Дербес компьютердің құрылысы және архитектурасы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Техникалық факультет
Жалпы техникалық пәндер кафедрасы

Ө з і н д і к ж ұ м ы с

Тақырыптары: ЭЕМ-нің даму тарихы, буындары
Дербес компьютердің архитектурасы

Есептеуіш техниканың даму тарихы

Есептеудің, оған пайдаланылатын аспаптар мен құрылғылардың тарихы өте
көне заманда жатыр. Есептеу құрылғылары пайда болмай тұрып, адамдар әр
түрлі есептеуді жүргізу мүмкіндіктерін іздеді. Бұл үшін олар қол
саусақтарын, тастарды, ағаш таяқшаларды пайдаланды. Олар тастарды үйіп
немесе қатарлап тізіп есептеулер жүргізді. Заттардың саны жерге сызған
сызықшалармен, ағаш таяқшаларда жасалған кертіктермен немесе жіптерге
түйілген түйншектермен есептелді.
Есептеу көлемінің күн санап артуы септеулерді қалайда бір құралдың
көмегімен жүргізуді талап етті.
Ең ерте заманғы және бәрімізге белгілі есептеу құралы есепшот болып
табылады. Есепшоттың пайда болған уақытын осы кезге дейін ешкім айта
алмайды. Деректерге қарағанда, есепшоттың жасы 2000-5000 жылдар шамасында,
ал пайда болған жері ертедегі Қытай немесе ертедегі Египет, тіпті ежелгі
Греция болуы да мүмкін. Бұл санау құралын гректер мен Батыс Еуропалықтар
абак деп, қытайлықтар суанпан, жапондықтар серобян деп атаған. Бұл
құралмен есептеулер оның шұңғыл тақтада орналасқан тастарын жылжыту арқылы
жүргізілген. Тастар піл сүйегінен, түрлі түсті әйнектерден, қола метелдан
жасалды. Есепшоттар бұл түрінде қайта өркендеу дәуіріне дейін пайдаланылып
келді. Оның өзгертілген түрі осы күнге дейін қолданылып келеді.
Есепшот Ресейде XVI-XVII ғасырларда пайда болған. XVII ғасырдың
басында шотландиялық математик Джон Непер логарифм түсінігін енгізді және
өзінің логарифм кестесін жариялады. Екі ғасыр бойы әр елдің оқымыстылары
логарифм функциясының негізінде жасалған есептеу құралын жетілдірумен
шұғылданды. Тек 1761 жылы ғана ағылшын Д.Робертсон жүгіртпесі бар
навигациялық есептеулер жүргізуге арналған логарифм сызғышын жасады. Мұндай
құрал жасау идеясын 1660 жылдары Исаак Ньютон ұсынған болатын. Соңғы кезге
дейін логарифм сызғыштары инженерлердің бірден-бір есептеуіш құралы болып
келді, бірақ электронды калькулятор соңғы кезде оларды қолданудан
ығыстырды.
1642 жылы француз математигі Блез Паскаль он тоғыз жасында дүние жүзінде
бірінші рет қосу машинасы деген атпен белгілі, жетектер мен дөңгелектерден
тұратын механикалық есептеу машинасын құрастырды.
Паскальдың машинасында көп мәнді сандарды қосу мүмкін болды. 1694
жылы атақты неміс математигі Лейбниц Паскальдің идеясын дамытып, өзінің
механикалық есептеу машинасын-арифмометрді құрастырды. Дөңгелектің орнына
мұнда цифрлар жазылған цилиндр қолданылды. Бұл құрал күрделі қосу мен алу
есептеулерін жүргізумен қатар, сандарды бөлу, көбейту, тіпті квадрат
түбірін табу амалдарын да орындайтын болды. Кейін арифмометр бірнеше рет
жетілдірілді. Бұл бағытта орыс өнертапқыштары П.Л.Чебышев пен В.Т.Однер көп
еңбек етті. Арифмометр қазір әр оқушының қолында жүретін калькулятордың
негізін салды. Арифмометр мен қарапайым калькулятор есептеу жұмыстарын
механикаландыру құралдарының қызметін атқарады, бұларда есептеуде адамның
өзі әрекеттер тізбегін анықтап басқарады.
Есептеуіш техникаларының қарқындап дамуы XIX ғасырдан басталды.
Есептеуіш техниканың дамуындағы келесі қадам алдын ала жасалған бағдарлама
бойынша адамның қатысуынсыз есептеулер орындайтын құрылғылар жасау болды.
Мұндпй алғашқы есептеуіш автоматтың авторы ағылшын оқымыстысы Чарлз
Бэббидж еді, сондықтан көптеген адамдар оны қазіргі компьютердің атасы деп
атайды.
1833 жылы ол бағдарлама арқылы басқарылатын Аналитикалық машина
жобасын жасады. Бұл машина қазіргі компьютерлерде бар барлық негізгі
құраушылар: бастапқы сандар мен аралық нәтижелерді сақтауға арналған жад,
жадтан алынған сандармен амалдар орындайтын арифметикалық құрылғы, берілген
бағдарлама бойынша есептеу барысын қадағалап отыратын басқару құрылғысы,
деректерді енгізу мен оларды басып шығару құрылғылары болды. Бэббидждің
идеясы өз уақытынан озық еді. Оның машина өте күрделі құрылғы болғандықтан,
ол кездегі техникалық мүмкіндік мұны жүзеге асыра алмады. Басқару
бағдарламасы перфокарта деп аталған қатырма қағаздарға тесіктердің
көмегімен кодталды. Дүние жүзі бойынша алғашқы 1846 жылы Бэббидж
машинасына бағдарлама жазған Ада Лавлейс бірінші бағдарламалаушы деп
саналады.
XIX ғасырдың соңында американдық Герман Холлерит есепші-перфорациялық
машина құрастырды. Перфокарталар бағдарламаны көрсету үшін емес, сандық
ақпараттарды сақтау үшін қолданылды.
Есепші-перфорациялық машиналар перфорациялауды, сұрыптауды, қосуды
және сандық кестелерді басылымға шығаруды орындайды. Ол 1880 жылы АҚШ-та
жүргізілген халық санағының құжаттарын өңдеуге пайдаланылды. Өз машинасының
көмегімен Холлерит көп адамдар жеті жыл бойы есептейтін есептеулерді үш
жылда орындап шықты.
Холлерит есепші-перфорациялық машиналарды жасап шығаратын фирманың
негізін қалады, кейін ол дүние жүзіне әйгілі компьютер шығаратын IBM
ирмасына айналды.
Біздің ғасырдың 30-жылдары релелік автоматика кеңінен дамыды. Электр
механикалық реле – екі қосылған және ажыратылған (өшірілген) позициялары
бар ауыстырып қосқыш. Оның бұл қасиеті ақпататты кодтауда екілік кодты
пайдалануға мүмкіндік береді.
1944 жылы американ математигі Говард Айкен Гарвард университетінде
бағдарламамен басқарылатын, релелік және механикалық элементтерге
негізделген Марк-1 автоматты есептеуіш машинасын құрастырды.

