Баббедждің есептеу машинасы өз заманының техникалық даму дәрежесінен өмірге ертерек келген еді, сондықтан оның идеясы іске аспай қалды. Бұл идеяны 1890 жылы ағылшын инженері Голлерит қосу амалын орындайтын арнайы есептеу машинасын жасауға қолданды, бұл машина табулятор деп аталды. Табулятордың есептеуіштері мехиналық принцип бойынша жұмыс істегенімен, электронды импульс арқылы басқарылды. Бұл – есептеу техникасын жетілдіру саласындағы жаңа бағыт болды.
1944 жылы Айкеннің басшылығымен реле жүйесі негізіндегі алғашқы электронды – есептеу машинасы АҚШ – та пайда болды, ол «Марк – 1» деп аталды. Міне, содан бері адам баласы әр түрлі есептеу машиналарын ойлап шығарып, мыңдаған, миллиондаған амалдарды орындауды машиналардың міндетіне жүктеді.
Сонымен, 1944 жылы АҚШ – та «Марк – 1 » деп аталатын тұңғыш есептеу машинасы жарыққа шықты дндік. Амеркадағы ИБМ фирмасы жасаған осы «Марк – 1» өз кезінің үлкен жетістігі саналды. өйткені оның барлық арифметикалық амалдарды қолданып есептеулер жүргізуге мүмкіндігі болды. Мысалы, ол 23 разрядты ондық сандарға арифметикалық амалдарды өте жылдам орындайтын қабілеттілігімен жұрт назарын өзіне аударды.
Атап айтқанда, қосу амалын 0,3 секундта, көбейту амалын 6 секундта, бөлу амалын 11,4 секундта орындаса, sinx мәнін 60 секундта таба алады. Алайда бұл машина электронды релелі болғандықтан ұзақ өмір сүре алмады. Өйткені релелері жиі істен шығып, қайта – қайта жөндеуге мәжбүр етті. Көп кешікпей «Марк – I» – дің жетілдірілген түрі – «Марк – II» дүниеге келді. «Марк – II» машинасында 13000 реле қолданылды. Мұндай машинаны жасауда, реле схемаларын құрастыруда конструкторлар үлкен қиындықты бастан кешірді. Бұған себеп – схема жасау методикасы әлі де қалыптаса қойған жоқ еді. Осындай ірі мәселені шешуде американ ғалымы Шеннонның идеясы үлкен роль атқарды. Шеннон схемаларды тиімді, әрі үнемді етіп жасауда ағылшын математигі Джордж Бульдың (1815 – 1864) атына қойылған Буль алгебрасын қолдануды ұсынды. Дәл осы идеяны физик В. И. Шестаков та алға қойды.
Сөйтіп, бір – біріне байланыссыз американ математигі Шеннон мен атақты физик В. И. Шестаковтың 1941 жылы релелі схемалар жасауда Буль алгебрасын пайдалану жөніндегі ұсыныстыры негізінде біздің елде және АҚШ пен Англияда электрлі – механикалық релелі есептеу машиналарын жасау ісі қолға алынды. Бірақ бұл машиналардың құрылымы жан – жақты жетілдірілмеген болатын. Сондықтан да оны іле – шала электронды есептеу машинасы ығыстырды. Баббедждың доңғалағы мен Айкеннің релесін радио лампалар алмастырды. Өйткені әрбір жаңа машина реленің тиімсіздігін және жұмыс атқару қабілетінің нашар екендігін көрсетті. 1943 жылы американ инженер – конструкторлары Моли мен Эккерттің жобасы бойынша Пенсильван университетінде алғашқы электронды – есептеу машинасы – «ЭНИАК» (электрондық цифрлы есептеу интеграторы) жасалды.
Бұл машинаның бұрынғы машинадан ерекшелігі механикалық реленің орнына электронды реленің қолданылуында. Электронды реле мен электронды лампалардың қолданылуы машинаның есепетеу жылдамдығы мен жұмыс істеу қабілетін арттырды. Мысалы, электрлі механикалық реле миллионға жуық рет қосылғанда, жұмыс атқару қабілетін жоятын болса, ал электронды реле бір секундта миллион рет қосыла алады. Электронды реленің артықшылығын төмендегі мысалдан толық көруге болады. Электронды реленің 500 сағаттық жұмысын орындау үшін механикалық реленің 1800 000 данасын ауыстыруға тура келеді, ал электронды реленің жұмыс істеу қабілеті 5000 сағаттан артық екендігін еске алсақ, онда жоғарыда көрсетілген цифр адам таңқаларлық шамада өсер еді.
Құрылымы жағынан ерекшелігі көп деп отырған «ЭНИАК» - тің өзі 18000 электронды лампа мен 1500 электрлі – механикалық реледен тұрады. Бұл есептеу машинасының негізгі кемшілігі құрылымы өте күрделі әрі есеп шығаруға қолданылуы қиын болды. Өйткені программаны машинаға қолмен енгізді. Соған байланысты машинаның жылдамдығы үлкен болғанымен, оны есеп шығаруға дайындау жұмысы көп уақыт алды. Осы маңызды мәселені 1947 жылы Джон фон Нейман (Иоганн) (1903 – 1957) шешті. Ол айырым жасалған программа бойынша машина өзін – өзі басқару керек екендігін айтты. Соның нәтижесінде машинада басқару құрылғысы пайда болды.
«ЭНИАК» машинасы дүниеге келгеннен кейін машина жасау тәжірибесі барлық елдерде де арта түсті. Әр ел әр түрлі жолмен электронды – есептеу машинасын жасау жолына көшті. Алғашқы электронды – есептеу машинасы академик С. А. Лебедевтің (1902 – 1974) басшылығымен Украина Ғылым академиясының математика институтында 1950 жылы жасалды. Бұл машина «МЭСМ» (кіші электрондық есептеу машинасы) деп аталды. Бұл есептеу машинасы 1951 жылы бірінші рет Куйбышев – Москва электр энергиясын беру жолының есеп жұмыстарына қолданылды. «МЭСМ» математикалық есептеу машинасын жасау саласындағы ізденістердің бастамасы болды. Бұдан кейінгі жылдарда еліміздің халық шаруашылығының әр түрлі салаларының мұқтажын қанағаттандыруға арналған электронды – есептеу машиналары шығарыла бастады.
1953 жылы С. А. Лебедевтің басшылығымен Ғылыми академиясының дәл есептеу механикасы және есептеу техникасы институтында «МЭСМ» - тің жетілдірілген түрі – БЭСМ (үлкен электронды есептеу машинасы) жасалып шығарылды. Бұл машина бір секундтың ішінде 8 – 10 мың арифметикалық амалды орындады.
Көп ұзамай Ю. Я. Базилевскийдің басшылығымен универсалды электронды – есептеу машинасы «Стрела» өмірге жолдама алды. Бұдан кейін де бірнеше универсалды есептеу машиналары шығарылды. Олар – БЭСМ – 1, БЭСМ – 2, БЭСМ – 3, БЭСМ – 4, БЭСМ – 5, Ғылым академиясының корреспондент – мүшесі И. С. Бруктың басшылығымен жасалған М – 2,
М – 3 машиналары, Б. И. Ромеевтің басшылығымен жасалған «Урал» машиналары және «Минск – I», «Минск – 2», «Минск – 22», «Минск – 32», М – 20, М – 220 және тағы басқалар.
Бұл универсалды машиналардан басқа кішілеу машиналар да ойлап табылды. Олар: «Раздан – 2», «Раздан – 3», «НАИРИ», «МИР», «ДНЕПР – I», т. б. Мұндай электронды машиналардың есептеу жылдамдығы жоғары болғанымен көптеген кемшіліктері де болды. Оның басты кемшілігі – есептеу машинасының бір түріне арналып жасалған программаны басқа топтағыларға қолдануға келмеуінде еді. Екінші бір кемшілігі – бір топтағы машиналарға арналып жасалған тетіктер (бөлшектер) өзге топтағы машиналар үшін жарамады. Үшіншіден, математикалық жабдықтау (программамен қамтамасыз ету) жұмысы машиналардың өсу қарқынымен сәйкес келмеді. Былайша айтқанда, бір машинаны толық игеріп үлгергенше екінші түрдегі жетілдірілген машиналар жасалып жатты. Сондықтан машиналарды практикада қолданудан гөрі оларды үйрену жұмысына көп уақыт кетті.
Дербес компьютер – бұл электрондық аспаппен орындалатын, программамен басқару арқылы информацияны автоматты түрде түрлендіруге арналған құрылғы.
Дербес компьютер – бұл информациялық технологияның негізгі техникалық базасы. Компьютердің синонимі – есептеуіш машина, электрондық есептеу машинасының (ЭЕМ) бұйымы.
Жоғарыда компьютердің алғашқы үш буынына тән классикалық құрылымы сипатталды. Әрине, есептеу техникасын жасау технологиясы жылдам қарқынмен дамыған кезде бұл құрылым өзгермей қоймайды.
Жоғарыда айтылғандай компьютерледің үшінші буыны транзистерден интегралды электрондық микросхемаларға өтумен байланысты болды. Электрондық схемалардың көлемдерінің көп кішірейгені компьютерлердің негізгі құрылғыларының көлемдерін кішірейтуге алып келді де, өте жылдам жұмыс істейтін процессорлардың шығуына себеп болды. Өте жылдам істейтін негізгі құрылғылар мен ақырын жұмыс істейтін енгізу/шығару құрылғыларының арасында үлкен қарама-қайшылық туды. Сыртқы құрылғылардың жұмысын басқаратын процессор көп уақытта сырттан келетін деректерді немесе нәтижені сыртқа шығаруды күтіп қарап тұрды. Бұл проблеманы шешу үшін процессорды сыртқы дүниемен қатынас жасауды басқару міндетінен босатуды ұйғарылды, нәтижесінде ол жұмыс сыртқы құрығылардың процессоры деген арнаулы жасалынған құрылғыларға тапсырылды. Бұл құрылғылардың бірнеше атаулары бар: байланыс арнасы, енгізу/шығару процессоры контроллер.
Контроллердің өзінің командалар жүйесі болады және өзіне берілген сыртқы құрылғылардың жұмысын осы командалар арқылы құрылған белгілі программа бойынша басқарады. Осындай программа нәтижесі орталық процессор оқи алатындай етіліп контроллердің ішкі регистріне жазылады. Берілген есепті шешетін программа орындалып жатқанда сыртқы дүниемен алмасу қажет болса, орталық процессор ол туралы контроллерге тек тапсырма береді де, программаны орындауға байланысты өзінің басқа жұмыстарымен айналыса береді, ал сыртқы дүниемен алмасу жұмысын контроллердің өзі басқарады. Мына суретте дербес компьютердің құрылымы көрсетілген.
[Дербес компьютердің құрылымы]
Дербес компьютердің құрылымы
Компьтердегі барлық байланыс орталық шина арқылы жүзеге асады. Шинаның үш бөлігі болады: деректер берілетін шина, адрестер берілетін шина, басқару берілетін шина.
Жоғарыда көрсетілген архитектураны ашық деп атайды. Себебі, оған өзіңізге керек қана құрылғыларды алып ықшамдауға да болады немесе жаңа құрылғыларды қосып мүмкіншілігін күшейте беруге болады.
Деректерді шығаруға арнаулы құрылғы дисплей жасалынды, оның жұмыс істеу принципі кәдімгі телевизор сияқты. Дисплей өте жылдам жұмыс істейтін болғандықтан оған арнаулы жады керек болды.
Қазіргі кезде дербес компьютерлерде деректер ағымының өсуіне байланысты шинаның бірнешеуі қажет бола бастады. Оның бір түрі өте жылдам істейтін құрылғылар үшін, ал екіншісі ақырын істейтін құрылғылар үшін өндірілді.
Сонымен дербес компьютерлердің ашық архитектурасы сыртқы құрылғылардың саны мен сапасының тұрақты дамып тұруына және мүмкіншіліктері жоғары жаңа орталық құрылғылардың шығуына себеп болды. Мұндай компьютерлерде орталық процессордан басқа бірнеше арнаулы (математикалық, видео) процессорлар жұмыс істей бастады және компьютер аралық байланыстар дамып неше түрлі (локалдық, корпорациялық, глобалды) компьютерлік желілер пайда болды.
Дербес компьтерлердің интерфейстері дамыған болғандықтан олармен жұмыс істеу ыңғайлы және тиімді. Ал дербес компьтерлер кең көлемде шығарылғандықтан, олардың бағасы тұрақты төмендей береді. Сондықтан оларды қолдану экономикалық жағынан да тиімді. Дербес компьтерлердің типтері өте көп. Солардың ішінде біздің елімізде кең тараған IBM PC типтес дербес компьтерлерлерді қарастырамыз. Мұнда IBM ( International Bisnes Mashinary)– АҚШ-тағы фирма аты, ал PC (Personal Computer) – дербес компьютер дегенді білдіреді.
Процессор логикалық және арифметикалық операцияларды орындайды, операциялардың орындалу тәртібін анықтайды, дерек көздері мен нәтижелері қабылдаушыларды көрсетіп береді. Процессор жұмысы программалардың басқаруымен жүзеге асады.
Жүйелік шинаның негізгі қызметі процессорлар арасында және дербес компьютердің қалған басқа да құрылғыларының арасында информацияны жіберу болып табылады. Жүйелік шинасы үш шинадан тұрады: басқару шинасы, дерек шинасы, және адрес шинасы. Шиналар бойынша басқару сигналдарын, деректерді ( сан, символдар) жадтың ұяшық адресін және енгізу – шығару құрылғысының нөмірін айналдырады.
Есте сақтау (память) өңделген деректер мен команда беруге, жазуға, сақтауға арналған. Жадтың бірнеше әр түрі болады: оперативтік, тұрақты, сыртқы, кэш, CHOS (КМОП), регистрлік.
Информацияны енгізу құрылғысына мыналар қатысты:
пернетақта (клавиатура)
тышқан – тетік (мышь)
трекбол
джойстик
трекпойнт
трекпад
сканер
сенсорлық экран
цифрлық бейнекамера
Информацияны шығару құрылғысына – дисплей (монитор), принтер, плоттер, акустикалық бағаны (акустические колонки) және т.б. жатады.
Модем информацияны енгізетін құрылғының да, шығаратын құрылғының да функциясын атқарады. Ол телефондық байланыс желілерінің көмегімен қашықтағы басқа компьютерлермен жалғасуға (байланыс орнатуға) әрі дербес компьютерлер арасында информациялар алмасуға мүмкіндік береді.
Дербес компьютердің негізіне қаланған нәтижелі идеялардың бірі – архитектураның ашық болуын айтамыз. Бұл тұжырымдамаға (концепцияға) сәйкес әрбір пайдаланушы өз қалауына қарай өзінің компьютерінің конфигурациясын өзі дербес қалыптастыра алады. Бұл пайдаланушының қажеттілігіне қарай жүйелік шинаға модем, дыбыстық карта, электр музыкалық аспаптың пернесін және т.б. әр түрлі құрылғыларды қоса алатынын білдіреді. Архитектураның ашық болуы компьютерді, мысалы, үлкен көлемдегі қатқыл дискіге винчестерді ауыстыру, процессорды ауыстыру, оперативті есте сақтау көлемін ұлғайту және т.б. жолдарымен оңай жаңғыртуға (модернизировать) мүмкіндік береді.
ДЭЕМ – нің типтік толық жинағы төрт конструктивтік блоктан тұрады: жүйелік блок, дисплей, пернетақта және «тышқан – тетік» қитұрқысы (манипулятор «мышь
