Компьютердің құрылғылары

КОМПЬЮТЕРДІҢ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

2.1. Тарихи деректерден

Адамзат баласы дамудың барлық тарихи кезеңдерінде есептеу жұмыстарын жүргізіп отыруға әрқашанда мүқтаж болды. Алғашқы кезеңдерде оған, аяқ-кол саусақтары секілді

қарапайым құралдар жеткілікті болды. Ғылым мен техника дамуына байланысты есептеу жүмыстарының қажеттілігі артып, оны жеңілдету үшін арнайы құралдар - есепшот,

арифмометр, арнаулы математикалык 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. Бірак 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 IBM фирмасы жасаған, кейіннен "дербес компьютер" деп аталған шағын компьютердің шығуы болды. Сол уақыттан бастап осы атау шағын компьютерлер тобының жалпы аты есебінде түрақталынып қалды.

2.2. Компьютерлік жүйелер

IBM фирмасының анықтамасы бойынша компьютерлік

(есептеу) жүйелер төрт негізгі құрамнан түрады:

1) шығарылатын есепті, орындалатын жұмысты мәселе

ретінде қойып, соның нәтижесін алатын адам;

2) аппараттық жасақтама (Hardware);

3) мәліметтер файлы;

4) компьютерді программалық жасақтамасы (Software).

Компьютерлік жүйелер үғымын немесе мәліметтерді өңдеу жүйелерін осы төрт комбинацияны - машиналарды, мәліметтерді, программаларды және адамды - біріктіре

қарастыру кезінде қолданады.

2.2.1. Компьютерлік жүйелерді пайдалану

Жұмыс өнімділігі. Басқа құралдар мен машиналарды қолданғандағы сияқты, компьютерді пайдаланудың ең алғашқы себебі - жұмыс өнімділігін арттыру болып саналады. Егер компьютерді есеп-қисап жасау, мәліметтерді өндеу немесе құжаттарды қағазға басып алу істеріне пайдалансаңыз, сіз бір сағатта көптеген істерді тындырасыз. Мысалы, машинкада мәтін басатын шебер адам бір минутта 60-тан 80

сөзге дейін 6-8 жолға дейін мәтін басатын болса, орташа мүмкіндікті компьютер минутына 1200 жол баса алады. Демек, бір компьютер 150-200 адамды алмастыра алады деген сөз.

Мәліметтерді өңдеу жылдамдығы. Компьютерді пайдаланудағы екінші себеп - мәліметтерді үлкен жылдамдықпен өңдеу болып саналады. Дайындығы мол маман адам минутына 250 сөз оқып шыға алатын болса, компьютер 1000 000 сөз оқи алады екен. Мысалы, Чикаго каласының телефон анықтамалығы 788 000 адамдар атауынан, ал адрестер мен телефон нөмірлерін коссақ, 32 000 000 жол информациядан тұрады екен Минутына 250 сөз оқитын адам осы анықтамалықты оқып шығу үшін 250 сағат уақыт жібереді. Ал, орта мүмкіндікті компьютер оны 30 секундқа жетпейтін уақытта оқып шыға алады. Сол себепті телефон станцияларында, анықтамалық іздеу қызметтерінде ЭЕМ кеңінен қолданылады.

Дәлдік пен ұкьштылық. Компьютерлік жүйелерді пайдаланудағы үшінші себеп - олардың дәлдігі мен ұқыптылығында жатыр. Егер біз компьютерге нақты мәліметтер

беріп, оларды өңдеудің дүрыс жолдарын көрсетсек, ол әрқашанда қатесіз дүрыс нәтижелер береді. Кейде компьютер қате нәтиже берді деп айтылады. Мұндайда компьютердің қателеспейтінін, қатенің себебі мәліметтердің оған дұрыс берілмегендігінен, немесе осы мақсатқа арналған мәліметтерді өңдеу алгоритмінің қате болғанынан екенін ашып айту кажет.

2.2.2. Аппараттық жабдықтар

Біз үлкен ЭЕМ-ді нзмесе дербес компьютерді алсақ та, олар бір-біріне үқсас принципте жұмыс істейтін мынадай құрамнан тұрады:

1. орталық процессор;

2. енгізу құрылғысы;

3. есте сақтау құрылғысы;

4. шығару құрылғысы.

Орталық процессор барлық, есептеу және информация өңдірістерін орындайды. Бір интегралдық схемадан тұратын процессор микропроцессор деп аталады. Күрделі машиналарда процессор бір-бірімен өзара байланысты бірнеше интегралдық схемалар жиынынан тұрады.

Енгізу қүрылғысы информацияны компьютерге енгізу қызметін атқарады.

Есте сақтау құрылғысы программаларды, мәліметтерді және жұмыс нәтижелерін компьютер жадына сақтауға арналған

Шығару құрылгысы компьютердің жүмыс нәтижесін адамдарға жеткізу үшін қолданылады.

2.3. Дербес ЭЕМ

2.3.1. Дербес ЭЕМ-нің элементтік базасы

Дербес ЭЕМ-нің (ДЭЕМ) элементтік базасы болатын электрондық компоненттері информация өңдеудің белгілі бір қызметін немесе оны сақтау ісін аткарады. Мұндай

компоненттер интегралдык схемалар деп аталады. Интегралдық схема металдан не пластмассадан жасалған қорапқа салынған жартылай өткізгішті кристалдардан түрады.

Жіңішке жіп секілді арнайы сымдар осы кристалды қораптың шеткі тақшаларымен жалғастырады. Жартылай өткізгішті кристалл көбінесе өте таза кремнийден жасалады, оны жасауда вакуумдық бүрку, тырналау, қоспаларды иондық түрде енгізу, дәлме-дәл фотолитография тәрізді және де басқа жоғары сапалы технологиялар қолданылады.

Осындай күрделі технология нәтижесінде кристалда электр схемасына біріктірілгш "электрондық молекулалар" жасалады. Олар бір кристалл көлемінде (5x5 мм) жүз мыңнан аса бір-бірімен байланысқан "электрондық молекулаларды" құрастырып, өте күрделі информацияны түрлендіру жүмыстарын орындай алады. Мүмкін болашақта осындай

схемалар элементтері рөлін тікелей ұғымдағы заттардың молекулалары атқаратын шығар.

Интегралдық схемаларды жасау, тексеру, олардың сапаларын бақылау - барлығы да автоматтандырылған, оның үстіне оларды сериялық түрде шығару да меңгерілген.

Интегралдық схемаларды шығаруды баспаханалардағы кітапты көбейтіп шығарумен салыстыруға болады. Олар өздерінің атқаратын функцияларына қарай ЭЕМ-нің әртүрлі тетіктерінің -шифраторлардың, сумматорлардың, күшейткіштердің

түрлеріне байланысты бөлек-бөлек топтарға жіктеліп, серияларға бөлініп шығарылады.

Бұл схемалардың интегралдық (біріктірілген) деп аталу себебі олардың бір кристалы күрделі логикалық функциялардың белгілі біреуін орындай алады, сосын олардан транзисторлар мендиодтардан кұрастырылатын сияқты машина қондырғылары оңай жасалады. ДЭЕМ бірыңғай аппараттық жүйеге біріктірілген техникалық электрондық қүрылғылар жиынынан түрады. ДЭЕМ қүрамына кіретін барлық қүрылғыларды олардың функционалдық белгілеріне қарай екіге бөлу қалыптасқан, олар: жүйелік блок

және сыртқы қүрылғылар.

Жүйелік блок мыналардан түрады:

- микропроцессор;

- оперативті есте сақтаушы қүрылғы немесе жедел жады;

- тұрақты есте сақтаушы қүрылғы;

- қоректену блогы мен мәлімет енгізу-шығару порттары.

Ал, сыртқы қүрылғылар былайша бөлінеді:

- информация енгізу қүрылғылары;

- информация шығару құрылғылары;

- информация жинақтауыштар.

ДЭЕМ-нің құрамында ең аз дегшде жүйелік блок, бір-бірден еңгізу, шығару қүрылғылары және ең аз дегенде бір информация жинақтауыш құрылғы кіреді. ДЭЕМ-де шешілетін мәселеге байланысты пайдаланушы адам оның минималды конфигурациясына қосымша шеткері құрылғыларды қосу арқылы кеңейтуіне болады. Информация мен басқару командаларын енгізетін негізгі құрылғыларға пернетақта (клавиатура), "тышқан" тәрізді тетік және сканер (із кескіш) жатады. Осындай функцияларды бұлардан өзге жарық қаламұштары, жарық сезгіш планшеттер, джойстиктер (ұршық тәріздес тетік) және басқа да мәселелерді шешуге қолданылатын қүралдар орындайды. Мысалы, осылардың кейбіреуін жобалау жұмыстарын автоматтандыруда қолдануға болады.

2.3.2. IBM дербес компьютерінің негізгі блоктары

Әдетте IBM дербес компьютерлері мынадай бөліктерден (блоктардан) тұрады:

-жүйелік блок (тік немесе жатық қорапқа орналасқан)

-мәтіндік және графикалық информацияны кескіндеуге

арналған монитор немесе дисплей

-әртүрлі символдарды компьютерге енгізуге арналған перне

тақта немесе пернелік

Компьютердегі ең негізгі құрьшғы - жүйелік блок, оның ішіне ДЭЕМ-нің басты құрылғылары орналасқан. Жүйелік блогы қүрамында микропррцессор, жедел жад, түрақты есте сақтаушы қүрылғы, қоректену блогы мен енгізу-шығару порттары және мәлімет жинақтауыштар бар. Бүлардан басқа компьютердің жүйелік блогына мынадай

қүрылғыларды қосуға болады:

- мәтіндік және графикалық информацияларды басып

шығаруға арналған принтер;

- графикалық курсормен басқарылатын құрылғы

"тышқан" графикалық қолтетігі.

-джойстик - компьютерлік ойындарда қолданылатын

қолмен басқарылатын тетік;

-графиксызғыш немесе плоттер сызбаларды

(графиктерді) қағазға шығаруға арналған құрылғы; ,

- сканер (ізкескіш)-графикалық немесе мәтінді

информацияларды оқуға арналған оптикалық құрылғы;

- CD-ROM - компакт-дискілерді оқуға арналған құрылғы,

ол қозғалатын бейшлерді, мәтіндерді жәнз дыбыстарды

шығару үшін кеңінен пайдаланылады;

- модем- телефон желісі арқылы басқакомпьютерлермен

информация алмасуға арналған құрылғы;

- стример - мәліметтерді магниттік таспада сақтауға

арналған құрылғы;

- желілік адаптер компьютерді жергілікті желіде (торапта)

қолдануға мүмкіндік береді.

Сонымен ДЭЕМ-нің негізгі кұрылғыларына процессор, жад (жедел және сыртқы), сыртқы құрылғыларды қосу және мәліметтерді жеткізу құрылғылары жатады. Енді компьютерге

кіретін немесе оған қосылатын әртүрлі кұрылғылардың сипаттамаларын қарастырайық.

Микропроцессор

Микропроцессор бір кристалда дайындалған (үлкен) интегралдық схемалар - БИС, олар әртүрлі типтегі ЭЕМ жасауға керекті элемент болып табылады. Оны әртүрлі логикалық функцияны орындайтын етіп программалауға болады, сондықтан программаны өзгерту арқылы микропроцессорды арифметикалық құрылғы немесе енгізу- шығару жүмыстарын басқарушы рөлінде қолдануға болады. Микропроцессорге жедел және тұрақты жад, енгізу-шығару қүрылғыларын қосуға болады.

ІІМ тәрізді компьютерлерде INTEL фирмасының және басқа да фирмалардың бір-біріне үйлесімді микропроцессорлары пайдаланылады.

Микропроцессорлардың бір-бірінен өзгешелігі олардың типтерінде (модельдерінде), яғни оның қарапайым амалдарды орындайтын жүмыс жылдамдығының көрсеткіші - мегагерц -

МГц бірлігімен берілген тактылық (қадамдық) жиілігінде жатыр. Бұған дейін кең тараған модельдерге Intel-8088 (~5МГц), 80286 (~20МГц), 80386SX (-25 МГц), 80386DX (~40МГц), 80486 (70МГц-ке дейін), Pentuim (75МГц-тен жоғары), Pentuim-Pro

(-300 МГц-тен жоғары), Pentuimll, Pentuimlll (800 МГц-ке дейін) PentuimlV (1000 МГц-тен жоғары) жатады, бүл тізім олардың жұмыс өнімділігі мен соған сәйкес бағасының