЕМ буындарының әрқайсысының сипаттамасы қандай?
3. ЭЕМ буындары несімен ерекшеленеді?
4. Компьютерлер қалай топтасады?

Дәріс 2. ЭЕМ мәліметтерді көрсету. ЭЕМ-ның арифметикалық негіздері

Мақсаты : Негізгі логикалық элементтермен танысу және алгебра логика негізі туралы түсініктерін қалыптастыру.

Жоспар:

• Вентильдер және Буль алгебрасы
• Буль функцияның жүзеге асырылуы
• Үрділердің баламалығы
• Интегралды үрділер
• Қиыстыру үрділері
• Арифметикалық үрділер

Вентильдер және Буль алгебрасы

Компьютерлік жүйелердің тармақталған үрдісінің ең төменінде сандың логикалық деңгей орналасқан, немесе оның аппараттык жабдықталуы. Бұл деңгейдің саласы информатика мен электротехника пәндері арқылы оқытылады. Сандық үрділерінің құрамы бірнеше жай элементтердің бірлесуімен және элементтердің түрлі комбинациялары арқылы жүзеге асырылады.

Сандық үрді деп тек екі логикалық мәні бар үрдіні айтамыз. Көбінесе 0-ден 1В-қа дейінгі сигналдар бір ғана мәнді 0-ді, ал 2-ден 5 В-қа дейінгі сигналдар екінші мәнді 1-ді көрсетеді. Вентильдер деп аталатын арнайы электронды құралдар осы екі таңбалы сигналдардың әр түрлі функцияларын есептей алады. Вентильдер барлық цифрлік компьютерлердің аппараттық жабдықталуын құрайды. Қазіргі заманғы цифрлік логика транзисторлардың бинарлы ауыстырғыш сияқты өте тез жұмыс істей алатындығына негізделген. Транзистор (1. а-сурет) сыртқы ортамен үш түрлі жолмен біріктірілуі мүмкін коллектор, база және эмиттер арқылы. Егер енгізілетін кернеу V _іп қандай да бір шекті мәннен төмен болса, транзистор сөнеді де өте үлкен қарсыласудың рөлін атқарады. Бұл шығарылатын V _оиt жақын V _сс сигналына беріледі, көбінесе +5 В. Егер V _in шекті мәннен көп болса, транзистор қосылады да V _out сигналының жерге кетуін қамтамасыз етеді. (0 В) сымның рөлін атқарады.

Сурет 1. Транзисторлық инвертор (а), ЕМЕС-ЖӘНЕ вентиль (б), ЕМЕС -НЕМЕСЕ вентиль (в)

Сурет 1. а) Егер кернеу төмен V _iп болса, V _out жоғары және керісінше болатынын атап айтқан жөн. Бұл үрді логикалық 0-ді логикалық 1-ге және керісінше логикалық 1-ді логикалық 0-ге айналдыратын инвертор деп аталады. Резистор (сынық сызық) транзистор арқылы өтетін ток шамасын шектеу үшін қажет. Бір күйден екінші күйге өту үшін бірнеше наносекунд керек.

Сурет 1. б) - суретінде транзисторлар тізбектей қосылған. Егер V ₁ және V ₂ кернеулері жоғары болса, онда екі транзистор да өткізгіш ретінде қызмет етеді де V _out мәнін төмендетеді. Егер енгізілетін кернеулердің бірінің мәні төмен болса, оған сәйкес транзистор сөнеді де шығу жолындағы кернеу жоғары болады.

Сурет 1. в) - суретінде транзисторлар параллель қосылған. Егер енгізілетін кернеулердің бірінің мәні жоғары болса, оған сәйкес транзистор қосылады да шығу жолындағы кернеуді темендетеді. Егер енгізілетін кернеулердің екеуі де төмен болса, шығу жолындағы кернеу жоғары болады.

Бұл үш үрді үш қарапайым вентильді құрайды. Олар ЕМЕС, ЕМЕС-ЖӘНЕ және ЕМЕС-НЕМЕСЕ. ЕМЕС вентилі инвертор деп аталады. Жоғары V _сс кернеуін логикалық 1 деп ал төменгі кернеуін логикалық 0 деп қарауға болады, сонда шығу көзіндегі мән ену мәндерінен тәуелді функция түрінде керсетіледі. Сурет 2. а) -б) -в) суреттерінде осы 3 типті вентильдердің белгішелері және әрбір үрді үшін функцияның өзгерісі келтірілген. Мұндағы А мен В енгізілетін сигналдар да, X - шығатын сигнал. Кестенің әрбір жолы шығатын сигналдардан түрлі мәндері үшін берілген енгізілетін сигналдарды анықтайды.

Сурет 2. Негізгі 5 вентильдердің белгішелері. Әрбір вентиль үшін функцияның өзгерісі

Егер шығатын сигналды (1. б-суретін қараңыз) инверторға берсе, ЖӘНЕ вентилі деп аталатын үрді шығады. Дәл осылай ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентилі де инвертормен байланыса алады. Үрділердегі кішкене дөңгелектер инвертирлеуші шығатындар деп аталады.

Сурет 2-дегі 5 вентильдер цифрлік логикалық деңгейдің негізін құрайды. Компьютерлерде кебінесе құрамына екі ғана транзистор кіретін ЕМЕС-ЖӘНЕ және ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентильдері қолданылады. Вентильдер екіден көп ену көздерінен тұруы мүмкін.