ЭЕМ-нің даму тарихы

XX ғасырдың 1-жартысында радиотехника қарқындап дамыды.
Радиоқабылдағыштар мен радио арқылы хабар беретін құралдардың негізгі
элементі – электронды-вакуумды шамдар(лампалар) болды. Электрондық шамдар
алғашқы электрондық есептеуіш машиналардың техникалық негізі болды. Бірінші
электрондық есептеуіш машина 1946 жылы АҚШ-тың Пенсильван университетінде
жасалды, оны ЕNIAC деп атады.
ЕNIAC-тың конструкторлары – Дж. Моучли мен Дж. Эккерт. Ол соншалықты
үлкен болғандықтан, оны әуелі орнынан қозғау мүмкін емес еді. ЕNIAC-тың
салмағы 30 т және оның 18000 электрондық шамдары болды, ол бір секундта
5000 қосу, азайту амалдарын, 300 көбейту амалын орындай алды. Жұмыс кезінде
тез қызатын болғандықтан, ол арнайы суытуды талап етті. Релелік
машиналарға қарағанда, оның амал орындау жылдамдығы мың есе жоғары болды.
1946 жылы американ математигі Джон Фон Нейман өз мақаласында ЭЕМ-нің
жұмысы мен құрылымының принциптерін баяндады. ЭЕМ жұмысының басты принципі-
жадта сақталатын бағдарлама принципі, онда бағдарламалар мен мәліметтер
машинаның жалпы жадына орналастырылады. Мақалада баяндалған идеялар Джон
Фон Нейманның ЭЕМ архитектурасы деп аталды, бұл идея негізінде 1949 жылы
EDSAC машинасы құрастырылды.
Алғашқы ЭЕМ-дер тек бір данадан ғана болды. Дамыған елдерде ЭЕМ-нің
сериялық шығарылуы 1950 жылдардан басталды.
Бұрынғы Кеңестер Одағында бірінші ЭЕМ 1947-1948 жылдары академик
Сергей Алексеевич Лебедевтің басшылығымен жасалды, оны МЭСМ (Малая
Электронная Счетная Машина) деп атады. 1951 жылы ол ресми түрде пайдалануға
енгізіліп, бұл машинада әр түрлі есептеулер жүргізіле бастады. Ол секундына
50 амал орындайтын болған, ал жедел жады (оперативті жад) электрондық
шамдардағы 100 ұяшықтан тұрды.
1952-1953 жылдары оның жетілдірілген түрі БЭСМ (Большая Электронная
Счетная машина) пайдалануға енгізілді, ол секундына 10000 амал орындайтын
еді.
Жедел жад алдымен электронды-акустикалық линияларда, содан соң
электронды-сәулелік түтікте, ал кейінірек фериттік өзекшеде жинақталды.
Сыртқы жады екі магниттік барабанда және магниттік таспаларда болды.
1960 жылдан бастап бұрыңғы Кеңестер Одағында екінші буындағыЭЕМ-дер
шығарыла бастады. Олар: М-220, БЭСМ-3, БЭСМ-4, Урал-11, Урал-13, Урал-
16, Минск-22, Минск-32 және т.б.

ЭЕМ буындары

ЭЕМ-нің даму тарихы бірнеше буындарға бөлінеді. Буындардың ауысуы
электрондық техникалардың дамуымен, ЭЕМ-дың элементтік базасының ауысуымен
байланысты.
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.
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. Сол кездерде жоғары деңгейдегі бағдарламалау
тілдері: Фортран, Алгол, Кобол қолданыла бастады. 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. Сонан кейін,
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
секундын 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.
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.
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.
Қазіргі кезде көптеген елдерде бесінші буындағы ЭЕМ-ді жасау ісі
қолға алынуда. Бұл машиналар кәдімгі адам сөйлейтін тілге жуық тілді
түсінетін, яғни жасанды интелект ЭЕМ-дері болуы керек. Бұл идея
толығымен іске асқанда, ЭЕМ-ге кәдімгі сөзбен мәселені түсіндіріп
айтасыңдар, ал компьютер өзі бағдарламаны құрып, мәселені(есепті) шешетін
болады.

Дербес компьютердің құрылысы

Бүгінгі күні дербес компьютерлер(ДК) көпшілік арасына кең тарады.
Дербес компьютерлердің осылай аталу себебі – ол бір-ақ адам жұмыс істеуге
арналған. ДК-дің түрлері өте көп, бірақ олардың ұқсастық та бар.
Кез келген ДК бірнеше құрылғылардан (блоктардан) тұрады. Бұл
құрылғылардың кейбірі өте маңызды – бұлар монитор, жүйелік блок пен
пернетақта, өйткені компьютер оларсыз жұмыс істей алмайды.Басқа құрылғылар
да пайдалы міндеттер атқарады, бірақ компьютер оларсыз да жұмыс істей
алады.
Компьютердің барлық құрылғылары оның артқы тақтасындағы арнайы ажыратып-
қосқыштар арқылы байланыстырғыш арқылы байланыстырғыш баулармен (шнур)
өзара жалғастырылады.

Компьютердің негізгі құрылғыларының блок-схемасы
ДК-дің процессоры мен жедел жадынан басқалары оның сыртқы құрылғылары
болып табылады. Олар: монитор, пернетақта, принтер, маус, модем т.б.Әрбір
сыртқы құрылғы компьютердің процессорымен арнайы блоктар-адаптер немесе
контроллер арқылы жалғасады. Мысалы, монитор процессор мен дисплей
контроллері, ал принтер порттар контроллері арқылы т.с.с. жалғасады.
Контроллер немесе адаптер міндеті – процессордан келіп түскен
ақпаратты құрылғылардың жұмысын басқаратын сәйкес сигналдарға айналдыру.
Процессор басқа құрылғылармен көптеген сымдардан тұратын кабель арқылы
жалғастырылады, оны кеңарна (магистраль) немесе шина деп атайды.

Жүйелік блок

Жүйелік блок ДК-дің негізгі құрылғылары жинақталған, олар деректерді
өңдеуді, электр тогының қосылуын, қосымша құралғыларды қосуды қамтамасыз
етеді.Жүйелік блоктың алдыңғы тақтасында: компьютерді қосуөшіру батырмасы,
дискжетек, компакт-дискіден оқитын СD-ROM орналастырылған. Кейбір жүйелік
блоктың конструкцияларында компьютерді қайта жүктеу батырмасы болады.
Жүйелік блоктар келесі түрлерде: үстелге қоятын, еденденемесе
мұнара түрінде шығарылады. Мұнараға ұқсас жүйелік блок өз кезегінде
бірнеше түрде болады, олар: мини-оны үстелдің шетіне, миди-оны жеке үстел
үстіне орналастырады, мұнара-оны еденге қояды.
Жүйелік блоктың ішінде аналық тақша, процессор, қоректендіру блогы,
жедел жад, қатқыл диск, дискжетек, СD-ROM, бейнетақша, дыбыс тақшасы мен
көптеген басқа құрылғылар бар.
Компьютердің артқы тақтасында кіру негізгі (монитордың, пернетақтаның, маус
порттарын) және қосымша құрылғыларды (принтердің, модемнің, сканердің,
микрофонның порттарын) қосатын порттардың ажыратып-қосқыштары бар.
Процессор

Процессор-компьютердің ең басты бөлігі. Ол компьютеродің миы. Ол
бүкіл компьютердің жұмысын басқарады және бағдарламалардағы барлық
командаларды орындайды.
Бұл құрылғы командаларды таниды, оларды орындайды және өз жұмысының
нәтижелерін шығарып береді немесе оны машинаның жадына жазады, тіпті екеуін
де қатар орындай алады. Компьютердің кез келген жұмысы болса да,
процессордың қатсуымен орындалады. Іс жүзінде компьютердің орындайтын
жұмысының бәрін оның бас микросхемасы-микропроцессор атқарады. Қазіргі
кезде ең көп тараған процессор Пентиум деп аталады. Компьютерлердің
негізгі сипаттамасының бірі-оның жылдам әрекеттілігі, ол мегагерцпен
өлшенетін жиілікке байланысты. Жиілік жоғарылаған сайын, компьютер де
жақсырақ болады. Процессор жадпен бірге жұмыс істейді. Жад микросхемасынан
процессор өзіне қажетті ақпаратты алады және өз жұмысының нәтижесін
қайтадан жадқа жібереді.

Жедел жад
Жедел жад-бұл компьютердің ішкі жады. Жедел жад немесе оперативті
жадтайтын құрылғы (ОЖҚ)-ол қажет ақпаратты өзіне желдам жазуға және одан
оқуға мүмкіндік береді. Бірақ онда ақпараттар уақытша сақталады, яғни
компьютерді өшіргенше. Егер компьютерді өшірсе, онда жедел жадтағы барлық
ақпарат жойылады. Жедел жадта қазіргі кезде орындалып жатқан барлық
бағдарламалар болады.
Компьютердің ішкі жадының екі түрі бар: тұрақты жадтайтын құрылғы ТЖҚ-
бұл компьютердің ішкі жады, ол компьютердің ішіне, құрастырушы фирмада
орнатылады. Компьютерді іске қосқанда, алдымен ақпарат ТЖҚ-дан алынады, ал
содан соң компьютерге орнатылған орерациялық жүйе іске қосылады.
Жедел жадтайтын құрылғы ЖЖҚ-ақпараттарды уақытша сақтауға арналған
жад. Компьютердің жедел жадының көлемі шекті, сондықтан ЖЖҚ-дан
ақпараттарды сыртқы жадқа(дискіге) көшіріп алу керек.

ТЖҚ (ПЗУ): тұрақты жадтайтын құрылғыЖЖҚ (ОЗУ): жедел жадтайтын құрылғы
Ақпаратты тұрақты сақтауға арналған Ақпаратты уақытша сақтауға арналған
жад. жад
Компьютерді өшіргенде, ТЖҚ-дағы Компьютерді өшіргенде, ЖЖҚ-дағы
ақпарат бұзылмайды. ақпарат бұзылады.
Мұнда сақталған командаларды тек Мұнда жазылған командаларды оқуға да
оқиды, бірақ жаңа ақпарат жазуға әрі жаңа командалар, ақпарат жазуға
болмайды. болады.

Жедел жадтың негізгі сипаттамасы-оның сыйымдылығы мен жылдам
әрекеттілігі. Процессор мен ЖЖҚ-ЭЕМ-ның негізгі құрылғылары. Компьютер
жұмыс істеу үшін, бұлардың өзі-ақ жеткілікті.
Енгізу-шығару құрылғылары-бұл құрылғылардың көмегімен компьютерге
өңделетін ақпарат енгізіледі, сондай-ақ машинадан оның жұмысының аралық
және ақырғы нәтижелерді адам түсінетін түрде шығарылады.
Енгізу құрылғаларына: пеннетақта, маус, джойстик, өлшеу аспаптары,
жарық түсіретін қалам, скарһнер жатады.
Шығару құрылғыларына: принтер, дисплей мен график алғыш жатады.

Монитор

Дисплей-компьютердің экранына ақпаратты шығаратын құралғы. Сытқы
пішіні бойынша кәдімгі түрлі түсті теледидардан аумайды, сондықтан оны жиі
телевизиялық техникадағыдай Монитор деп атайды.
Дисплей символдық болса, эранда тек мәтіндік ақпарат, ал графикалық
болса, эранда символдық ақпараттардан басқа әр түрлі графиктер мен суреттер
шығаруға болады.
Монитордың экранындағы кез келген көрініс түрлі түсті ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.