Негізгі жады - ақпараттарды сақтау құрылғысы
Кіріспе.
Мақсаты: ЭЕМ-нің даму тарихымен оны құрылуының негізгі принциптеріне шолу.
ЭЕМ-нің қоғам өміріндегі рөлін тану. ЭЕМ-ді қолдану аумақтары. Дербес
компьютермен, оның негізгі құрылғыларымен, және олардың қызметін бақылау.
ЭЕМ мүмкіндіктерін білу. Компьютердің ішкі және сыртқы құрылғыларын танып
білу. Компьютердің негізгі құрылғылары – процессормен, ЖЖҚ-мен, ТЖҚ-мен,
енгізу-шығару құрылғыларына жалпы шолу жасау. ДК-нің негізгі шығару
құрылғысы – монитормен, пернетақтаның арналуы және таратылуын зерттеу. Әр
түрлі алфавитті-цифрлық ақпаратты енгізуді көру, пернетақтамен жұмыс істеу
әдістерімен танысу. Ақпаратты жазу мен оқу, иілгіш және компакт-дискілер
сияқты ақпарат тасуыштарды бақылау. Дискжетек пен CD-ROM жұмыстарын білу.
Өзектілігі: Қазіргі заманда технологияның дамуына байланысты дербес
компьютер құрылғыларынының қызметін, мүмкіндіктерін білуі үшін компьютердің
сыртқы және ішкі құрылғылары туралы жалпы мағлұмат. Мектепте оқушылардың
қызығушылығын арттыру, технологиялардың қарқынды дамуына сай дербес
компьютер құрылғылары жайлы білуі тиіс.
Компьютер сөзі ағылшын тілінен аударғанда есептеуіш, яғни
есептеуге арналған құрылғы дегенді білдіреді. Компьютерлер есептеу
операцияларының күрделі қатарларын адамның қатысуынсыз, алдын ала
көрсетілген нұсқаулық – бағдарлама бойынша жүргізуге мүмкіндік береді.
Есептеуіш техниканың қазіргі тарихының негізгі 1943 жылы Марк-І
машинасының дүниеге келуінен бастап қаланды. Компьютерлердің алдыңғы
буындары шамдық есептеуіш машиналар болатын, олардың орнын транзисторлы
электрондық есептеуіш машиналар (ЭЕМ), содан кейін – интегралды сызбалар
пайдаланылатын ЭЕМ және ең ақырында, қазіргі таңда аса үлкен интеграциялық
деңгейлі сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ басты.
Осы дипломдық жұмыстың негізгі бөлімінде компьютерлік жүйелердің
даму тарихы мен буындарында ЭЕМ-нің даму тарихын, қазіргі заманғы
компьютердің даму кезеңдерін, микропроцессор даму буындарын, жадыны
қарастырдым. Сонымен қатар дербес компьютердің элементтері мен перифериялық
құралдарында орталық процессордың жалпы құрылымымен оның негізгі
элементтері және қолданылуын, компьютерлік жады құрылымын, перифериялық
құралдардың техникалық мүмкіндіктерін, құрылымын, қолданылуын, ақпаратты
енгізу-шығару құралдарын зерттедім. Дербес компьютердің жұмыс істеу
принциптері мен архитектурасында қазіргі компьютердің архитектурасын,
микропроцессорды, жүйелік тақшаны, жүйелік шинаны, сервер және оның жұмыс
станцияларымен таныстым.
Эксперименттік бөлімде Компьютердің жалпы құрылымын, компьютердің
ішкі және сыртқы құрылғыларының түрлерін, бір-бірінен ерекшелігін, бұрынғы
кезбен салыстырғанда қазіргі кезде қаншалықты қарқынды дамығанын және
күннен-күнгі дамып келе жатқанын зерттедім.
І. Негізгі бөлім
1. Компьютерлік жүйелердің даму тарихы мен буындары.
Бірінші кезең – электрондық шамдар (1945-1955). Цифрлық есептеу
машиналарын құрудағы прогресс екінші дүниежүзілік соғыстан кейін басталды.
40-жылдардың ортасында алғашқы шамдық есептеу құрылғылары құрылды.
Көпшілік қолданылатын бірінші электрондық цифрлік компьютер ENIAC
Пенсильвания университетінде Дж.Мочли мен Дж.Эккерттің басқаруымен
жобаланған. ENIAC-тің негізгі кемшілігі есептеу процесін программалау
электрлі қосқыштарды және кабельдерді қолдан қосу арқылы жасалды.
Белгілі математик Дж. Фон Нейманның есімімен компьютердің жедел жадында
деректермен қатар программалардың сақталуына негізделген сақталынған
программа концепциясы байланысты. Бұл идея туралы алғаш рет 1945 жылы Фон
Нейманның жұмысы жарияланған кезде белгілі болды. Шамамен дәл сол кезде
ұқсас идеяны ағылшын Тьюринг те айтқан болатын. 1946 жылы Фон Нейман мен
Пристондағы (Prinston Institute for Advenced Studies – IAS) қазіргі заманғы
зерттеулер институтының мамандары программалардың сақталуына негізделген
жаңа кмпьютерді жобалау мен жасау жұмысы 1952 жылы аяқталды. Құрылған жүйе
одан кейінгі пайда болған программалардың сақталуына негізделген барлық
компьютерлердің баламасына айналды (1-сурет).
Аккумулятор
1-сурет. Фон Нейманның есептеу машинасының схемасы.
Фон Нейманның принципіне сәйкес компьютердің құрамына кіретіндер:
• Программалардың бұйрықтары мен берілгендер сақталған жедел жады құрылымы
;
• Берілгендерді өңдейтін және оларды екілік жүйеге келтіретін арифметикалық-
логикалық құрылым (АЛҚ);
• Программаларды жадыдан шығарып олардың бұйрықтарын талдайтын және
орындауға жіберетін программалардың орындалуын басқаратын құрылым (БҚ)
• Басқаратын құрылымын түскен сигналдар негізінде жұмыс істейтін енгізу-
шығару қорытындылау құрылымы (ЕҚҚ).
Екінші кезең – транзисторлар (1955-1965). Вакуумды шамдардың орнын
жартылайөткізгіш құралдар басты. Олар жоғары жылдамдықты, энергияны үнемді
пайдалануға мүмкіндік берді.
Жартылайөткізгіш құралдың өзі – транзистор 1947 жылы Bell Labs
мамандарының күшімен ойлап табылған, ал 1950 – жылдары электронды
құралдардың көбі транзисторлармен шықты.
1957 жылы әлемдегі миникомпьютерлердің ішіндегі алғашқы орында
тұрған Digital Equipment Corporation – DEC корпорациясы құрылды. 1961 жылы
алғашқы DEC, PDP-1 компьютерлері пайда болды. Бірнеше жылдан кейін DEC PDP-
8 үлгісін ұсынды. Бұл үлгінің негізгі жаңалығы PDP-8 компоненттерін өзара
қосатын параллель жалғанған сымдар тобы – шина болатын (Omnibus 1.1-сурет).
Шина
1.1-сурет. PDP-8 компьютерінің шинасы.
Omnibus
1964 жылы CDC ( Control Data Corporation) компаниясы орталық
процессорының ішінде жоғары дәрежелі параллелизмді қолдайтын машина
орналасқан 6600 есептеу жүйесін шығарды. Бұл компьютерді құрушы Сеймур Крей
болатын. Ол қазіргі кезде суперкомпьютер деп аталатын өте жоғарғы қуатты
компьютерлерді құрумен айналысқан. Мысалы, CDC – 6600, CDC-7600 және Cray-
1.
Екінші кезеңнің компьютерлері математикалық және программалық
жабдықталудың интенсивті түрде дамуымен ерекшеленеді, Fortran, Algol
сияқты алгоритмдік тілдер және компилятор мен интерпретаторлар құрылды.
Үшінші кезең – интегралдық микросхемалар (1965-1980). 1958 жылы кремнийден
жасалған интегралдық схеманың табылуы (Роберт Нойс) компьютерлер әлемінлегі
жаңа құбылыс болды. Ондаған транзисторларды бір микросхеманың ішінде
орналастыру мүмкіндігі туды.
1964 жылы IBM компаниясы System360 транзисторлардың негізінде
құрылған, ғылыми және коммерциялық есептеулерге арналған компьютерлер
сериясын шығарды. System360 көптеген жаңалықтардың жиынтығы еді.
Компьютерлік жүйелерде мультипрограммалау қолданыла бастады. Компьютердің
жадында бірдей уақытта жұмыс істей алатын бірнеше программа орналаса
алатын. Ассемблер тілін қолданатын компьютерлердің үлкен тобы шығарылды.
IBM компаниясынан кейін көптеген компаниялар құны мен функциясы жағынан
ғана айырмашылығы бар компьютерлердің тобын шығара бастады.
Математикалық және программалық жабдықтаудың одан әрі дамуы типтік
есептерді шығаратын программалар пакеттерінің, проблемалық бағытталған
программалық тілдердің дамуына, операциялық жүйелер деп аталатын айрықша
программалық комплекстердің құрылуына әкелді.
1950 жылдардың аяғында 1960 жылдардың басында жартылайөткізгіш
технологиялар негізінде кіші (КИС) және орташа (ОИС) интегралды схемалар
құрылды. Микросхемадағы дискретті компоненттердің санының өсуі Мур заңы деп
аталып кеткен болжам бағамына сай келді. Бұл заңды 1965 жылы Intel
фирмасының негізін қалаушылардың бірі Гордан Мур тұжырымдаған. Ол заң
бойынша, әрбір чиптегі транзисторлар саны жыл өткен сайын екі есеге көбейіп
отырады және бұл тенденция жақын арада өзгере қоймайды.
Келесі төртінші кезеңдер – (1980-). Төртінші кезең компоненттерді
өндіруге қолданылатын интегралды технологиялардың жоғары деңгейлігімен
байланысты жүйелерден тұрады. Үлкен интегралды схемалар (ҮИС) чиптерде
орналасқан мыңдай, ал өте үлкен интегралды схемалар (ӨҮИС) мыңнан астам
электронды компоненттерден тұрады.
80 жылдары дербес компьютерлердің заманының басталған кезі. Дербес
компьютерлердің қолданушылардың әртүрлі программалары үшін пайдаланылды.
IBM PC алғашқыда Microsoft корпорациясы шығарған MS DOS операциялық
жүйесін қолданылған. IBM мен Microsoft корпорациялары бірігіп MS DOS-тан
кейін OS-2 операциялық жүйесін құрды. Microsoft корпорациясы бұдан кейін
көп ұзамай MS DOS жүйесі негізінде өзінің Windows операциялық жүйесін
құрады. Төртінші кезеңнің машиналарына тән қасиеттер мультипроцессорлық
параллель-тізбектей өңдеу, жоғарғы деңгейлік тілдер, программалық
құралдардың модульділігі.
1.1. ЭЕМ-нің 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 түйіншектермен есептелді.
Есептеу көлемінің күн санап артуы есептеулерді 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 ежелге 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 металдан
жасалды. Есепшоттар бұл түрінде қайта өркендеу дәуіріне дейін
пайдаланылып келді. Оның өзгертілген түрі осы күнге дейін қолданылып
келеді.
Есепшот Ресейде ХҮІ-ХҮІІ ғасырларда пайда болған. ХҮІІ 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 калькуляторлар 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 ХІХ ғасырдан басталды.
Есептеуіш техниканың дамуындағы келесі қадам алдын ала жасалған
бағдарлама бойынша адамның қатысуынсыз есептеулер орындайтын
құрылғылар жасау болды. Мұндай 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 машинада 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
шығару құрылғылары болды. Бэббидждің идеясы өз уақытынан озық еді.
Оның машинасы өте күрделі құрылғы болғандықтан, ол кездегі техникалық
мүмкіндік мұны жүзеге асыра алмады. Басқару бағдарламасы перфокарта
деп аталған қатырма қағаздардағы тесіктердің көмегімен кодталды.
Дүние жүзі бойынша алғашқы 1846 жылы Бэббидж машинасына бағдарлама
жазған Ада Лавлейс бірінші бағдарламалаушы деп саналады.
ХІХ 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 орындады. Ол 1880 жылы АҚШ-та
жүргізілген халық санағының құжаттарын өңдеуге пайдаланылды. Өз
машинасының көмегімен 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
ІВМ фирмасына айналды.
Біздің ғасырдың 30-жылдары релелік автоматика кеңінен дамыды.
Электр механикалық реле – екі қосылған және ажыратылған (өшірілген)
позицияларды бар ауыстырып қосқыш. Оның бұл қасиеті ақпаратты
кодтауға екілік кодты пайдалануға мүмкіндік берді.
1944 жылы американ математигі Говард Айкен Гарвард
университетінде бағдарламамен басқарылатын, релелік және механикалық
элементтерге негізделген Марк-1 автоматты есептеуіш машинасын
құрастырды.
Алғашқы электрондық компьютерлерден бұрын шыққан барлық
есептеуіш машиналарға, оларды құрастырған оқымыстыларға кеңінен
тоқталмаймыз.
XX ғасырдың 1-жартысында радиотхника қарқындап дамыды.
Радиоқабылдағыштар мен радио арқылы хабар беретін құралдардың негізгі
элементі – электронды-вакуумды шамдар (лампалар) болды. Электронды шамдар
алғашқы электрондық есептеуіш машиналардың техникалық негізі болды.
Бірінші электрондық есептеуіш машина 1946 жылы АҚШ-тың Пенсильван
университетінде жасалды,оны ENIAC деп атады.
ENIAC-тың конструкторлары – Дж.Моучли мен Дж.Эккерт. Ол соншалықты
үлкен болғандықтан, оны әуелі орнынан қозғау мүмкін емес еді.
ENIAC-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 қаласында 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 аталады, бұл идея
негізінде 1949 жылы EDSAC машинасы құрастырылды.
Алғашқы ЭЕМ-дер тек бір данадан болды. Дамыған елдерде ЭЕМ-
ның 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
пайдаланылуға 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 линиялрда, содан соң
электронды-сәулелік түтікте, ал кейінірек ферриттік өзекшеде жинақталды.
1960 жылдан бастап бұрынғы Кеңестер Одағында екінші буындағы ЭЕМ-дер
шығарыла бастады. Олар:М-220, БЭСМ-3, БЭСМ-4, Урал-11, Урал-13, Урал-
16, Минск-22, Минск-32 т.б.
ХХ ғасырдың 30-жылдары біздің елдерімізде Феликс атты арифмометр
ойлап табылды. Бұл есептеу машинасы бірнеше онжылдық бойына сандық
ақпараттың үлкен массивін өңдеуге байланысты адам еңбегін жеңілдететін
негізгі құрал болды. Ал ХІХ ғасырда маңызды мәселенің бірі ағылшын
математигі ойлап тапқан қазіргі компьютерге ұқсас келетін есептеуіш
машинасы болды. 1812ж. бұл құрал есептеуіш машинасы деген атпен жұмыс
істеді. Алдындағы Паскаль, Лейбниц машиналары тек арифметикалық амалдарды
орындаса, Ч.Бэббидж нақты программа арқылы функциясының сандық мәнін табуды
орындайтындай етіп құрастырған. Бэббидж ондық санның бір разрядын есте
сақтайтындай етіп, өз машинасының негізгі элементі ретінде тісті
дөңгелектер пайдаланды. Нәтижесінде бұл машина 18 разрядты сандармен
әртүрлі операциялар орындайтын болды. Ал 1833ж. аналитикалық машина деп
аталатын, құрал ойлап тапты. Бұл машина алдыңғы машинаға қарағанда
жылдамдығымен ерекшеленеді. Жоба бойынша бұл машина бу күшінің көмегімен
жұмыс істейтін болған. Аналитикалық машина үш негізгі блоктан тұратын
механикалық машина болды. Бірінші блок сандарды бір жүйеден келесі жүйеге
ауыстыратын және сандарды сақтайтын тісті дөңгелектер жүйесінен тұратын
регистр. Екінші блок арифметикалық операцияларды орындайтын құрылғы
Бэббидж оны диірмен деп атады. Үшінші блок амалдарды орындау ретін
басқаратын болды. Сонымен қатар бұл аналитикалық машина құрылысына
мәліметтерді енгізу және нәтижені баспаға шығару енді. Бұл машина программа
бойынша операциялар орындаусыз ретін және сандарды жадыдан диірменге немесе
керісінше ауыстыру амалдарын орындаған. Программа кодталып, перфокартаға
көшірілетін болған. Сол кездерде мұндай карталар мата станогын
автоматтандыруға қолданылған болатын. Осы уақытта ағылшын ақыны Лорд
Байранның қызы Ада Лавлейс Бэббидж машинасына арнап программалар құра
бастады. Ол қазіргі кезге дейін қолданыста жүрген көптеген ұғым терминдерді
енгізген болатын. Бірақ өкінішке орай Бэббидж машинасы жобасының даму
технологиясы жеткіліксіз болып сол күйінде қалды. Соған қарамастан оның
көптеген айлары осындай есептеуіш машиналарын ойлап тауып, қарастыруға
көмектесті.
1888ж. Герман Холлерит АҚШ халқын есептеуді жеңілдету, автоматтандыру
мақсатында перфокартаға енгізілген ақпаратты электр тогымен шифрлейтін
табулятор ойлап тапты. Бұл құрылғы 8 жыл уақыт келтіретін есептеудә 5 жылға
қысқартып, 3 жылда ғана есептейтін болды. 1924ж. Холлерит табулятор
шығарылатын ІВМ фирмасының негізін қалады. Есептеу техникасының негізін
қалады. Дамуына зор үлес қосқан математиктер ағылышндық Алан Тьюринг және
американдық Э.Поста болған.
ЭЕМ-нің бірінші буыны. Электронды вакуумды лампалардың пайда болуы.
Есептеуіш машиналар құруға әкеп соқтырды. Ол алғаш рет 1946ж. АҚШ-та ENIAC
деген атпен пайда болды. ENIAC – Electronic Numerical Integrator and
Calculator аудармасы электронды санағыш және калькулятор.
Электронды есептеуіш машиналардың даму тарихы осы кезден басталды.
Электронды есептеуіш машиналардың ары қарай дамуы жаңа элементтер және іс-
әрекеттер принциптерінің пайда болуы, яғни элемент базасының дамуы
үрдісімен анықталады. Осы кезге дейін есептеуіш машинаның бірнеше буыны
бар. ЭЕМ деп әртүрлі конструктор ұжымдардың ғылыми техникалық принциптерге
сүйене отырып жасаған. ЭЕМ-нің барлық типтері мен моделдері әрбір келесі
буын өзінің жаңа электронды элементтерінен құрастыру технологиясымен
ерекшеленеді.
І буын 1946-1950ж. ортасы бұл буынның элементтік базасы арнайы
шассиға орнатылған электронды вакуумды лампалар, сонымен қатар резистор
және конденсатор. Элементтер өзара сым арқылы жалғасты. ENIAC 20 мың
электронды лампа болған. Оның 2 мыңы ай сайын ауыстырылып отырған. Бұл
машина бір секунд ішінде көп таңбалы сандардың 5 мың қосындысын немесе 300
мың көбейту операциясын орындаған.
Кейін әйгілі Джон фон Нейман және оның әріптестері 1950ж. ЭЕМ-нің
жаңа типті логикалық құрылысының принципінің негізін қалады. Бұл машина
ENIAC жыл басында жүзеге асты. Олардың айтуы бойынша ЭЕМ электронды
негізде құрылып, екілік санау жүйесінде жұмыс істеу керек болды. Оның
құрылуына мыналар кірді. Арифметикалық орталық басқару есте сақтау
мәліметтерді енгізу және нәтижені шығару. Сонымен қатар ғалымдар 2
принципті қалыптастырды.: 1) командаларды ретімен орындаудың программалық
басқару принципі; 2) программаны сақтау принципі.
Кейінгі көптеген ЭЕМ-лар осы принциппен құрастырылып Фон Нейман
архитектурасы деп аталды.
Алғашқы отандық ЭЕМ 1951ж. академик С.А.Лебедев басқаруымен құрылып,
МЭСМ (малая электронная счетная машина) деген атқа ие болды. Кейін осы
тұрғыда БЭСМ (большая электронная счетная машина) 2 пайда болды. 50-жылдары
Еуропада ең қуатты ЭЕМ болып жылдамдығы 20000 опс және оперативті жадының
көлемі 4000 машиналық сөз енген отандық М-20 ЭЕМ болды.
Осы кезден электронды отандық машиналардың қарастырылуы үлкен
қарқынмен жүріп жатты. Өнімділігі жағынан сұранысқа ие болған БЭСМ-6 ЭЕМ-сы
құрастырылды (1млн.опс).
І буынды ЭЕМ-дың сипаттамасы. 1) элементтік базасы: электронды
вакуумды лампа, резистор, конденсатор; 2) алатын орны: арнайы машиналық
зал; 3) жылдамдығы 10-20 мың опс. 4) жиі істен шығатын болғандықтан
қолдану өте қиын болды. Машина қызып кетеді. 5) программалау машиналық
код. Ол үшін машинаның барлық командасын оның екілік түрде бейнелеуін және
ЭЕМ-нің әртүрлі құрылымын білу керек болды. Онымен математик программистер
басқару пульті көмегімен жұмыс жасады. Бұл машинамен жұмыс істеу арнайы
жоғары кәсіптілікті қажет етті.
ІІ буын бұл кезең 50-жылдардың соңымен 60-жылдардың соңынан алып
жатыр. Электронды лампалардың орнына транзистор келді. Бұл ЭЕМ-нің
элементтік базасын жартылай өткізгіштік элементке өзгертті сонымен қатар
резистор және конденсатордың жаңа түрлері пайда болды. 1 транзистор, 40
электронды лампаны ауыстырды. Ол арзан ыңғайлы және жылдамдығы үлкен болды.
Оның орташа жұмыс істеуі электронды лампаға қаарғанда мың есе көп болды.
Сонымен қатар элементтік базаны жалғау технологиясы да өзгерді. Алғашқы
баспа платалар пайда болды. Бұл платада транзистор, диот, сияқты элементтік
базаны орналастыратын арнайы орындар болды.
ІІ буынды ЭЕМ-нің сипаттамасы. 1) элементтік база: жартылай
өткізгіштік элемент, элементтерді жалғау плата арқылы; 2) алатын орны:
адам бойынан сәл жоғары арнайы машиналар; 3) жылдамдылығы, өнімділігі: 1
млн.опс; 4) қолданылуы: ыңғайлы бірнеше ЭЕМ орналастырылған есептеу
орталығы. Осылай компьютердегі ақпаратты жалпылама өңдеу түсінігі шыққан.
Егер бір элементтен жанып кетсе, істен шықса, барлық платаны өзгерту керек
болды. 5) программалау алгоритмдік тілге көшті. Программистер өз
программаларын перфокарта магниттік ленталарға салып, арнайы оқытылған
операторларға берді.
ЭЕМ-нің ІІІ буыны бұл кезең 60-жылдар соңынан 70-жылдардың соңына
дейін созылды. Есептеу техникасының дамуы транзистордың орнына жаңа буынды
интегралды схема пайда болды. 1958ж. Джон Келби алғашқы интегралдық
схемасын құрды. Бұл схемаға ондаған, жүздеген және мыңдаған транзистор және
басқа элементтерде енген. Бұл интегралды схема ІІ буынды элементтік базаның
қызметін орындады. Бірақ өлшемдері кішірейіп жұмыс өнімділігі көбейді.
Алғашқы электронды схемалармен құрастырған ЭЕМ-сы ІВМ-360 электронды
машинасы болады. Осылай ІВМ фирмасының машиналары шыға бастады. Ал
жалғасқан нөмірі моделдің қаншалықты дамытылған екендігін көрсетті.
Осындай электронды есептеуіш машиналарын басқа елдерде де шығара
бастады. СССР, Болгария, Венгрия, Чехословакия, Германия, Польша.
ІІІ буынды ЭЕМ-нің сипаттамасы. 1) элементтік база: интегралдық
схема; 2) алатын орны: адам ойының жартысына жуық; 3) өнімділігі: 100 мың
млн.опс; 4) қолданылуы жөндеу жұмыстары алдыңғы қатарлы буындарға
қарағанда ыңғайлы жеңіл жүйелік программист жұмыс жасайды; 5) программалау
алдыңғы буындағы сияқты, бірақ адамдармен компьютер арасындағы байланыс
өзгертілген. Көптеген есептеу орталықтарында орталық ЭЕМ-ға арнайы
қосылатын программистер болды. 6) ЭЕМ-нің құрылымындағы өзгерістер
микропрограммалау тәсілімен қатар моделдеу принципі қолданылды. Енгізу және
шығару құрылғылары бір тізбек бойымен жалғасты. Жадының көлемі кеңейтілді.
Сонымен қатар дисплей пайда болды.
ІV буын бұл кезең ең ұзақ кезең болды. Ол 70-жылдардың соңынан осы
кезге дейінгі кезеңді алып жатыр. Осы уақыт аралығында ЭЕМ-нің жұмыс жасау
принципі түгелімен ауысты деуге болады. Ең негізгі жаңалықтардың бірі бір
уақытта көптеген ақпараттарды өңдеу болды. 80-жылдар интегралды схемалардың
жаңа технологиясы үлкен интегралды схема пайда болды. Бұл құрылғының пайда
болуы микропроцессорды шығарды. Ең алғашқы микропроцессор 1971ж. INTEL
фирмасында құрастырылды. Процессорлар 2250 транзисторда болды.
Микропроцессор пайда болып, алғашқы дербес компьютерлер құрастырылып,
құрыла бастады. Сол кездегі кең қолданыста болған дербес компьютерлер жас
американдық ғалымдар С.Джобса, В.Возняк аттарымен байланысты. Олар дербес
компьютер шығаратын Apple Computer фирмасының негіз қалады. Фирманы Apple
атау себебі достықты білдірді. 1982ж. ІВМ фирмасы дербес компьютерлерді
шығара бастады. Кейін ІВМ РС компьютерлері қолданыста пайда болады.
1.2. Қазіргі заманғы компьютерлердің даму кезеңдері.
Жады.Орталық процессор жедел жадтағы мәліметтермен байланыс жасайды,
(жадының физикалық құрылғысы жедел жады немесе RAM – Random Access Memory).
Компьютер қолданушы бағдарламасының жұмысы ішкі жадыдан жедел жадтан
оқығаннан басталады. Жедел жад орталық процессормен синхронды жұмыс
істейді және шамалы уақыт қатынауға болады, жедел жад тек ток көзі қосылып
тұрғанда ғана мәліметтерді сақтайды. Ток көзін өшіргенде мәліметтерді
жоғалтады, сондықтан қолданушы үлкен көлемді мәліметтермен ұзақ уақыт жұмыс
жасағанда үнемі сақтап отырған дұрыс. Жедел жад динамикалық және статикалық
болып бөлінеді. Динамикалық жад тесік шелекті еске түсіреді, егер үнемі
суды құйып тұрмаса, ештеңе қалмайды. Динамикалық жадқа үнемі құю
регенерация деп аталады және жүйенің тез жұмыс істеуін миллисекундқа
төмендетіліп өндіріледі. Бірақ бұл кемшіліктер қарапайым орындалумен үлкен
көлемді динамикалық жад микросхемасы алынады. Статикалық жады ток көзі
қосылып тұрғанда жазылған мәліметтерді сақтау сенімді, аз уақытқа қатынас
алады, кішкене ток қолданады, бірақ оның микросхема көлемі шектеулі.
Осындай микросхема мүмкіндігі жоғары, сондықтан компьютерлік
техникада оларды КЭШ-жадыны (сверх-ОЗУ) құруда қолданады. Жедел жад негізгі
сипаттамасы болып: жады ұяшығының саны (адрестер) және мәліметке қатынау
уақыты кезінде ақпарат жадыға жазылып жатқанда немесе одан оқығанда.
Жедел жад негізі жады микросхемасы (chips) олар блокқа бірігіп
(банкілер) әртүрлі конфигурация болып келеді. Банкілерді комплектілегенде
әртүрлі микросхемаларды қатынау уақытында олардың айырмашылығы 10 нс-тен
үлкен болмауын қадағалауды қажет етеді.
Жүйені функционерлеу үшін жедел жад және орталық процессордың тез
жұмыс істеуіне келісіміне үлкен мән беріледі.
Мынадай жедел жадылар бар: SIMM (Single In-Line Memory Module) және
DIMM (Dual In-Line Memory Module).
Жүйелік тақшаға SIMM модулін сыңарымен процессорының сыртқы шиналар
разрядтылығымен байланысты. Мұндай тәсіл жедел жадының көлемін варьирлеуі
үшін үлкен мүмкіншілігі мұндай тәсіл орнатуды көрсетеді.
Бастапқыда аналық (жүйелік) тақша екі разъемдіде қолданады, бірақ
ұзақ уақыт бойында олар DIMM разъемдарымен комплектіленеді. Қазір жедел жад
орнына SIMM, DIMM, RIMM, SO-RIMM модулдері қолданылады. Олардың барлығы
әртүрлі сандағы кантактілері бар. SIMM модулі қазір ескі жүйелік (аналық)
тақшаларда кездесетін, ал олардың орнына 168 контактілі DIMM келді. SO-
DIMM және SO-RIMM модулдері аз мөлшерлі контактілерді DIMM және RIMM
стандарттыларға қарағанда портативті құрылғыларда кеңінен қолданылады. RIMM
модулін Intel 820 жаңа чипсетінде кездестіруге болады.
1.2.1.Микропроцессор даму буындары.
Микросхемаларды өндіру технологияларының дамуы логикалық алмасу
схемаларының орналасу тығыздығын арттыра түсуге мүмкіндік берді. 1971жыл
процессордың барлық компоненттерін бір корпусқа жинақтаған Intel фирмасының
4004 микросхемасының туған жылы болды. Бұл жыл – құрылғылардың жаңа түрі
микропроцессордың пайда болған жылы. 1972 жылы Intel фирмасы 8 разрядты
8008 микропроцессорын жасады, ал 1974 жылы Intel жылы 8080 үлгісін ұсынды.
Шамамен сол кезде 16 разрядты микропроцессорларды жасау қолға алына
бастады. Бірінші 16 разрядты микропроцессор Intel компаниясының 8086 үлгісі
еді. 1981 жылы Bell Labs пен Hewlett Packard 32 разрядты
микропроцессорларды жасауды қолға алғаны жайлы хабарлады. Intel өзінің 32
разрядты 80386 микропроцессорын 1985 жылы шығара бастады.
1989 жылы 486 процессоры шықты. Ол математикалық сопроцессордан,
конвейрден және бірінші деңгейлі кэш жадыдан тұратын. Оның бұйрықтар тобы
да кеңейтілді. 1993 жылы Intel Pentium процессорын шығарды. Pentium ІІ –
процессоры 1998 жылы шықты. 1999 жылы Pentium ІІІ – процессорының Pentium
ІІ –ден айырмашылығы ол жылжымалы нүктелі деректермен амалдар орындауы
тездететін 128 биттік сегіз регистрлермен толықтырылған. 2000-жылдан
бастап Pentium 4 процессоры шыға бастады.
1.2.2. Жады.
Компьютердің жады - оның құрамына міндетті түрде енетін
элементтердің бірі. Ол бірнеше түрге бөлінеді және бір-бірінен өлшеміне,
ақпаратты сақтау мерзіміне және т.б. параметрлеріне қарай ажыратылады.
Жадтың көлемі байтпен байланысты. Бір байт сегіз биттен тұрады. Бит
деп 0 мен 1 мәндерінің біреуін ғана қабылдай алатын ақпарат өлшемінің ең
кіші бірлігін айтады. Сонымен 1 байт көлемдегі жадқа бір символ сақтауға
болады. Қазіргі кездегі компьютерлердің жадының көлемі миллиондаған байтқа
жетеді, сондықтан оны килобайт, мегабайт, гигабайт арқылы қысқаша
өрнектеген ыңғайлы:
▪ 1Гбайт = 1024 Мбайт
▪ 1Мбайт = 1024 Кбайт
▪ 1Кбайт = 1024 байт.
Жедел жад(ОЗУ) немесе жедел есте сақтау құрылғысы ақпараттың
кез-келген бөлігіне лезде қатынауды қамтамасыз етеді. Бірақ компьютерді
өшірген кезде жедел жадтағы барлық ақпарат бірден жойылады. Дербес
компьютерлердің жедел жадының өлшемі жылдан жылға өсіп келеді. Pentium
типтес компьютерлердің жедел жадының көлемі 8 Мбайттан 256 Мбайтқа жетеді.
ОЗУ-дың құрылысы оны үнемі ұлғайып отыратындай етіп жасалынған. ОЗУ-дың
құрылысы оны үнемі ұлғайып отыратындай етіп жасалынған. Компьютердің жедел
жадының көлемі өскен сайын оның есептеу жылдамдығы артады.
Тұрақты жад (ПЗУ) – стандартты программаларды, өзгермейтін
мәліметтерді және жүйелік ақпаратты (BIOS, таңбагенераторларының кестесін
және т.б.) энергиядан тәуелсіз сақтауға арналған жад. Компьютер жұмысы
кезінде бұл жадтан мәліметтерді тек оқуға болады, ал оған ақпарат жазу
арнаулы құралдар (программалаушылар) арқылы жүргізіледі. Жадтың өзгермейтін
түрін құрады. Мұнда компьютер құрылғыларын басқаруға арналған жүйелік
программалар орнатылған. Компьютерді іске қосқаннан кейін жабдықтарды
біртіндей тестілеу процесі басталады. Процессор мен бейнеадаптерді тестілеу
процесін басқаратын программа орындалады.
2. ДК-дің элементтері мен перифериялық құралдары.
Дербес компьютер өнеркәсіп бұйымы ретінде өзара жалғастырушы кабельдермен
байланыстырылған бірнеше құрылғылардан тұрады. Блоктардың тізімі әр түрлі
болуы мүмкін, бірақ кез келген компьютер жұмыс істеуі үшін, үш блоктан
тұратын жинақ керек. Басқа құрылғылардың барлығы қосымша деп аталады.
Оларға принтер, дыбыс колонкалары, құлаққап, микрофон, модем, сканер,
манипуляторлар: маус, трекбол, терте (джойстик) жатады.
Компьютердің аталған негізгі жинағының басты элементі – жүйелік блок. ДК
жүйелік блогы – компьютердің негізгі тораптары орналасқан тік төртбұрышты
қорапша, онда: микропроцессоры мен жедел жады және т.б. бар аналық тақша,
адаптерлер, қоректендіру блогы, иілгіш және қатқыл дискідегі жинақтауыштар,
контроллер, ажыратпалар орналастырылған.
Монитор – мәтіндік және графикалық ақпараттарды экранға шығаруға
арналған, теледидарға ұқсас құрылғы.
Пернетақта – ақпараттармен ДК-ні басқару командаларын енгізу қызметін
атқарады.
Бұлардан басқа, компьютердің тағы көптеген құрылғылары бар, оларды енгізу-
шығару құрылғылары деп аталады.
Дербес компьютердің барлық элементтерін ақпаратты енгізу-шығару, өңдеу
құрылғыларына бөлуге болады.
Енгізу құрылғыларына пернетақта, манипуляторлар, микрофон, модем жатады.
Шығару құрылғылары: монитор, құлаққалқа, принтер, модем, дыбыс бағандары
(колонка). Бұл құрылғылардың бәрі ДК-нің аппараттық жабдықтамасына жатады.
Бірақ компьютер жұмыс істеуі үшін, оны бағдарламаалық жабдықтама қажет. ДК
бағдарламалық жабдықтамасыз жай ғана темір-терсек болып қалады.
Бағдарламалық жабдықтама аппараттық құралдардың жұмысын басқарады,
пайдаланушылар мен бағдарламалардың қолданбалы кешендеріне қызмет
көрсетеді, компьютерде нақты мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
2.1. Орталық процессордың жалпы құрылымы.
Орталық процессор Central Processor Unit (CPU) – бұл машиналық
инструкция процессоры, компьютердің аппаратты қамту бөлігі, негізгі
жұмыстарды, ақпаратты өңдеуге орындауға жауап береді.
Анықтамаға сәйкес процессор компьютерде жүріп жатқан барлық ақпараттарды
өңдеумен айналысады. Сонымен, экранда болып жатқан мәтінді теруден бастап
фильмге дейін қайта кодтаудан аяқтау орталық процессорсыз (CPU) орындау
мүмкін емес еді. Монитордағы бейнелерді бейнелеуге видеоадаптер жауап
береді, ол керекті мәліметті орталық процессордан алады.
CPU- бұл жинақталған конвейр, кейбір іс-әрекеттерді жіберетін деталдарды
шығарады.
Процессор интегральдық схема түрінде орындалатын, басқару тізбегінен,
регистрлардан, сумматорлардан, есептеуіш әмірлерінен аз көлемді, өте жылдам
жадыдан тұрады.
Жалпы жағдайда процессор астында сандық формада (екілік коды) берілген
мәліметтерге операция жасайтын жинақ құрылғысы деп түсінеді. Есептеу
техникасында процессорды орталық процессор құрылғысы (CPU) ретінде
түсіндіріледі, таңдау декодтау және әмірлерді орындау, сонымен қатар
жіберу және басқа құрылғылардан ақпарат қабылдау әдісін меңгереді. Жай
айтқанда процессор – бұл электронды схема, ақпараттарды талдауды орындайды.
Қазіргі дербес компьютерлерді процессор бөлек микросхема түрінде болғанда
шығара бастады. Процессорды IBM – сәйкес компьютерлерді өңдеу және шығару
формалар саны көп емес. Қазіргі уақытта бізге белгілі: Intel, Cyrix, AMD,
Nex Gen, Texas Instrument...
Процессорлардан басқа IBM – сәйкес дербес компьютердің негізін толық
процессорлар класы құрайды. Параллельді платформаны құрайтын (ең белгілер
арасында – Apple американ фирмасының дербес компьютерлері оларда Power PC
типті процессоры қолданылады, басқа принципиалды архитектурасы бар,
Motorola және т .б. фирмалар шығаратын) дербес компьпютерлер өнімділігі
Power PC процессоры негізінде өнімділігі жоғары, ІВМ – сәйкестерге
қарағанда, сондықтан бағасындағы айырмашылыққа, профессионалдыққа мән
береді.
CPU өнімділігі келесі негізгі параметрлермен сипатталады:
• Интеграция әдісі;
• Ішкі және сыртқы мәліметтерді өңдеу разрядтылығы;
• Тактілік жиілігі;
• Жадымен, CPU адрестеледі.
Тактілік жиілік қанша элементарлы операциялар (тактілер) микропроцессор
бір секундта орындайтынын көрсетеді (МГц өлшенеді).
Микросхемалар интеграция дәрежесі бірлік ауданында қанша
транзисторлар (ең қарапайым кез келген микросхема клиенті) сиятынын
көрсетеді. Pentium Intel процессоры үшін бұл көлемі 3 млн-ді 3,5 кв.см
жуық, ал Pentium Pro – 5 млн құрайды.
Процессор үшін ішкі (жеке) тактілік жиілік процессоры және сыртқы
(сыртқы шинада мәліметтерді жіберу жылдамдығын анықтайды). Жедел жад (ОЗУ)
адрес саны процессорға жеткілікті адрестік шина разрядтылығымен анықталады.
2.1.1. Орталық процессордың негізгі элементтері және қолданылуы.
Есептеу техникасының дамуы орталық процессорлардың жетілдірілуімен
бірге жүзеге асады. Процессорлардың жаңа модельдері тек өнімділіктің өте
жоғарылығымен ғана емес, сонымен қатар жаңа мүмкіндіктерімен де
ерекшеленеді (жаңа регисторлар, архитектурадағы жаңа компьютерлік жинақтар
және жаңа өзгертулер).
Процессорлардың жаңа модельдерін жасаушылар қайтарымды сыйымдылық
принципіне негізделеді, яғни процессорлардың жаңа моделі қолданыста бар
архитектура негізінде жасалады. Дербес компьютерлердің орталық процессорлар
нарығында қазіргі уақытта басты орынды Intel фирмасының х86 түрдегі моделі
иеленуде. 1993 жылы Pentium процессоры пайда болды. Ол х86
архитектурасының процессорларының көптеген қасиеттерін игерумен тығыз
байланысты.
Командалар жүйесінің архитектурасы. CISC және RISC процессорларының
классификациясы. Командалар жиынтығының архитектурасы аппаратура және
программалық жабдықтаудың арасында шекара ретінде болады және ол
программистке және командаларды қолданушыға көрінетін жүйесінің бөлігі.
Компьютерлік өндірісте қазіргі таңда 2 негізгі архитектуралар қолданып
жүр. Олар: CISC және RISC.
Толықтай командалар жиынтығы бар (CISC – Complete Instruction Set
Computer) микропроцессорларды дайындау лидерлері ретінде х86 сериялы және
Pentium процессорымен Intel компаниясы болып табылады. Бұл архитектура
микрокомпьютерлер нарығында стандарт түрінде қарастырылады.
CISC-процессорлары үшін мыналар тән: жалпы тағайындалуға байланысты
регистрлер санының көп болмауы; машиналық командалардың көп болуы;
адресация тәсілдерінің көп болуы; әр түрлі деңгейдегі командалар форматының
көп мөлшері; командалық 2 адрестік форматының басым болуы; регистр-жады
типіндегі өңдеу командалары.
Қазіргі таңдағы жұмыс станциялары және сервер үшін командалардың
азайтылған жиынтығының архитектурасы қолдануда (Reduset Instruction Set
Computer).
RISC-процессорларға мыналар тән: регистрлік терезелердің қолданылуы,
жай жадының өте жоғары регистрлерден бөлініп шығуы; конвейрлік өңдеуді
тиімді жүзеге асыру; өңдеу командаларының жадымен жұмысынан бөлініп
тасталуы; кез келген команданы өз көлемдегі машинаның тақта орындау.
Pentium процессоры өзінің ізашарларына қарағанда, бір қатар
характеристика бойынша арта түседі. Оның басты өзгешеліктері: екі ағынды
суперскалярлық құрамы, командалардың паралельді орындалуы, әр такт кезінде
екі операция арасында таңдауға аранлған, командалар мен деректердің екі
каналды көп ассоциативті кэш жадыларының бар болуы, өту кездерінің
динамикалық болжауы, екілік жүйенің 80х86 процессорларымен біркелкілігі.
2-суретте Pentium 4 процессорының схемасы ұсынылған. Ең басынан бұл
процссордың микроархитектурасы суперскалярлық өңдеуіне негізделеді. Негізгі
командалары екі егеменді құрылғы бойынша таралады (конвейер U және V). U
конвейері х86 процессорының кез келген командаларын орындап, оның бүтін
санды мен жылжымалы нүктелі командаларын орындайды. V конвейері тек
қарапайым командаларды орындап, бүтін санды командалар мен кейбір жылжымалы
нүктелі командаларды орындайды. Командалар осы екі құрылғыларға бірдей бір
мезетте бағытталуы мүмкін, осы бір такт кезінде басқару құрылғысы күрделі
команданы U конвейеріне, қарапайым команданы V конвейеріне бағыттайды.
Бұндай бағыттаулар тек қарапайым, бүтін санды командалардың жиыны шектеулі
болған кезде ғана орындалады. Бір конвейерде команданың тоқтауы, екінші
конвейердегі команданың тоқтауына әкеп соғады.
2-сурет. Pentium процессорының қарапайым схемасы.
Pentium процессорларында командалар мен мәліметтердің бөлек кэш-жадысы
қолданылады. Ол өзінің кезегінде қатынастардың тәуелсіздігін қамтамасыз
етеді. Кэш-жады 2 реттік бөліну принципіне негізделіп жасалған; ол бір
уақытта кэш-жадының бір жолында жазылған 2 сөзді оқуға мүмкіндік береді.
Процессорда өтудің динамикалық болжауына бағытталған механизм
қарастырылған. Осы мақсатпен кристалда кішкентай кэш-жады орналастырылған.
Ол өткізудің адрестерінің мақсаттық буфері деп аталады (ВТВ), командаларды
орындайтын тәуелсіз 2 буфері бар (әр конвейерға 32 биттік 2 буфер).
Әрбір процессор микросхемасында басқа құрылғылармен ақпарат алмасу
үшін пайдаланылатын, түйіндер жиынтығы бар (2.1-сурет).
Орталық процессордың микросхемасы түйіндерін 3 типке бөлуге болады:
• Адрестік;
• Ақпараттық;
• Басқарушы.
Адрестеу Шина арбитражы
Деректер Қосымша процессор
Шинаны басқару Үзу
Қалып-күй Басқа сигналдар
Жерге қосу символы
Ф +5 V
Синхрондаушы
сигналының Кернеу 5В
символы
2.1-сурет. Кәдімгі орталық процессордың құрылуы.
Бұл түйіндер жады процесіндегі сәйкес түйіндермен және енгізу-
шығарып тастау құрылғыларымен байланысты.
Информациялық және адрестік түйіндердің саны процессордың
өнімділігін анықтайды.
m адрестік түйіндері бар микросхеманы естің 2 m ұяшығына айналуы
мүмкін. Әдетте m 16, 20, 32 немесе 64-ке тең болады. n информациялық
түйіндері бар микросхема 1 операция кезінде n-биттік сөзді салыстырып оқып,
немесе жаза алады. Әдетте n 8, 16, 32, 36 немесе 64-ке тең болды.
2.1.2. Компьютерлік жады құрылымы.
Кез келген компьютердің ең негізгі құрамдас бөлігі ол – жады. 2-
суретте жады жүйесінің қалай құрастырылғандығы көрсетілген.
Кірудің орта уақыты Орта көлем
1 н 1 Кбайт
2 н 1 Мбайт
10 нс 64-612 Мбайт
10 мс 5-50 Гбайт
100 с 20-100 Гбайт
2.2-сурет. Жадының кәдімгі тармақтық түрі.
Жоғарғы қабат орталық процессордың ішкі регистрлерінен құралады.
Олар процессор жасалған материалдардан жасалады және олар процессор сияқты
өте жылдам жұмыс істейді. Ішкі регистрлер 32-разрядтық процессорда 23 х 23
битті сақтауға, ал 64-разрядты процессорда 64 х 64 битті сақтауға мүмкіндік
бар. Программалар аппаратураның қатысуынсыз регистрлерді басқаруға алады.
Келесі қабатта құрал-жабдықтармен байланысатын кэш-жады орналасқан.
Оперативті жады кэш-жолдарға бөлінген, әдетте ол 64 байт болады, ал
адресация мен нөлдік жолда 0-ден 63-ке дейін, ал бірінші жолда 64-тен 127-
ге дейін және т.б. Кэштің көп қолданылатын жолдары орталық процессорлардың
ішінде немесе оған өте жақын орналасқан жоғары жылдамдықты кэш-жадыда
сақталады. Программаға жадыдан бір сөзді оқу керек болатын болса, онда кэш-
микросхеманы, кэшта осындай жол бар ма, әлде ондай жол жоқ па екендігін
тексереді. Егер осындай болатын болса, онда кэш-жадыға тиімді хабарласу
кезінде уақыт көп жұмсалады. Кэш-жадының көлемі өте шектеулі, сол себептен
оның бағасы өте жоғары болады. Кейбір машиналарда кэштің 2 немесе 3 деңгейі
бар, олардың кейінгілері алдыңғылардан баяу және үлкендеу болып келеді.
Жедел жад. Жедел жад – бұл компьютердің ішкі жады. Жедел жад
немесе оперативті жадтайтын құрылғы (ОЖҚ) – ол қажет ақпараттарды өзіне
жылдам жазуға және одан оқуға мүмкіндік береді. Бірақ онда ақпараттар
уақытша сақталады, яғни компьютерді өшіргенше. Егер компьютерді өшірсе,
онда жедел жадтағы барлық ақпарат жойылады (өшеді). 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 операциялық жүйе іске қосылады.
Жедел (оперативті) 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 ЖЖҚ(ОЗУ): жедел жадтайтын құрылғы.
құрылғы.
Ақпартты тұрақты сақтауға арналған Ақпартты уақытша сақтауғы арналған
жад. жад.
Компьютерді өшіргенде, ТЖҚ-дағы Компьютерді өшіргенде, ЖЖҚ-дағы
ақпарат бұзылмайды. ақпарат бұзылдаы.
Мұнда сақталған командаларды тек Мұнда жазылған командаларды оқуға да
оқиды, бірақ жаңа ақпарат жазуға әрі жаңа командалар, ақпарат жазуғңа
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.
Негізгі жады - ақпараттарды сақтау құрылғысы. Ол оперативті және
тұрақты еске сақтап отыратын құрылғылардан құрылады. Оперативті еске
сақтайтын құрылғы (орысша баламасы ОЗУ), белгілі бір уақытта орындалатын
программаларды дискіден көшіріп отырады. Оны көбінесе оперативті жады деп
те атайды.
Компьютердің оперативті жадысы (ОЗУ), немесе Random Access Memory
мәліметтерді қысқа мерзімге сақтау үшін қызмет етеді. Кез келген
бағдарламаның, операциялық жүйенің де, жұмыс істеуі үшін іске қосу кезінде
бағдарламаның бір бөлігін қарауға оперативті жады талап етіледі.
Программаның жұмысы аяқталған кезде немесе компьютерді өшіргенде оперативті
жадыда сақталған мәліметтер жойылып кетеді.
Оперативті жадының көлемі мегабайтпен (Мб) өлшенеді. Қазіргі
заманғы қосымша программалардың көпшілігі жұмыс істеу үшін 64 Мб оперативті
жады көлемі қажет және іске қосылған программаның әрбірі жады талап етеді.
Компьютерлік ойындар, бейнелік және дыбыстық үлкен программалар және
дыбыстық үлкен программалар одан да көбірек жады көлемін қажет етеді. Қазір
компьютерлерге ең аз дегенде 256 Мб оперативті жады орнатылады.
Егер компьютерде орнатылған жадыдан үлкен жадыны талап ететін
программаны іске қосатын болсақ, онда оның жұмыс істеу жылдамдығы бірден
құлдырайды, тіптен компьютер мүлдем тұрып қалады. Өнімділік тұрғысынан,
компьютерде неғұрлым үлкен жады орнатылса, солғұрлым жақсы. Оперативті жады
ішкі жады болып саналады да, сыртқы жадыға мысал бола алатын тұрғылықты
диск немесе ықшам дисктен ерекшеленеді. Тіпті компьютер өшірілгеннен кейін
де сыртқы жадыда сақталады.
Тұрақты есте сақтайтын құрылғы (ТЕСҚ) – ол оперативті және
тұрақты кезде жазылатын тұрақты ақпараттар сақталуының жері. Тұрақты жады (
ROM, Read Only Memory – тек оқуға ғана арналған жады) – энергияға тәуелсіз
жады, бұл өзгертулерді қажет етпейтін мәліметтерді сақтау үшін қолданылады.
ТЕСҚ-ны тек оқуға ғана болады.
Қайта программаланатын тұрақты жады (ҚПТЖ, Flash Memоry). Өзінің
мазмұнын қайта жазуға болатын энергияға тәуелсіз жады. Тұрақты жадыға
процессордың жұмысының басқару программасы жазылады. ҚПТЖ-да дисплейді,
пернетақтаны, принтерді, сыртқы жадыны басқару, компьютерді іске қосу және
тоқтату, құрылғыларды тестілеу программалары орналасқан.
BIOS (Basic InputOutput System - енгізу және шығару базалық
жүйесі) – компьютер іске қосылғаннан кейін құрылғыларды автоматты түрде
тестілеу; операциялық жүйені жадыға қосу үшін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Мақсаты: ЭЕМ-нің даму тарихымен оны құрылуының негізгі принциптеріне шолу.
ЭЕМ-нің қоғам өміріндегі рөлін тану. ЭЕМ-ді қолдану аумақтары. Дербес
компьютермен, оның негізгі құрылғыларымен, және олардың қызметін бақылау.
ЭЕМ мүмкіндіктерін білу. Компьютердің ішкі және сыртқы құрылғыларын танып
білу. Компьютердің негізгі құрылғылары – процессормен, ЖЖҚ-мен, ТЖҚ-мен,
енгізу-шығару құрылғыларына жалпы шолу жасау. ДК-нің негізгі шығару
құрылғысы – монитормен, пернетақтаның арналуы және таратылуын зерттеу. Әр
түрлі алфавитті-цифрлық ақпаратты енгізуді көру, пернетақтамен жұмыс істеу
әдістерімен танысу. Ақпаратты жазу мен оқу, иілгіш және компакт-дискілер
сияқты ақпарат тасуыштарды бақылау. Дискжетек пен CD-ROM жұмыстарын білу.
Өзектілігі: Қазіргі заманда технологияның дамуына байланысты дербес
компьютер құрылғыларынының қызметін, мүмкіндіктерін білуі үшін компьютердің
сыртқы және ішкі құрылғылары туралы жалпы мағлұмат. Мектепте оқушылардың
қызығушылығын арттыру, технологиялардың қарқынды дамуына сай дербес
компьютер құрылғылары жайлы білуі тиіс.
Компьютер сөзі ағылшын тілінен аударғанда есептеуіш, яғни
есептеуге арналған құрылғы дегенді білдіреді. Компьютерлер есептеу
операцияларының күрделі қатарларын адамның қатысуынсыз, алдын ала
көрсетілген нұсқаулық – бағдарлама бойынша жүргізуге мүмкіндік береді.
Есептеуіш техниканың қазіргі тарихының негізгі 1943 жылы Марк-І
машинасының дүниеге келуінен бастап қаланды. Компьютерлердің алдыңғы
буындары шамдық есептеуіш машиналар болатын, олардың орнын транзисторлы
электрондық есептеуіш машиналар (ЭЕМ), содан кейін – интегралды сызбалар
пайдаланылатын ЭЕМ және ең ақырында, қазіргі таңда аса үлкен интеграциялық
деңгейлі сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ басты.
Осы дипломдық жұмыстың негізгі бөлімінде компьютерлік жүйелердің
даму тарихы мен буындарында ЭЕМ-нің даму тарихын, қазіргі заманғы
компьютердің даму кезеңдерін, микропроцессор даму буындарын, жадыны
қарастырдым. Сонымен қатар дербес компьютердің элементтері мен перифериялық
құралдарында орталық процессордың жалпы құрылымымен оның негізгі
элементтері және қолданылуын, компьютерлік жады құрылымын, перифериялық
құралдардың техникалық мүмкіндіктерін, құрылымын, қолданылуын, ақпаратты
енгізу-шығару құралдарын зерттедім. Дербес компьютердің жұмыс істеу
принциптері мен архитектурасында қазіргі компьютердің архитектурасын,
микропроцессорды, жүйелік тақшаны, жүйелік шинаны, сервер және оның жұмыс
станцияларымен таныстым.
Эксперименттік бөлімде Компьютердің жалпы құрылымын, компьютердің
ішкі және сыртқы құрылғыларының түрлерін, бір-бірінен ерекшелігін, бұрынғы
кезбен салыстырғанда қазіргі кезде қаншалықты қарқынды дамығанын және
күннен-күнгі дамып келе жатқанын зерттедім.
І. Негізгі бөлім
1. Компьютерлік жүйелердің даму тарихы мен буындары.
Бірінші кезең – электрондық шамдар (1945-1955). Цифрлық есептеу
машиналарын құрудағы прогресс екінші дүниежүзілік соғыстан кейін басталды.
40-жылдардың ортасында алғашқы шамдық есептеу құрылғылары құрылды.
Көпшілік қолданылатын бірінші электрондық цифрлік компьютер ENIAC
Пенсильвания университетінде Дж.Мочли мен Дж.Эккерттің басқаруымен
жобаланған. ENIAC-тің негізгі кемшілігі есептеу процесін программалау
электрлі қосқыштарды және кабельдерді қолдан қосу арқылы жасалды.
Белгілі математик Дж. Фон Нейманның есімімен компьютердің жедел жадында
деректермен қатар программалардың сақталуына негізделген сақталынған
программа концепциясы байланысты. Бұл идея туралы алғаш рет 1945 жылы Фон
Нейманның жұмысы жарияланған кезде белгілі болды. Шамамен дәл сол кезде
ұқсас идеяны ағылшын Тьюринг те айтқан болатын. 1946 жылы Фон Нейман мен
Пристондағы (Prinston Institute for Advenced Studies – IAS) қазіргі заманғы
зерттеулер институтының мамандары программалардың сақталуына негізделген
жаңа кмпьютерді жобалау мен жасау жұмысы 1952 жылы аяқталды. Құрылған жүйе
одан кейінгі пайда болған программалардың сақталуына негізделген барлық
компьютерлердің баламасына айналды (1-сурет).
Аккумулятор
1-сурет. Фон Нейманның есептеу машинасының схемасы.
Фон Нейманның принципіне сәйкес компьютердің құрамына кіретіндер:
• Программалардың бұйрықтары мен берілгендер сақталған жедел жады құрылымы
;
• Берілгендерді өңдейтін және оларды екілік жүйеге келтіретін арифметикалық-
логикалық құрылым (АЛҚ);
• Программаларды жадыдан шығарып олардың бұйрықтарын талдайтын және
орындауға жіберетін программалардың орындалуын басқаратын құрылым (БҚ)
• Басқаратын құрылымын түскен сигналдар негізінде жұмыс істейтін енгізу-
шығару қорытындылау құрылымы (ЕҚҚ).
Екінші кезең – транзисторлар (1955-1965). Вакуумды шамдардың орнын
жартылайөткізгіш құралдар басты. Олар жоғары жылдамдықты, энергияны үнемді
пайдалануға мүмкіндік берді.
Жартылайөткізгіш құралдың өзі – транзистор 1947 жылы Bell Labs
мамандарының күшімен ойлап табылған, ал 1950 – жылдары электронды
құралдардың көбі транзисторлармен шықты.
1957 жылы әлемдегі миникомпьютерлердің ішіндегі алғашқы орында
тұрған Digital Equipment Corporation – DEC корпорациясы құрылды. 1961 жылы
алғашқы DEC, PDP-1 компьютерлері пайда болды. Бірнеше жылдан кейін DEC PDP-
8 үлгісін ұсынды. Бұл үлгінің негізгі жаңалығы PDP-8 компоненттерін өзара
қосатын параллель жалғанған сымдар тобы – шина болатын (Omnibus 1.1-сурет).
Шина
1.1-сурет. PDP-8 компьютерінің шинасы.
Omnibus
1964 жылы CDC ( Control Data Corporation) компаниясы орталық
процессорының ішінде жоғары дәрежелі параллелизмді қолдайтын машина
орналасқан 6600 есептеу жүйесін шығарды. Бұл компьютерді құрушы Сеймур Крей
болатын. Ол қазіргі кезде суперкомпьютер деп аталатын өте жоғарғы қуатты
компьютерлерді құрумен айналысқан. Мысалы, CDC – 6600, CDC-7600 және Cray-
1.
Екінші кезеңнің компьютерлері математикалық және программалық
жабдықталудың интенсивті түрде дамуымен ерекшеленеді, Fortran, Algol
сияқты алгоритмдік тілдер және компилятор мен интерпретаторлар құрылды.
Үшінші кезең – интегралдық микросхемалар (1965-1980). 1958 жылы кремнийден
жасалған интегралдық схеманың табылуы (Роберт Нойс) компьютерлер әлемінлегі
жаңа құбылыс болды. Ондаған транзисторларды бір микросхеманың ішінде
орналастыру мүмкіндігі туды.
1964 жылы IBM компаниясы System360 транзисторлардың негізінде
құрылған, ғылыми және коммерциялық есептеулерге арналған компьютерлер
сериясын шығарды. System360 көптеген жаңалықтардың жиынтығы еді.
Компьютерлік жүйелерде мультипрограммалау қолданыла бастады. Компьютердің
жадында бірдей уақытта жұмыс істей алатын бірнеше программа орналаса
алатын. Ассемблер тілін қолданатын компьютерлердің үлкен тобы шығарылды.
IBM компаниясынан кейін көптеген компаниялар құны мен функциясы жағынан
ғана айырмашылығы бар компьютерлердің тобын шығара бастады.
Математикалық және программалық жабдықтаудың одан әрі дамуы типтік
есептерді шығаратын программалар пакеттерінің, проблемалық бағытталған
программалық тілдердің дамуына, операциялық жүйелер деп аталатын айрықша
программалық комплекстердің құрылуына әкелді.
1950 жылдардың аяғында 1960 жылдардың басында жартылайөткізгіш
технологиялар негізінде кіші (КИС) және орташа (ОИС) интегралды схемалар
құрылды. Микросхемадағы дискретті компоненттердің санының өсуі Мур заңы деп
аталып кеткен болжам бағамына сай келді. Бұл заңды 1965 жылы Intel
фирмасының негізін қалаушылардың бірі Гордан Мур тұжырымдаған. Ол заң
бойынша, әрбір чиптегі транзисторлар саны жыл өткен сайын екі есеге көбейіп
отырады және бұл тенденция жақын арада өзгере қоймайды.
Келесі төртінші кезеңдер – (1980-). Төртінші кезең компоненттерді
өндіруге қолданылатын интегралды технологиялардың жоғары деңгейлігімен
байланысты жүйелерден тұрады. Үлкен интегралды схемалар (ҮИС) чиптерде
орналасқан мыңдай, ал өте үлкен интегралды схемалар (ӨҮИС) мыңнан астам
электронды компоненттерден тұрады.
80 жылдары дербес компьютерлердің заманының басталған кезі. Дербес
компьютерлердің қолданушылардың әртүрлі программалары үшін пайдаланылды.
IBM PC алғашқыда Microsoft корпорациясы шығарған MS DOS операциялық
жүйесін қолданылған. IBM мен Microsoft корпорациялары бірігіп MS DOS-тан
кейін OS-2 операциялық жүйесін құрды. Microsoft корпорациясы бұдан кейін
көп ұзамай MS DOS жүйесі негізінде өзінің Windows операциялық жүйесін
құрады. Төртінші кезеңнің машиналарына тән қасиеттер мультипроцессорлық
параллель-тізбектей өңдеу, жоғарғы деңгейлік тілдер, программалық
құралдардың модульділігі.
1.1. ЭЕМ-нің 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 түйіншектермен есептелді.
Есептеу көлемінің күн санап артуы есептеулерді 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 ежелге 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 металдан
жасалды. Есепшоттар бұл түрінде қайта өркендеу дәуіріне дейін
пайдаланылып келді. Оның өзгертілген түрі осы күнге дейін қолданылып
келеді.
Есепшот Ресейде ХҮІ-ХҮІІ ғасырларда пайда болған. ХҮІІ 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 калькуляторлар 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 ХІХ ғасырдан басталды.
Есептеуіш техниканың дамуындағы келесі қадам алдын ала жасалған
бағдарлама бойынша адамның қатысуынсыз есептеулер орындайтын
құрылғылар жасау болды. Мұндай 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 машинада 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
шығару құрылғылары болды. Бэббидждің идеясы өз уақытынан озық еді.
Оның машинасы өте күрделі құрылғы болғандықтан, ол кездегі техникалық
мүмкіндік мұны жүзеге асыра алмады. Басқару бағдарламасы перфокарта
деп аталған қатырма қағаздардағы тесіктердің көмегімен кодталды.
Дүние жүзі бойынша алғашқы 1846 жылы Бэббидж машинасына бағдарлама
жазған Ада Лавлейс бірінші бағдарламалаушы деп саналады.
ХІХ 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 орындады. Ол 1880 жылы АҚШ-та
жүргізілген халық санағының құжаттарын өңдеуге пайдаланылды. Өз
машинасының көмегімен 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
ІВМ фирмасына айналды.
Біздің ғасырдың 30-жылдары релелік автоматика кеңінен дамыды.
Электр механикалық реле – екі қосылған және ажыратылған (өшірілген)
позицияларды бар ауыстырып қосқыш. Оның бұл қасиеті ақпаратты
кодтауға екілік кодты пайдалануға мүмкіндік берді.
1944 жылы американ математигі Говард Айкен Гарвард
университетінде бағдарламамен басқарылатын, релелік және механикалық
элементтерге негізделген Марк-1 автоматты есептеуіш машинасын
құрастырды.
Алғашқы электрондық компьютерлерден бұрын шыққан барлық
есептеуіш машиналарға, оларды құрастырған оқымыстыларға кеңінен
тоқталмаймыз.
XX ғасырдың 1-жартысында радиотхника қарқындап дамыды.
Радиоқабылдағыштар мен радио арқылы хабар беретін құралдардың негізгі
элементі – электронды-вакуумды шамдар (лампалар) болды. Электронды шамдар
алғашқы электрондық есептеуіш машиналардың техникалық негізі болды.
Бірінші электрондық есептеуіш машина 1946 жылы АҚШ-тың Пенсильван
университетінде жасалды,оны ENIAC деп атады.
ENIAC-тың конструкторлары – Дж.Моучли мен Дж.Эккерт. Ол соншалықты
үлкен болғандықтан, оны әуелі орнынан қозғау мүмкін емес еді.
ENIAC-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 қаласында 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 аталады, бұл идея
негізінде 1949 жылы EDSAC машинасы құрастырылды.
Алғашқы ЭЕМ-дер тек бір данадан болды. Дамыған елдерде ЭЕМ-
ның 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
пайдаланылуға 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 линиялрда, содан соң
электронды-сәулелік түтікте, ал кейінірек ферриттік өзекшеде жинақталды.
1960 жылдан бастап бұрынғы Кеңестер Одағында екінші буындағы ЭЕМ-дер
шығарыла бастады. Олар:М-220, БЭСМ-3, БЭСМ-4, Урал-11, Урал-13, Урал-
16, Минск-22, Минск-32 т.б.
ХХ ғасырдың 30-жылдары біздің елдерімізде Феликс атты арифмометр
ойлап табылды. Бұл есептеу машинасы бірнеше онжылдық бойына сандық
ақпараттың үлкен массивін өңдеуге байланысты адам еңбегін жеңілдететін
негізгі құрал болды. Ал ХІХ ғасырда маңызды мәселенің бірі ағылшын
математигі ойлап тапқан қазіргі компьютерге ұқсас келетін есептеуіш
машинасы болды. 1812ж. бұл құрал есептеуіш машинасы деген атпен жұмыс
істеді. Алдындағы Паскаль, Лейбниц машиналары тек арифметикалық амалдарды
орындаса, Ч.Бэббидж нақты программа арқылы функциясының сандық мәнін табуды
орындайтындай етіп құрастырған. Бэббидж ондық санның бір разрядын есте
сақтайтындай етіп, өз машинасының негізгі элементі ретінде тісті
дөңгелектер пайдаланды. Нәтижесінде бұл машина 18 разрядты сандармен
әртүрлі операциялар орындайтын болды. Ал 1833ж. аналитикалық машина деп
аталатын, құрал ойлап тапты. Бұл машина алдыңғы машинаға қарағанда
жылдамдығымен ерекшеленеді. Жоба бойынша бұл машина бу күшінің көмегімен
жұмыс істейтін болған. Аналитикалық машина үш негізгі блоктан тұратын
механикалық машина болды. Бірінші блок сандарды бір жүйеден келесі жүйеге
ауыстыратын және сандарды сақтайтын тісті дөңгелектер жүйесінен тұратын
регистр. Екінші блок арифметикалық операцияларды орындайтын құрылғы
Бэббидж оны диірмен деп атады. Үшінші блок амалдарды орындау ретін
басқаратын болды. Сонымен қатар бұл аналитикалық машина құрылысына
мәліметтерді енгізу және нәтижені баспаға шығару енді. Бұл машина программа
бойынша операциялар орындаусыз ретін және сандарды жадыдан диірменге немесе
керісінше ауыстыру амалдарын орындаған. Программа кодталып, перфокартаға
көшірілетін болған. Сол кездерде мұндай карталар мата станогын
автоматтандыруға қолданылған болатын. Осы уақытта ағылшын ақыны Лорд
Байранның қызы Ада Лавлейс Бэббидж машинасына арнап программалар құра
бастады. Ол қазіргі кезге дейін қолданыста жүрген көптеген ұғым терминдерді
енгізген болатын. Бірақ өкінішке орай Бэббидж машинасы жобасының даму
технологиясы жеткіліксіз болып сол күйінде қалды. Соған қарамастан оның
көптеген айлары осындай есептеуіш машиналарын ойлап тауып, қарастыруға
көмектесті.
1888ж. Герман Холлерит АҚШ халқын есептеуді жеңілдету, автоматтандыру
мақсатында перфокартаға енгізілген ақпаратты электр тогымен шифрлейтін
табулятор ойлап тапты. Бұл құрылғы 8 жыл уақыт келтіретін есептеудә 5 жылға
қысқартып, 3 жылда ғана есептейтін болды. 1924ж. Холлерит табулятор
шығарылатын ІВМ фирмасының негізін қалады. Есептеу техникасының негізін
қалады. Дамуына зор үлес қосқан математиктер ағылышндық Алан Тьюринг және
американдық Э.Поста болған.
ЭЕМ-нің бірінші буыны. Электронды вакуумды лампалардың пайда болуы.
Есептеуіш машиналар құруға әкеп соқтырды. Ол алғаш рет 1946ж. АҚШ-та ENIAC
деген атпен пайда болды. ENIAC – Electronic Numerical Integrator and
Calculator аудармасы электронды санағыш және калькулятор.
Электронды есептеуіш машиналардың даму тарихы осы кезден басталды.
Электронды есептеуіш машиналардың ары қарай дамуы жаңа элементтер және іс-
әрекеттер принциптерінің пайда болуы, яғни элемент базасының дамуы
үрдісімен анықталады. Осы кезге дейін есептеуіш машинаның бірнеше буыны
бар. ЭЕМ деп әртүрлі конструктор ұжымдардың ғылыми техникалық принциптерге
сүйене отырып жасаған. ЭЕМ-нің барлық типтері мен моделдері әрбір келесі
буын өзінің жаңа электронды элементтерінен құрастыру технологиясымен
ерекшеленеді.
І буын 1946-1950ж. ортасы бұл буынның элементтік базасы арнайы
шассиға орнатылған электронды вакуумды лампалар, сонымен қатар резистор
және конденсатор. Элементтер өзара сым арқылы жалғасты. ENIAC 20 мың
электронды лампа болған. Оның 2 мыңы ай сайын ауыстырылып отырған. Бұл
машина бір секунд ішінде көп таңбалы сандардың 5 мың қосындысын немесе 300
мың көбейту операциясын орындаған.
Кейін әйгілі Джон фон Нейман және оның әріптестері 1950ж. ЭЕМ-нің
жаңа типті логикалық құрылысының принципінің негізін қалады. Бұл машина
ENIAC жыл басында жүзеге асты. Олардың айтуы бойынша ЭЕМ электронды
негізде құрылып, екілік санау жүйесінде жұмыс істеу керек болды. Оның
құрылуына мыналар кірді. Арифметикалық орталық басқару есте сақтау
мәліметтерді енгізу және нәтижені шығару. Сонымен қатар ғалымдар 2
принципті қалыптастырды.: 1) командаларды ретімен орындаудың программалық
басқару принципі; 2) программаны сақтау принципі.
Кейінгі көптеген ЭЕМ-лар осы принциппен құрастырылып Фон Нейман
архитектурасы деп аталды.
Алғашқы отандық ЭЕМ 1951ж. академик С.А.Лебедев басқаруымен құрылып,
МЭСМ (малая электронная счетная машина) деген атқа ие болды. Кейін осы
тұрғыда БЭСМ (большая электронная счетная машина) 2 пайда болды. 50-жылдары
Еуропада ең қуатты ЭЕМ болып жылдамдығы 20000 опс және оперативті жадының
көлемі 4000 машиналық сөз енген отандық М-20 ЭЕМ болды.
Осы кезден электронды отандық машиналардың қарастырылуы үлкен
қарқынмен жүріп жатты. Өнімділігі жағынан сұранысқа ие болған БЭСМ-6 ЭЕМ-сы
құрастырылды (1млн.опс).
І буынды ЭЕМ-дың сипаттамасы. 1) элементтік базасы: электронды
вакуумды лампа, резистор, конденсатор; 2) алатын орны: арнайы машиналық
зал; 3) жылдамдығы 10-20 мың опс. 4) жиі істен шығатын болғандықтан
қолдану өте қиын болды. Машина қызып кетеді. 5) программалау машиналық
код. Ол үшін машинаның барлық командасын оның екілік түрде бейнелеуін және
ЭЕМ-нің әртүрлі құрылымын білу керек болды. Онымен математик программистер
басқару пульті көмегімен жұмыс жасады. Бұл машинамен жұмыс істеу арнайы
жоғары кәсіптілікті қажет етті.
ІІ буын бұл кезең 50-жылдардың соңымен 60-жылдардың соңынан алып
жатыр. Электронды лампалардың орнына транзистор келді. Бұл ЭЕМ-нің
элементтік базасын жартылай өткізгіштік элементке өзгертті сонымен қатар
резистор және конденсатордың жаңа түрлері пайда болды. 1 транзистор, 40
электронды лампаны ауыстырды. Ол арзан ыңғайлы және жылдамдығы үлкен болды.
Оның орташа жұмыс істеуі электронды лампаға қаарғанда мың есе көп болды.
Сонымен қатар элементтік базаны жалғау технологиясы да өзгерді. Алғашқы
баспа платалар пайда болды. Бұл платада транзистор, диот, сияқты элементтік
базаны орналастыратын арнайы орындар болды.
ІІ буынды ЭЕМ-нің сипаттамасы. 1) элементтік база: жартылай
өткізгіштік элемент, элементтерді жалғау плата арқылы; 2) алатын орны:
адам бойынан сәл жоғары арнайы машиналар; 3) жылдамдылығы, өнімділігі: 1
млн.опс; 4) қолданылуы: ыңғайлы бірнеше ЭЕМ орналастырылған есептеу
орталығы. Осылай компьютердегі ақпаратты жалпылама өңдеу түсінігі шыққан.
Егер бір элементтен жанып кетсе, істен шықса, барлық платаны өзгерту керек
болды. 5) программалау алгоритмдік тілге көшті. Программистер өз
программаларын перфокарта магниттік ленталарға салып, арнайы оқытылған
операторларға берді.
ЭЕМ-нің ІІІ буыны бұл кезең 60-жылдар соңынан 70-жылдардың соңына
дейін созылды. Есептеу техникасының дамуы транзистордың орнына жаңа буынды
интегралды схема пайда болды. 1958ж. Джон Келби алғашқы интегралдық
схемасын құрды. Бұл схемаға ондаған, жүздеген және мыңдаған транзистор және
басқа элементтерде енген. Бұл интегралды схема ІІ буынды элементтік базаның
қызметін орындады. Бірақ өлшемдері кішірейіп жұмыс өнімділігі көбейді.
Алғашқы электронды схемалармен құрастырған ЭЕМ-сы ІВМ-360 электронды
машинасы болады. Осылай ІВМ фирмасының машиналары шыға бастады. Ал
жалғасқан нөмірі моделдің қаншалықты дамытылған екендігін көрсетті.
Осындай электронды есептеуіш машиналарын басқа елдерде де шығара
бастады. СССР, Болгария, Венгрия, Чехословакия, Германия, Польша.
ІІІ буынды ЭЕМ-нің сипаттамасы. 1) элементтік база: интегралдық
схема; 2) алатын орны: адам ойының жартысына жуық; 3) өнімділігі: 100 мың
млн.опс; 4) қолданылуы жөндеу жұмыстары алдыңғы қатарлы буындарға
қарағанда ыңғайлы жеңіл жүйелік программист жұмыс жасайды; 5) программалау
алдыңғы буындағы сияқты, бірақ адамдармен компьютер арасындағы байланыс
өзгертілген. Көптеген есептеу орталықтарында орталық ЭЕМ-ға арнайы
қосылатын программистер болды. 6) ЭЕМ-нің құрылымындағы өзгерістер
микропрограммалау тәсілімен қатар моделдеу принципі қолданылды. Енгізу және
шығару құрылғылары бір тізбек бойымен жалғасты. Жадының көлемі кеңейтілді.
Сонымен қатар дисплей пайда болды.
ІV буын бұл кезең ең ұзақ кезең болды. Ол 70-жылдардың соңынан осы
кезге дейінгі кезеңді алып жатыр. Осы уақыт аралығында ЭЕМ-нің жұмыс жасау
принципі түгелімен ауысты деуге болады. Ең негізгі жаңалықтардың бірі бір
уақытта көптеген ақпараттарды өңдеу болды. 80-жылдар интегралды схемалардың
жаңа технологиясы үлкен интегралды схема пайда болды. Бұл құрылғының пайда
болуы микропроцессорды шығарды. Ең алғашқы микропроцессор 1971ж. INTEL
фирмасында құрастырылды. Процессорлар 2250 транзисторда болды.
Микропроцессор пайда болып, алғашқы дербес компьютерлер құрастырылып,
құрыла бастады. Сол кездегі кең қолданыста болған дербес компьютерлер жас
американдық ғалымдар С.Джобса, В.Возняк аттарымен байланысты. Олар дербес
компьютер шығаратын Apple Computer фирмасының негіз қалады. Фирманы Apple
атау себебі достықты білдірді. 1982ж. ІВМ фирмасы дербес компьютерлерді
шығара бастады. Кейін ІВМ РС компьютерлері қолданыста пайда болады.
1.2. Қазіргі заманғы компьютерлердің даму кезеңдері.
Жады.Орталық процессор жедел жадтағы мәліметтермен байланыс жасайды,
(жадының физикалық құрылғысы жедел жады немесе RAM – Random Access Memory).
Компьютер қолданушы бағдарламасының жұмысы ішкі жадыдан жедел жадтан
оқығаннан басталады. Жедел жад орталық процессормен синхронды жұмыс
істейді және шамалы уақыт қатынауға болады, жедел жад тек ток көзі қосылып
тұрғанда ғана мәліметтерді сақтайды. Ток көзін өшіргенде мәліметтерді
жоғалтады, сондықтан қолданушы үлкен көлемді мәліметтермен ұзақ уақыт жұмыс
жасағанда үнемі сақтап отырған дұрыс. Жедел жад динамикалық және статикалық
болып бөлінеді. Динамикалық жад тесік шелекті еске түсіреді, егер үнемі
суды құйып тұрмаса, ештеңе қалмайды. Динамикалық жадқа үнемі құю
регенерация деп аталады және жүйенің тез жұмыс істеуін миллисекундқа
төмендетіліп өндіріледі. Бірақ бұл кемшіліктер қарапайым орындалумен үлкен
көлемді динамикалық жад микросхемасы алынады. Статикалық жады ток көзі
қосылып тұрғанда жазылған мәліметтерді сақтау сенімді, аз уақытқа қатынас
алады, кішкене ток қолданады, бірақ оның микросхема көлемі шектеулі.
Осындай микросхема мүмкіндігі жоғары, сондықтан компьютерлік
техникада оларды КЭШ-жадыны (сверх-ОЗУ) құруда қолданады. Жедел жад негізгі
сипаттамасы болып: жады ұяшығының саны (адрестер) және мәліметке қатынау
уақыты кезінде ақпарат жадыға жазылып жатқанда немесе одан оқығанда.
Жедел жад негізі жады микросхемасы (chips) олар блокқа бірігіп
(банкілер) әртүрлі конфигурация болып келеді. Банкілерді комплектілегенде
әртүрлі микросхемаларды қатынау уақытында олардың айырмашылығы 10 нс-тен
үлкен болмауын қадағалауды қажет етеді.
Жүйені функционерлеу үшін жедел жад және орталық процессордың тез
жұмыс істеуіне келісіміне үлкен мән беріледі.
Мынадай жедел жадылар бар: SIMM (Single In-Line Memory Module) және
DIMM (Dual In-Line Memory Module).
Жүйелік тақшаға SIMM модулін сыңарымен процессорының сыртқы шиналар
разрядтылығымен байланысты. Мұндай тәсіл жедел жадының көлемін варьирлеуі
үшін үлкен мүмкіншілігі мұндай тәсіл орнатуды көрсетеді.
Бастапқыда аналық (жүйелік) тақша екі разъемдіде қолданады, бірақ
ұзақ уақыт бойында олар DIMM разъемдарымен комплектіленеді. Қазір жедел жад
орнына SIMM, DIMM, RIMM, SO-RIMM модулдері қолданылады. Олардың барлығы
әртүрлі сандағы кантактілері бар. SIMM модулі қазір ескі жүйелік (аналық)
тақшаларда кездесетін, ал олардың орнына 168 контактілі DIMM келді. SO-
DIMM және SO-RIMM модулдері аз мөлшерлі контактілерді DIMM және RIMM
стандарттыларға қарағанда портативті құрылғыларда кеңінен қолданылады. RIMM
модулін Intel 820 жаңа чипсетінде кездестіруге болады.
1.2.1.Микропроцессор даму буындары.
Микросхемаларды өндіру технологияларының дамуы логикалық алмасу
схемаларының орналасу тығыздығын арттыра түсуге мүмкіндік берді. 1971жыл
процессордың барлық компоненттерін бір корпусқа жинақтаған Intel фирмасының
4004 микросхемасының туған жылы болды. Бұл жыл – құрылғылардың жаңа түрі
микропроцессордың пайда болған жылы. 1972 жылы Intel фирмасы 8 разрядты
8008 микропроцессорын жасады, ал 1974 жылы Intel жылы 8080 үлгісін ұсынды.
Шамамен сол кезде 16 разрядты микропроцессорларды жасау қолға алына
бастады. Бірінші 16 разрядты микропроцессор Intel компаниясының 8086 үлгісі
еді. 1981 жылы Bell Labs пен Hewlett Packard 32 разрядты
микропроцессорларды жасауды қолға алғаны жайлы хабарлады. Intel өзінің 32
разрядты 80386 микропроцессорын 1985 жылы шығара бастады.
1989 жылы 486 процессоры шықты. Ол математикалық сопроцессордан,
конвейрден және бірінші деңгейлі кэш жадыдан тұратын. Оның бұйрықтар тобы
да кеңейтілді. 1993 жылы Intel Pentium процессорын шығарды. Pentium ІІ –
процессоры 1998 жылы шықты. 1999 жылы Pentium ІІІ – процессорының Pentium
ІІ –ден айырмашылығы ол жылжымалы нүктелі деректермен амалдар орындауы
тездететін 128 биттік сегіз регистрлермен толықтырылған. 2000-жылдан
бастап Pentium 4 процессоры шыға бастады.
1.2.2. Жады.
Компьютердің жады - оның құрамына міндетті түрде енетін
элементтердің бірі. Ол бірнеше түрге бөлінеді және бір-бірінен өлшеміне,
ақпаратты сақтау мерзіміне және т.б. параметрлеріне қарай ажыратылады.
Жадтың көлемі байтпен байланысты. Бір байт сегіз биттен тұрады. Бит
деп 0 мен 1 мәндерінің біреуін ғана қабылдай алатын ақпарат өлшемінің ең
кіші бірлігін айтады. Сонымен 1 байт көлемдегі жадқа бір символ сақтауға
болады. Қазіргі кездегі компьютерлердің жадының көлемі миллиондаған байтқа
жетеді, сондықтан оны килобайт, мегабайт, гигабайт арқылы қысқаша
өрнектеген ыңғайлы:
▪ 1Гбайт = 1024 Мбайт
▪ 1Мбайт = 1024 Кбайт
▪ 1Кбайт = 1024 байт.
Жедел жад(ОЗУ) немесе жедел есте сақтау құрылғысы ақпараттың
кез-келген бөлігіне лезде қатынауды қамтамасыз етеді. Бірақ компьютерді
өшірген кезде жедел жадтағы барлық ақпарат бірден жойылады. Дербес
компьютерлердің жедел жадының өлшемі жылдан жылға өсіп келеді. Pentium
типтес компьютерлердің жедел жадының көлемі 8 Мбайттан 256 Мбайтқа жетеді.
ОЗУ-дың құрылысы оны үнемі ұлғайып отыратындай етіп жасалынған. ОЗУ-дың
құрылысы оны үнемі ұлғайып отыратындай етіп жасалынған. Компьютердің жедел
жадының көлемі өскен сайын оның есептеу жылдамдығы артады.
Тұрақты жад (ПЗУ) – стандартты программаларды, өзгермейтін
мәліметтерді және жүйелік ақпаратты (BIOS, таңбагенераторларының кестесін
және т.б.) энергиядан тәуелсіз сақтауға арналған жад. Компьютер жұмысы
кезінде бұл жадтан мәліметтерді тек оқуға болады, ал оған ақпарат жазу
арнаулы құралдар (программалаушылар) арқылы жүргізіледі. Жадтың өзгермейтін
түрін құрады. Мұнда компьютер құрылғыларын басқаруға арналған жүйелік
программалар орнатылған. Компьютерді іске қосқаннан кейін жабдықтарды
біртіндей тестілеу процесі басталады. Процессор мен бейнеадаптерді тестілеу
процесін басқаратын программа орындалады.
2. ДК-дің элементтері мен перифериялық құралдары.
Дербес компьютер өнеркәсіп бұйымы ретінде өзара жалғастырушы кабельдермен
байланыстырылған бірнеше құрылғылардан тұрады. Блоктардың тізімі әр түрлі
болуы мүмкін, бірақ кез келген компьютер жұмыс істеуі үшін, үш блоктан
тұратын жинақ керек. Басқа құрылғылардың барлығы қосымша деп аталады.
Оларға принтер, дыбыс колонкалары, құлаққап, микрофон, модем, сканер,
манипуляторлар: маус, трекбол, терте (джойстик) жатады.
Компьютердің аталған негізгі жинағының басты элементі – жүйелік блок. ДК
жүйелік блогы – компьютердің негізгі тораптары орналасқан тік төртбұрышты
қорапша, онда: микропроцессоры мен жедел жады және т.б. бар аналық тақша,
адаптерлер, қоректендіру блогы, иілгіш және қатқыл дискідегі жинақтауыштар,
контроллер, ажыратпалар орналастырылған.
Монитор – мәтіндік және графикалық ақпараттарды экранға шығаруға
арналған, теледидарға ұқсас құрылғы.
Пернетақта – ақпараттармен ДК-ні басқару командаларын енгізу қызметін
атқарады.
Бұлардан басқа, компьютердің тағы көптеген құрылғылары бар, оларды енгізу-
шығару құрылғылары деп аталады.
Дербес компьютердің барлық элементтерін ақпаратты енгізу-шығару, өңдеу
құрылғыларына бөлуге болады.
Енгізу құрылғыларына пернетақта, манипуляторлар, микрофон, модем жатады.
Шығару құрылғылары: монитор, құлаққалқа, принтер, модем, дыбыс бағандары
(колонка). Бұл құрылғылардың бәрі ДК-нің аппараттық жабдықтамасына жатады.
Бірақ компьютер жұмыс істеуі үшін, оны бағдарламаалық жабдықтама қажет. ДК
бағдарламалық жабдықтамасыз жай ғана темір-терсек болып қалады.
Бағдарламалық жабдықтама аппараттық құралдардың жұмысын басқарады,
пайдаланушылар мен бағдарламалардың қолданбалы кешендеріне қызмет
көрсетеді, компьютерде нақты мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
2.1. Орталық процессордың жалпы құрылымы.
Орталық процессор Central Processor Unit (CPU) – бұл машиналық
инструкция процессоры, компьютердің аппаратты қамту бөлігі, негізгі
жұмыстарды, ақпаратты өңдеуге орындауға жауап береді.
Анықтамаға сәйкес процессор компьютерде жүріп жатқан барлық ақпараттарды
өңдеумен айналысады. Сонымен, экранда болып жатқан мәтінді теруден бастап
фильмге дейін қайта кодтаудан аяқтау орталық процессорсыз (CPU) орындау
мүмкін емес еді. Монитордағы бейнелерді бейнелеуге видеоадаптер жауап
береді, ол керекті мәліметті орталық процессордан алады.
CPU- бұл жинақталған конвейр, кейбір іс-әрекеттерді жіберетін деталдарды
шығарады.
Процессор интегральдық схема түрінде орындалатын, басқару тізбегінен,
регистрлардан, сумматорлардан, есептеуіш әмірлерінен аз көлемді, өте жылдам
жадыдан тұрады.
Жалпы жағдайда процессор астында сандық формада (екілік коды) берілген
мәліметтерге операция жасайтын жинақ құрылғысы деп түсінеді. Есептеу
техникасында процессорды орталық процессор құрылғысы (CPU) ретінде
түсіндіріледі, таңдау декодтау және әмірлерді орындау, сонымен қатар
жіберу және басқа құрылғылардан ақпарат қабылдау әдісін меңгереді. Жай
айтқанда процессор – бұл электронды схема, ақпараттарды талдауды орындайды.
Қазіргі дербес компьютерлерді процессор бөлек микросхема түрінде болғанда
шығара бастады. Процессорды IBM – сәйкес компьютерлерді өңдеу және шығару
формалар саны көп емес. Қазіргі уақытта бізге белгілі: Intel, Cyrix, AMD,
Nex Gen, Texas Instrument...
Процессорлардан басқа IBM – сәйкес дербес компьютердің негізін толық
процессорлар класы құрайды. Параллельді платформаны құрайтын (ең белгілер
арасында – Apple американ фирмасының дербес компьютерлері оларда Power PC
типті процессоры қолданылады, басқа принципиалды архитектурасы бар,
Motorola және т .б. фирмалар шығаратын) дербес компьпютерлер өнімділігі
Power PC процессоры негізінде өнімділігі жоғары, ІВМ – сәйкестерге
қарағанда, сондықтан бағасындағы айырмашылыққа, профессионалдыққа мән
береді.
CPU өнімділігі келесі негізгі параметрлермен сипатталады:
• Интеграция әдісі;
• Ішкі және сыртқы мәліметтерді өңдеу разрядтылығы;
• Тактілік жиілігі;
• Жадымен, CPU адрестеледі.
Тактілік жиілік қанша элементарлы операциялар (тактілер) микропроцессор
бір секундта орындайтынын көрсетеді (МГц өлшенеді).
Микросхемалар интеграция дәрежесі бірлік ауданында қанша
транзисторлар (ең қарапайым кез келген микросхема клиенті) сиятынын
көрсетеді. Pentium Intel процессоры үшін бұл көлемі 3 млн-ді 3,5 кв.см
жуық, ал Pentium Pro – 5 млн құрайды.
Процессор үшін ішкі (жеке) тактілік жиілік процессоры және сыртқы
(сыртқы шинада мәліметтерді жіберу жылдамдығын анықтайды). Жедел жад (ОЗУ)
адрес саны процессорға жеткілікті адрестік шина разрядтылығымен анықталады.
2.1.1. Орталық процессордың негізгі элементтері және қолданылуы.
Есептеу техникасының дамуы орталық процессорлардың жетілдірілуімен
бірге жүзеге асады. Процессорлардың жаңа модельдері тек өнімділіктің өте
жоғарылығымен ғана емес, сонымен қатар жаңа мүмкіндіктерімен де
ерекшеленеді (жаңа регисторлар, архитектурадағы жаңа компьютерлік жинақтар
және жаңа өзгертулер).
Процессорлардың жаңа модельдерін жасаушылар қайтарымды сыйымдылық
принципіне негізделеді, яғни процессорлардың жаңа моделі қолданыста бар
архитектура негізінде жасалады. Дербес компьютерлердің орталық процессорлар
нарығында қазіргі уақытта басты орынды Intel фирмасының х86 түрдегі моделі
иеленуде. 1993 жылы Pentium процессоры пайда болды. Ол х86
архитектурасының процессорларының көптеген қасиеттерін игерумен тығыз
байланысты.
Командалар жүйесінің архитектурасы. CISC және RISC процессорларының
классификациясы. Командалар жиынтығының архитектурасы аппаратура және
программалық жабдықтаудың арасында шекара ретінде болады және ол
программистке және командаларды қолданушыға көрінетін жүйесінің бөлігі.
Компьютерлік өндірісте қазіргі таңда 2 негізгі архитектуралар қолданып
жүр. Олар: CISC және RISC.
Толықтай командалар жиынтығы бар (CISC – Complete Instruction Set
Computer) микропроцессорларды дайындау лидерлері ретінде х86 сериялы және
Pentium процессорымен Intel компаниясы болып табылады. Бұл архитектура
микрокомпьютерлер нарығында стандарт түрінде қарастырылады.
CISC-процессорлары үшін мыналар тән: жалпы тағайындалуға байланысты
регистрлер санының көп болмауы; машиналық командалардың көп болуы;
адресация тәсілдерінің көп болуы; әр түрлі деңгейдегі командалар форматының
көп мөлшері; командалық 2 адрестік форматының басым болуы; регистр-жады
типіндегі өңдеу командалары.
Қазіргі таңдағы жұмыс станциялары және сервер үшін командалардың
азайтылған жиынтығының архитектурасы қолдануда (Reduset Instruction Set
Computer).
RISC-процессорларға мыналар тән: регистрлік терезелердің қолданылуы,
жай жадының өте жоғары регистрлерден бөлініп шығуы; конвейрлік өңдеуді
тиімді жүзеге асыру; өңдеу командаларының жадымен жұмысынан бөлініп
тасталуы; кез келген команданы өз көлемдегі машинаның тақта орындау.
Pentium процессоры өзінің ізашарларына қарағанда, бір қатар
характеристика бойынша арта түседі. Оның басты өзгешеліктері: екі ағынды
суперскалярлық құрамы, командалардың паралельді орындалуы, әр такт кезінде
екі операция арасында таңдауға аранлған, командалар мен деректердің екі
каналды көп ассоциативті кэш жадыларының бар болуы, өту кездерінің
динамикалық болжауы, екілік жүйенің 80х86 процессорларымен біркелкілігі.
2-суретте Pentium 4 процессорының схемасы ұсынылған. Ең басынан бұл
процссордың микроархитектурасы суперскалярлық өңдеуіне негізделеді. Негізгі
командалары екі егеменді құрылғы бойынша таралады (конвейер U және V). U
конвейері х86 процессорының кез келген командаларын орындап, оның бүтін
санды мен жылжымалы нүктелі командаларын орындайды. V конвейері тек
қарапайым командаларды орындап, бүтін санды командалар мен кейбір жылжымалы
нүктелі командаларды орындайды. Командалар осы екі құрылғыларға бірдей бір
мезетте бағытталуы мүмкін, осы бір такт кезінде басқару құрылғысы күрделі
команданы U конвейеріне, қарапайым команданы V конвейеріне бағыттайды.
Бұндай бағыттаулар тек қарапайым, бүтін санды командалардың жиыны шектеулі
болған кезде ғана орындалады. Бір конвейерде команданың тоқтауы, екінші
конвейердегі команданың тоқтауына әкеп соғады.
2-сурет. Pentium процессорының қарапайым схемасы.
Pentium процессорларында командалар мен мәліметтердің бөлек кэш-жадысы
қолданылады. Ол өзінің кезегінде қатынастардың тәуелсіздігін қамтамасыз
етеді. Кэш-жады 2 реттік бөліну принципіне негізделіп жасалған; ол бір
уақытта кэш-жадының бір жолында жазылған 2 сөзді оқуға мүмкіндік береді.
Процессорда өтудің динамикалық болжауына бағытталған механизм
қарастырылған. Осы мақсатпен кристалда кішкентай кэш-жады орналастырылған.
Ол өткізудің адрестерінің мақсаттық буфері деп аталады (ВТВ), командаларды
орындайтын тәуелсіз 2 буфері бар (әр конвейерға 32 биттік 2 буфер).
Әрбір процессор микросхемасында басқа құрылғылармен ақпарат алмасу
үшін пайдаланылатын, түйіндер жиынтығы бар (2.1-сурет).
Орталық процессордың микросхемасы түйіндерін 3 типке бөлуге болады:
• Адрестік;
• Ақпараттық;
• Басқарушы.
Адрестеу Шина арбитражы
Деректер Қосымша процессор
Шинаны басқару Үзу
Қалып-күй Басқа сигналдар
Жерге қосу символы
Ф +5 V
Синхрондаушы
сигналының Кернеу 5В
символы
2.1-сурет. Кәдімгі орталық процессордың құрылуы.
Бұл түйіндер жады процесіндегі сәйкес түйіндермен және енгізу-
шығарып тастау құрылғыларымен байланысты.
Информациялық және адрестік түйіндердің саны процессордың
өнімділігін анықтайды.
m адрестік түйіндері бар микросхеманы естің 2 m ұяшығына айналуы
мүмкін. Әдетте m 16, 20, 32 немесе 64-ке тең болады. n информациялық
түйіндері бар микросхема 1 операция кезінде n-биттік сөзді салыстырып оқып,
немесе жаза алады. Әдетте n 8, 16, 32, 36 немесе 64-ке тең болды.
2.1.2. Компьютерлік жады құрылымы.
Кез келген компьютердің ең негізгі құрамдас бөлігі ол – жады. 2-
суретте жады жүйесінің қалай құрастырылғандығы көрсетілген.
Кірудің орта уақыты Орта көлем
1 н 1 Кбайт
2 н 1 Мбайт
10 нс 64-612 Мбайт
10 мс 5-50 Гбайт
100 с 20-100 Гбайт
2.2-сурет. Жадының кәдімгі тармақтық түрі.
Жоғарғы қабат орталық процессордың ішкі регистрлерінен құралады.
Олар процессор жасалған материалдардан жасалады және олар процессор сияқты
өте жылдам жұмыс істейді. Ішкі регистрлер 32-разрядтық процессорда 23 х 23
битті сақтауға, ал 64-разрядты процессорда 64 х 64 битті сақтауға мүмкіндік
бар. Программалар аппаратураның қатысуынсыз регистрлерді басқаруға алады.
Келесі қабатта құрал-жабдықтармен байланысатын кэш-жады орналасқан.
Оперативті жады кэш-жолдарға бөлінген, әдетте ол 64 байт болады, ал
адресация мен нөлдік жолда 0-ден 63-ке дейін, ал бірінші жолда 64-тен 127-
ге дейін және т.б. Кэштің көп қолданылатын жолдары орталық процессорлардың
ішінде немесе оған өте жақын орналасқан жоғары жылдамдықты кэш-жадыда
сақталады. Программаға жадыдан бір сөзді оқу керек болатын болса, онда кэш-
микросхеманы, кэшта осындай жол бар ма, әлде ондай жол жоқ па екендігін
тексереді. Егер осындай болатын болса, онда кэш-жадыға тиімді хабарласу
кезінде уақыт көп жұмсалады. Кэш-жадының көлемі өте шектеулі, сол себептен
оның бағасы өте жоғары болады. Кейбір машиналарда кэштің 2 немесе 3 деңгейі
бар, олардың кейінгілері алдыңғылардан баяу және үлкендеу болып келеді.
Жедел жад. Жедел жад – бұл компьютердің ішкі жады. Жедел жад
немесе оперативті жадтайтын құрылғы (ОЖҚ) – ол қажет ақпараттарды өзіне
жылдам жазуға және одан оқуға мүмкіндік береді. Бірақ онда ақпараттар
уақытша сақталады, яғни компьютерді өшіргенше. Егер компьютерді өшірсе,
онда жедел жадтағы барлық ақпарат жойылады (өшеді). 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 операциялық жүйе іске қосылады.
Жедел (оперативті) 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 ЖЖҚ(ОЗУ): жедел жадтайтын құрылғы.
құрылғы.
Ақпартты тұрақты сақтауға арналған Ақпартты уақытша сақтауғы арналған
жад. жад.
Компьютерді өшіргенде, ТЖҚ-дағы Компьютерді өшіргенде, ЖЖҚ-дағы
ақпарат бұзылмайды. ақпарат бұзылдаы.
Мұнда сақталған командаларды тек Мұнда жазылған командаларды оқуға да
оқиды, бірақ жаңа ақпарат жазуға әрі жаңа командалар, ақпарат жазуғңа
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.
Негізгі жады - ақпараттарды сақтау құрылғысы. Ол оперативті және
тұрақты еске сақтап отыратын құрылғылардан құрылады. Оперативті еске
сақтайтын құрылғы (орысша баламасы ОЗУ), белгілі бір уақытта орындалатын
программаларды дискіден көшіріп отырады. Оны көбінесе оперативті жады деп
те атайды.
Компьютердің оперативті жадысы (ОЗУ), немесе Random Access Memory
мәліметтерді қысқа мерзімге сақтау үшін қызмет етеді. Кез келген
бағдарламаның, операциялық жүйенің де, жұмыс істеуі үшін іске қосу кезінде
бағдарламаның бір бөлігін қарауға оперативті жады талап етіледі.
Программаның жұмысы аяқталған кезде немесе компьютерді өшіргенде оперативті
жадыда сақталған мәліметтер жойылып кетеді.
Оперативті жадының көлемі мегабайтпен (Мб) өлшенеді. Қазіргі
заманғы қосымша программалардың көпшілігі жұмыс істеу үшін 64 Мб оперативті
жады көлемі қажет және іске қосылған программаның әрбірі жады талап етеді.
Компьютерлік ойындар, бейнелік және дыбыстық үлкен программалар және
дыбыстық үлкен программалар одан да көбірек жады көлемін қажет етеді. Қазір
компьютерлерге ең аз дегенде 256 Мб оперативті жады орнатылады.
Егер компьютерде орнатылған жадыдан үлкен жадыны талап ететін
программаны іске қосатын болсақ, онда оның жұмыс істеу жылдамдығы бірден
құлдырайды, тіптен компьютер мүлдем тұрып қалады. Өнімділік тұрғысынан,
компьютерде неғұрлым үлкен жады орнатылса, солғұрлым жақсы. Оперативті жады
ішкі жады болып саналады да, сыртқы жадыға мысал бола алатын тұрғылықты
диск немесе ықшам дисктен ерекшеленеді. Тіпті компьютер өшірілгеннен кейін
де сыртқы жадыда сақталады.
Тұрақты есте сақтайтын құрылғы (ТЕСҚ) – ол оперативті және
тұрақты кезде жазылатын тұрақты ақпараттар сақталуының жері. Тұрақты жады (
ROM, Read Only Memory – тек оқуға ғана арналған жады) – энергияға тәуелсіз
жады, бұл өзгертулерді қажет етпейтін мәліметтерді сақтау үшін қолданылады.
ТЕСҚ-ны тек оқуға ғана болады.
Қайта программаланатын тұрақты жады (ҚПТЖ, Flash Memоry). Өзінің
мазмұнын қайта жазуға болатын энергияға тәуелсіз жады. Тұрақты жадыға
процессордың жұмысының басқару программасы жазылады. ҚПТЖ-да дисплейді,
пернетақтаны, принтерді, сыртқы жадыны басқару, компьютерді іске қосу және
тоқтату, құрылғыларды тестілеу программалары орналасқан.
BIOS (Basic InputOutput System - енгізу және шығару базалық
жүйесі) – компьютер іске қосылғаннан кейін құрылғыларды автоматты түрде
тестілеу; операциялық жүйені жадыға қосу үшін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- 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
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz