Жоғары интегралдық схемалар

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 19 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР

Кіріспе 3
Компьютерлер әлеміндегі эволюция 4
Электронды-есептеу машиналарының жетілу сатылары 6
Электронды-есептеу машиналарының 1-буыны 6
Екінші буындағы электронды-есептеу машиналары 8
Үшінші буындағы электронды-есептеу машиналары 9
Келесі буындағы электронды-есептеу машиналары 15
Микропроцессорлар 17
IBM PC ашық түрдегі архитектуралы компьютері 18
Қорытынды 23

Кіріспе

Адамзат баласы дамудың барлық тарихи кезеңдерінде есептеу жұмыстарын
жүргізіп отыруға әрқашанда мұқтаж болды. Алғашқы кезеңдерде оған, аяқ-қол
саусақтары секілді қарапайым құралдар жеткілікті болды.
“Компьютер” сөзі “есептеуіш” мағынасын білдіреді яғни есептеуге
арналған құрылғы.
1642 жылы Блез Паскаль механикалық түрде, сандарды қосатын,
құрылғы ойлап тапты, ал 1673 жылы төрт арифметикалық амалдар
орындайтын арифмометр жасалып шығарылды. Алғашқы компьютер 1946 жылы
құрастырылған. Ал бірінші дербес компьютер 1970 жылы шықты .
Ал біз жұмыс істеп күнделікті көріп жүрген компьютерлеріміз 1980 жылы
шыққан ЭППЛ-ІІ компьютері мен IBM PC компьютерлерінен бастау алады.
Біздің курстық жұмысымыздың тақырыбы компьютерлердің тарихындағы әр
түрлі кезеңдердегі түрлері және олардың айырмашылықтары жайында болмақшы.
Осы курстық жұмысты жазу барысында қазақ тілінде жазылған кітаптардың
аздығы көзге ұрып тұрды. Керісінше басқа тілдегі материалдар қыруар көп-ақ.
Келешекте осы олқылықтардың орны толар деген үміттемін. Өйткені келешек тек
ақпараттар алмасу заманының тұрақты құрылғысы компьютерлерге тәуелді
болмақ.

Компьютерлер әлеміндегі эволюция

Ғылым мен техника дамуына байланысты есептеу жұмыстарының қажеттілігі
артып, оны жеңілдету үшін арнайы құралдар – абак, есепшот, арифмометр,
арнаулы математикалық кестелер шығарыла бастады. Бірақ үстіміздегі ғасырдың
40 жылдарында, ядролық физиканың даму ерекшеліктеріне байланысты, қолмен
есептеу істері көптеген материалдық ресурстарды және адамның тікелей
араласуын талап ете бастады. Мысалы, "Манхеттен жобасын" (АҚШ-тағы атом
бомбасын жасау) іске асыру кезінде есептеу жұмыстарына 600 адам қатысты,
олардың бірсыпырасы тікелей есептеумен айналысып, қалғандары сол жұмыстың
дұрыстығын тексеріп отырды.
XX ғасырдың ортасында информацияны өңдеуді автоматтандыру ісінің
қажеттілігі (көбінесе әскери талаптарға сай) электрондық техника мен
технологияның қарқынды дамуына себепші болды.
Электроника табыстары нәтижесінде жасалынған техникалық аспаптар
электрондық есептеуіш машиналар (ЭЕМ) деп атала бастады.
1946 жылы алғаш пайда болған ЭЕМ-дер электрондық шамдар негізінде
жұмыс істейтін, үлкен залдарда орналасқан, көлемді электрондық жабдықтар
болатын.
Бірақ 1948 жылдың өзінде-ақ электрондық шамдар шағын электрондық
аспаптармен – транзисторлармен алмастырылып, компьютерлердің бұрынғы жұмыс
өнімділігі сақталынғанмен, көлемі жүз есеге дейін төмендеді.
70 жылдар соңында интегралдық схемалардан немесе чиптерден жасалған
мини-ЭЕМ-дер шыға бастады (транзисторлар мен олардың арасындағы қажетті
байланыстар бір пластинада орналасқан). Осындай микропроцессорлардың
(біріктірілген интегралдық схемадан – БИС элементтерінен тұратын) шығуы
дербес компьютерлер заманының басталғанының алғашқы белгісі болды.
Алғашқы есептеу жұмыстарын автоматтандыруға арналған ЭЕМ-дер күннен
күнге артып келе жатқан информация ағынымен жұмыс істеуде өте ыңғайлы құрал
болып шықты.
Бастапқы кезеңдерде ЭЕМ-дерде тек арнайы үйретілген адамдар ғана
жұмыс істеді, бірақ онша дайындығы жоқ адамдардың компьютерді пайдалану
мұқтаждығы маман еместерге арналған машина жасау қажеттілігін тудырды.
70 жылдар басында "тұрмыстық" (үйдегі) компьютерлер деп аталған
микрокомпьютерлер шықты. Олардың мүмкіндіктері шектеулі болатын, тек ойнау
үшін және шағын мәтіндер теру үшін ғана пайдаланылды. 70 жылдар ортасында
тұрмыстық компьютерлердің етек алғаны сондай, оларды сусын шығаратын
фирмалар да (Coca Cola) жасай бастады.
Дегенмен, микрокомпьютерлер дамуындағы ең елеулі оқиға болып 1981
жылы ІBM фирмасы жасаған, кейіннен "дербес компьютер" деп аталған шағын
компьютердің шығуы болды.
Сол уақыттан бастап осы атау шағын компьютерлер тобының жалпы аты
есебінде тұрақталынып қалды.

Электронды-есептеу машиналарының жетілу сатылары

Электронды-есептеу машиналарының 1-буыны

Есептеу машиналарының өсу тарихына көз жүгірткенде, ең алдымен
электронды-есептеу машиналарының буындары деген ұғымға көңіл аударуымыз
қажет. Есептеу техникасының осы кезге дейінгі даму сатысында электронды-
есептеу машиналарының бірнеше буыны ауысып үлгірді. Өйткені бір машинаның
негізінде екінші машина, ал екінші машина негізінде үшінші, т. б. машиналар
жетілдіріліп жасалынып жатады. Егер ЭВМ-нің барлық техникалық негіздері
түгелдей ауысатын болса, онда біз жаңа сатыдағы машина дүниеге келеді
дейміз. Электронды-есептеу машиналарының бірінші буынына электрондық
лампалар негізінде жасалған машиналар жатады.
Электрондық лампалы машиналардың қатарына 1950 жылдарда жасалған
Стрела, Урал-1, УраЛ-2, Урал-4, Минск-1, т. б. атауға болады.
Ал АҚШ-та осы кездегі компьютерлер математик Дж. фон Нейманның
есімімен тығыз байланысты.
1946 жылы Принстондағы қазіргі заманғы зерттеу институтындағы
(Institute for Advansed Studies – IAS) фон Нейман және оның әріптестері IAS
деп аталатын программасында есте сақтау қабілеті бар компьютерді ойлап
табуға кіріскен болатын. Бұл компьютер 1952 жылы жасалып бітті.

1-сурет. IAS компьютерінің блок-схемасы

- Оперативтік жады қондырғысында программаның командалары мен
деректер сақталады;
- Арифметикалық және логикалық қондырғыда екілік есептеу жүйесінде
келтірілген деректер өңделеді;
- Программаны орындауды басқаратын қондырғыда жадтағы сақталған
командаларды талдап олардың орындалуын ұйымдастырады.
- Енгізу-шығару жабдығында программаны орындауды басқаратын
қондырғыдан келген сигналдарға сәйкес жұмыс істеледі.
Бұлар көлемі жағынан өте үлкен (300 м2-қа дейін орын алатын), қажетті
энергиясы көп (30—150 кВ. А) және жұмыс атқару қабілеті нашар, тез қызатын
машиналар еді. Электронды-есептеу машиналарының алғашқы буыны негізінен
электрондық лампалардан тұрады, машиналардағы лампалардың саны 4—5 мыңға,
ал диодтар саны 5—6 мыңнан артық болатын. Амал орындау жылдамдықтары
секундына 100-ден бастап 5—6 мыңға дейін жететін.

Екінші буындағы электронды-есептеу машиналары

Екінші буындағы электронды-есептеу машиналары жартылай өткізгішті
пайдаланып жасалған, олар транзисторлар мен диодтардан және т. б. тұрады.
Бірінші буындағы машиналардың кемшіліктерін еске ала отырып, ғалымдар
жартылай өткізгіштер негізінде машиналар ойлап шығарды. Яғни, электронды-
есептеу машиналары бір негізден толығымен басқа негізге көшті. Сондықтан
мұндай машиналарды екінші буындағы машиналардың қатарына жатқызуға болады.
Осы кезге дейінгі жасалған есептеу машиналары әр 5 жыл сайын бір буыннан
екінші буынға ауысып отырды десек қателеспейміз. Екінші буындағы
машиналардың қатарына төмендегідей жартылай өткізгішті (диодты,
транзисторлы) машиналар жатады.
Бұл өзгерістің негізінде американдық Bell Labs фирмасының 1947 жылы
жартылай өткізгішті транзисторларды ойлап табуы жатқан еді.
Электронды-есептеу машиналарындағы лампаларды жартылай өткізгішті
транзисторлармен алмастырғаннан кейін олардың жұмыс атқару қабілеті едәуір
артты. Егер лампалы машиналар бір секундта бірнеше мың ғана амал атқарса,
ал жартылай өткізгішті машиналар секундына он, тіпті жүз мыңдаған амал
орындайтын болды.
Мысалы, БЭСМ машинасының негізінде жетілдірілген екінші буындағы БЭСМ-
4 машинасы бір секундта 20 мың амал орындайды, ал Урал-11—50 мың, Минск-
32—65 мың, Урал-14— 100 мың, тіпті БЭСМ-6 секундына бір миллион амал
орындай алатын болды. Олар тек жылдамдық жағынан ғана жетілдіріліп қоймай,
машинаның есте сақтау құрылғыларыныңда сыйымдылығы жүздеген есе артты.
Мысалы, электронды-есептеу машинасы Урал-11-дің ішкі есіне — 65 мың сан,
АҚШ-тың Стреч машинасы — 260 мың, Урал-14—500 мың сан сыйғызуға болады.
Сонымен бірге бірінші буындағы машиналарға қарағанда, екінші буындағы
машиналарға электр қуаты аз жұмсалады, әрі қызмет ететін инженерлердің саны
да оған қарағанда азайды. Бірінші буындағы машиналарды орналастыруға
200—300 шаршы метр алаң қажет болса, екінші буындағы машиналар үшін 30—40
шаршы метр алаң жетіп жатыр.
Бұл кезеңдегі мини-компьютерлерді шығарушы жаңа DEC корпорациясы 1957
жылы нарыққа PDP-1 компьютерін шығарды.
1-кесте. Компьютерлер буындары

буындары Кезеңдер Технология (элементтік база) Жылдамдығы
(амалсек)
1 1946-1957 Электрондық лампалар 40000
2 1958-1964 Транзисторлар 200000
3 1965-1971 Интеграциялаудың төмен және 1000000
орташа дәрежедегі интегралдық
схемалар
4 1972-1977 Жоғары интегралдық схемалар 10000000
5 1978 Аса жоғары интегралдық схемалар 100000000
жылдан
бастап

Үшінші буындағы электронды-есептеу машиналары

Үшінші буындағы машиналар жұқа магниттік пластинкалар, туннельдік
диодтар, микромодульдік немесе интегралдық схемалардан жасалды. Бұл
интегралдық микросхемалар 1958 жылы ойлап табылды. Осылайша
микроэлектроника дәуірі басталды. Интегралдық схемаларды қолдану
компьютерлердің үшінші буынының негізгі ерекшелігі болып табылады.
Сонымен үшінші буындағы машиналарды қысқаша интегралдық схемалар
арқылы жасалған машиналар деп атауға болады. Мұндағы интеграл сөзінің
мағынасы — бүтін, біртұтас деген ұғымды береді.
Интегралдық схеманы жасағанда барлық электрондық элементтер: диодтар,
транзисторлар, конденсаторлар, резистерлер бір ғана материалдан (жартылай
өткізгішті кристалдан, металдан, диэлектриктен) жасалады. Бұрынғы жеке-жеке
бөлшектерге қарағанда бүтін бір схеманы жасау жеңілдеу, өйткені бұрын әрбір
бөлшектердің схемасы қолдан жасалса, интегралдық схеманы автоматты түрде
монтаждауға болатын болды.
Дегенмен интегралдық схемалар жасау да оңай іс емес. Оның қиындығы
жасалатын пластинканың өте кішілігінде. Конденсаторлар, резисторлар және де
басқа элементтерден тұратын пластинкалардың мөлшері миллиметр өлшемімен
ғана есептеледі. Сондықтан да бұл істі жеңілдету үшін монтаждау жұмысы
автоматтандырылды. Сөйтіп, барлық элементтер, оның қосылу, ажыратылу
жүйелері бір ғана жартылай өткізгішті кристалл пластинкаға орналастырылды.
Бүл жинақталған пластинкаларды интегралдық схемадағы пластинкалар деп
атайды. Мұндай схемалардың жұмыс атқару қабілеті күшті болғанымен, бір
кемшілігі бұзылса жөндеуге келмейді, оны тек жаңа пластинкамен ғана
ауыстыру қажет. Өйткені істен шыққан схеманы жөндеу жаңа элементпен
ауыстырғаннан әлдеқайда қымбатқа түседі.
Интегралдық схема негізінде жасалған электронды-есептеу машиналарының
басқа машиналардан артықшылығы, олардың көлемі бір жазу столындай ғана, ал
қосымша құрылғыларын қосқанда бар жоғы 15—20 шаршы метрдей жерді алады. Әрі
оларға жұмсалатын электр қуаты да аз — бірнеше киловаттан артпайды. Сондай-
ақ мұндай машиналардың есіне кез келген шамадағы информацияларды сыйдыруға
болады. Олардың электрондық миы тек сандармен ғана жұмыс істеп қоймай,
сөздермен, үлкенді-кішілі текстермен де жұмыс атқара алады. Оның амал
орындау жылдамдығы мен жұмыс атқару қабілеті жоғары. Егер есептеу
машиналарының бірінші және екінші буындарының құрылғылары бірінен соң бірі
сатылап жұмыс істейтін болса, үшінші буын машиналары құрылғыларының бәрі
бір мезгілде жұмыс атқара алады. Сонымен бірге бұларға жаңа құрылғылар
жасалып қосылған. Мысалы, информацияларды оқитын автомат және экрандық
пульт. Электрондық пульт құрылғысының сырт пішіні телевизор экраны бар жазу
машинасына ұқсас. Экранная машинаға ендірілетін немесе одан шығатын
информация көрініп тұрады. Жазу машинасымен берілген информация әуелі
экранда көрініп, одан соң машина есіне енеді. Экрандағы информациялардың
қателерін түзеп, өзгертіп қайта жазуға болады.
Үшінші буындағы машиналардың үлкен бір тобы ЕС (единая серия) бірыңғай
сериялы электронды-есептеу машиналары болып табылады.
ЕС машиналары бір-бірімен программалық және техникалық жағынан да
ұқсас. Олардың біріне жасалған программа басқаларына да жарайды, тетіктері
де бірдей, сондықтан сынса ауыстырып салуға болады.
ЕС машиналарының ішіндегі көлемі жағынан кішілері ЕС-1010, ЕС-1021,
бұлардың амал орындау жылдамдығы секундына 20 мың амалдан артады, негізінен
инженерлік, экономикалық есептерді шешуге арналған. ЕС-1020 машинасының
амал орындау жылдамдығы 20 мың амалсек, ал есте сақтау құрылғысының
сыйымдылығы 64 мың байт, немесе 32 разрядты 16 мың машина сөзі. Бұл
машинада 112 байланыс каналы бар, өндірісті басқару жүйелерін
автоматтандыру (АСУ) және де басқа жоғарылау, инженер-техникалық үлкен
есептерді шешуге арналған.
EC-1020 машинасы орта кластағы машина қатарына жатады. Амал орындау
жылдамдығы 100 мың амалсек. Ішкі ecтe сақтау құрылғысының сыйымдылығы 512
мың байт. Ал ЕС-1040 машинасы секундына 300 мың амал орындайды. Ішкі естің
сыйымдылығы 256 мыңнан бір миллион 24 мың байт. ЕС-1030, ЕС-1040 машиналары
өндірісті автоматты түрде басқару, экономикалық информацияларды өңдеу, т.
б. есептерді шешуге кеңінен пайдаланылуда.
ЕС-1060 машинасы жоғары кластағы машина болып табылады. Амал орындау
жылдамдығы 1,5 миллион амалсек. Ішкі есте сақтау құрылғысының сыйымдылығы
бір миллион 24 мыңнан 8 миллион 192 мың байтқа дейін жетеді.
Ең тиімдісі бұл машиналарды бір-бірімен жалғастырып қоса отырып көп
машиналы тұтас бір жүйе жасауға болады.
ЕС-1060 машинасының 400-ден астам байланыс каналы болғандықтан оған әр
түрлі құрылғыларды (сыртқы ес, магниттік ленталар, дискалар, қорытынды
шығару, информация енгізу, т. б.) қосуға болады. Демек, информацияларды
телефон, телетайп, телеграф, тіпті радио байланыстары арқылы машина есіне
жазуға болады.
Үшінші буындағы электронды-есептеу машиналарына информация енгізуде
тек телетайп, телефон ғана емес, қарындаш та қолданылады. Егер біз
қарындашпен қағазға жазатын, сызатын, т. б. болсақ ол электронды-оптикалық
сәуле түтігі арқылы экраннан көрінеді. Электрондық қарындаш арқылы
информацияларды өшіруге, қайта жазуға, өзгертуге, үлкейтуге, кішірейтіп
көрсетуге болады. Ең қызығы электрондық қарындаш кейбір дұрыс жазылмаған
информацияларды өзі түзей алады. Телетайп, түсті қарындаш және экранды
тұтас алғанда машина тілінде дисплей (ағылшын тілінде display — көрсету)
деп ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.