Буль алгебрасы

Әр түрлі вентильдердің үйлестірілуі арқылы кұрылатын үрділерді суреттеу үшін, барлық айнымалылары мен функциялары тек 0 және 1 бірлігін кабылдай алатын Буль алгебрасы қолданылады. Буль функциясының бір немесе бірнеше айнымалылары болады және ол тек осы айнымалылардың мағынасына байланысты нәтиже шығарады.

Буль функциясында п айиымалысынан тек 2 ^п мүмкін комбинациясы ғана болғандықтан, осындай функцины 2 ⁿ жолы бар кестеде толығымен сипаттауға болады. Әр бір жолда айнымалылар бірлігінің әр түрлі комбинациялары үшін функцияның мағынасы беріледі. Осындай кесте шыншылдық кестесі деп аталады. Сурет 2-де көрсетілген барлық кестелер шыншылдық кестесі болып табылады. Егер шыншылдық кестесінің жол-дарын номірлері бойынша орналастырса, онда бұл функцияны шыншылдық кестесіндегі нәтиже бағанының тік жолы бойынша салыстырғанда пайда болатын 2 ⁿ -биттік екілік санмен толықтай суреттеуге болады. Сонымен . ЕМЕС-ЖӘНЕ - бұл 1110, ЕМЕС-НЕМЕСЕ -1000, ЖӘНЕ - 0001 және НЕМЕСЕ - 0111. 16 мүмкін болатын 4-биттік тізбек сәйкес келетін 2 айнымалыдан тек 16 Буль функциялар бар екені түсінікті. Сурет 3-тің а) суретінде көпшілік функциясына арналған шыншылдық кестесі берілген. Ол егер айнымалылардың көпшілігі 0ге тең болса, онда ол 0 бірлігін, ал егер айнымалылардың көпшілігі 1-ге тең болса, онда ол 1 бірлігін қабылдайды. Бұл функция үш айнымалыға тәуелді: М =/(А, В, С) .

Сурет 3. Үш айнымалыға тәуелді көпшілік функциясы үшін шыншылдык кестесі (а), үрдісі (б)

Айнымалылар санының өсуіне байланысты шыншылдық кестесінің орнына көбінесе жазудың басқа түрі қолданылады.

Буль функциясының бірлігін айнымалылар бірлігінің қандай комбинациялары 1 беретінін белгілеп алып, кез келген Буль функциясын анықтауға болады . Сурет 3-тің а) суретінде келтірілген функция үшін Буль функциясының 1 бірлігін беретін айнымалылардың 4 комбинациясы бар. Егер кіріс айнымалыларының бірлігі инверттелінетін болса, онда оның үстінде сызық койылады. Осы сызықтың болмауы айнымалының инверттелінбейтінін білдіреді. Көбейту белгісі (түсірілуі мүмкін) ЖӘНЕ Буль функциясын белгілеуге қолданылады, ал "+" белгісі НЕМЕСЕ Буль функциясын белгілеуге қолданылады. Сурет 3-тің а) -суретіндегі кестеде функция 1 бірлігін төрт жолда кабылдайды: АВС, АВС, АВС, АВС .

Егер, осы төрт шарттың біреуі шыншыл болса, онда М функциясы 1 мәнін қабылдайды. Демек, оны былай жазуға болады:

М = АВС + АВС + АВС + АВС

Бұл - шыншылдық кестесінің шағын түрде жазылуы. Осыдан келе п айнымалыдан тәуелді функцияны максимум 2 ^п туынды сомасымен көрсетуге болады. Осындай тұжырымдау аса маңызды, өйткені ол стандартты вентильдерді қолданумен берілген функцияны тура жүзеге асыруға алып келеді.

Буль функциясы кіріс және шығыс айнымалылары, және вентильдер (мысалы: ЕМЕС, ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ) болып саналатын сигналдарды қолданатын электрондық кесте көмегімен жүзеге асырылуы мүмкін.

Буль функцияның жүзеге асырылуы

Сурет 3-тегі кез-келген Буль функциясы үшін үрдіні қалай жүзеге асыратынын керсетеді:

1. Берілген функция үшін шыншылдық кестесін құру;
2. Әрбір кіріс сигналы үшін инверсияларды туғызу үшін, инверторларды қамтамасыз ету;
3. Нәтижесі бір болатын шыншылдық кестесінің әр бір жолы үшінЖӘНЕвентилін салу;
4. ЖӘНЕ вентилін сәйкес кіріс сигналдарымен қосу;
5. шығару.

Берілген алгоритм ЖӘНЕ, ЕМЕС және НЕМЕСЕ вентильдерін пайдаланады. Бір типті вентильдерді қолданып қүру қолайлырақ болып табылады. Алдыңғы алгоритм бойынша құрылған кестелерге ЕМЕС-ЖӘНЕ - және ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентильдері арқылы оңай езгертуге болады, өйткені кез-келген Буль функциясын тек ЕМЕС-ЖӘНЕ немесе ЕМЕС-НЕМЕСЕ вентилдерін пайдалану арқылы есептеп шығаруға болады. Ешбір басқа вентильдің бұндай қасиеттері жоқ, сондықтан кесте құрғанда көбінесе вентильдің осы екі типін пайдаланады.

Үрділердің баламалығы

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс