1 Қосымша.

Сабаққа арналған ақпараттық-дидактикалық материал

Бүгінгі күнгі есептеу техникасының архитектурасы. Компьютердің негізгі блоктарын ұйымдастыру элементтері. Командалар және адрестеу жүйесін ұйымдастыру

ЭЕМ ДАМУ ТАРИХЫ. ЕСЕПТЕУ МАШИНАЛАРЫНЫҢ ДАМУ БАҒЫТТАРЫ

Аналогтық есептеу машиналары

АЕМ-да барлық математикалық шамалар қандай да бір физикалық шамалардың үздіксіз мәндері ретінде көрініс табады. Машиналық айнымалы ретінде электр тізбегінің кернеуі алынады. Олардың өзгерісі берілген функция өзгеріс заңдарымен өтеді. Бұл машиналарда математикалық модельдеу әдісі қолданылады (зерттелетін нысанның моделі құрастырылады). Есептеу нәтижелері уақыт функциясындағы электр кернеулерінің тәуелділігі түрінде осциллограф экранына шығарылады немесе өлшеу аспаптарымен жазылып алынады. АЕМ негізгі тағайындалуы сызықтық және дифференциалданған теңдеулерді шешу болып табылады.

АЕМ артықшылықтары:

• электр сигналының өту жылдамдығымен салыстыруға болатын есептерді шешудің жоғары жылдамдығы;

• АЕМ конструкциясының қарапайымдылығы;

• Есептерді шешуге дайындау жеңілдігі;

• Зерттелетін процесстердің өту көрнекілігі, зерттеу кезінде зерттелетін процесстердің параметрлерін өзгерту мүмкіндігі.

АЕМ кемшіліктері:

• Алынатын нәтижелердің нақтылығының аздығы (10%);

• Шығарылатын есептердің алгоритмдік шектелуі;

• Шығарылатын есептің машинаға қолдан енгізлуі;

• Есеп қиындылығына қарай өсетін іске қосылған жабдықтардың үлкен көлемі.

Электрондық есептеу машиналары

Алғашқы машиналарға қарағанда ЭЕМ-де сандар цифрлар тізбегі түрінде беріледі. Қазіргі ЭЕМ-де Қазіргі заманғы электрондық есептеу машиналарында сандар екілік эквиваленттердің коды түрінде, яғни «0» жөне «1» цифрларының комбинациялары түрінде беріледі.

ЭЕМ-да программалық басқару принципі жүзеге асады. ЭЕМ-ды цифрлық электрлендірілген және есептеу-аналитикалық (перфорациялық) есептеу машиналарына бөлуге болады.

ЭЕМ: үлкен ЭЕМ, мини-ЭЕМ және микро-ЭЕМ деп бөлінеді. Олардың өздерінің архитектурасымен, техникалық пайдалану түрімен, салмағымен, өлшемдер сипаттамаларымен бір-бірінен айырмашылығы болады.

ЭЕМ-ның жетістіктері:

• Есептеудің жоғары дәлдігі;

• Универсалды болуы;

• Есептеуге қажетті ақпараттарды автоматты еңгізу;

• ЭЕМ шығаратын есептердің әртүрлі болуы;

• Қажетті құралдардың санының есептің күрделігіне тәуелсіз болуы.

ЭЕМ-ның кемшіліктері:

• Есептерді шығаруға дайындаудың күрделігі (есеп шығару әдістері мен программалау үшін арнайы білімнің қажеттілігі);

• Процестердің өтуінің көрнектілігінің аз болуы, бұл процестердің параметрлерінің өзгерулерінің күрделігі;

• ЭЕМ жасау құрылысының пайдалану және техникалық қызметтерінің күрделігі;

• Нақты аппаратура элементтерімен жұмыс істеуде арнайы аппаратуралардың талап етілуі.

---

Аналогиялық-цифрлық есептеу машиналары (АЦЕМ)

АЦЕМ – аналогиялық есептеу машиналары және ЭЕМ жетістіктерін біріктіру қабілеті бар машиналар. Олардың сипаттамалары тез есептеу, программалау қарапайымдылығы және универсалдық.

Негізгі операциясы цифрлық интеграторлардың көмегімен интегралдау. АЦЕМ-де сандар ЭЕМ сияқты (цифрлардың біртізбектілігі) түрінде болады. Есептерді шығару әдісі АЕМ сияқты (математикалық модельдеу әдісі).

ЭЕМ буындары

Есептеу техникасының дамуын айтқанда әдетте электрондық-есептеу машиналарының (ЭЕМ) буындарын еске алады.

ЭЕМ машиналарын негізгі 4 буынға бөлуге болады: 1 Кесте.

ЭЕМ БУЫНДАРЫ

Сипаттамалары	ЭЕМ даму буындары
	I	II	III	IV
Қолдану жылдары	1946-1960	1960-1964	1964-1970	1970-...
Негізгі элемент	Электрондық лампа	Транзистор	Интегралдық схема (ИС)	Үлкен интегралдық схема (БИС)
Әлемдегі ЭЕМ саны	Жүздеген	Мындаған	Он мындаған	Миллиондар
ЭЕМ өлмешдері	Үлкен	Аздап үлкен	Мини ЭЕМ	Микро ЭЕМ
Тез есептейтін	1	10	1000	10000
Ақпарат тасығыш	Перфокарта Перфолента	Магнит лентасы	Диск	Икемді диск

Компьютер – бұл мәліметтерді құру, сақтау, өңдеу және тасымалдауды автоматтандыруға арналған және программа бойынша жұмыс істейтін электрондық аспап. Есептеу жүйелерінің құрамында жұмыс істеумен қатар компьютерлер автономды жұмыс істей алады немесе локальды компьютерлік желіні құрайтын, бірігіп жұмыс істейтін компьютерлер тобының құрамына кіре алады. Компьютер сонымен қатар бүкіл әлемдік компьютерлік желіге (Интернет) қосыла алады.

2. Компьютердің негізгі құрылғылары.

Классикалық дербес компьютердің құрамына (базалық конфигурация) жүйелік блок, монитор, пернетақта (кейде осы құрылғылардың кейбіреулері біріктірілген болады) және тышқан.

Жүйелік блок компьютердің негізгі торабы болып табылады. оның ішінде ішкі деп аталатын құрылғылар орналасады. Конструкциясы жағынан компьютердің жүйелік блоктары корпус формасымен ерекшеленеді, олар әрі го­ризонталь (desktop, baby, slim), әрі вертикаль орналаса алады (tower).

Мәліметтерді енгізу, шығару және сақтауға арналған қосымша құрылғылар сыртқы немесе перифериялық деп аталады.

Кез келген компьютердің құрамына келесі функционалдық құрылғылар кіреді (2 Слайд): процессор, жедел жады, ұзақ уақытты жады, енгізу және шығару құрылғылары.

3. Компьютердің ішкі құрылғылары, олардың сипаттамасы.

Процессор (өңдеуші) — барлық есептеулерді, көптеген математикалық және логикалық операцияларды орындайтын негізгі микросхема. Бұл компьютедің «миы», ол компьютер жадысында орналасқан мәліметтерді өңдейді.

Процессор - арнайы технологиямен өсіріген кремний кристаллы, оның көптеген элементтері – транзисторлары бар.

---

Кез келген процессорлық кристаллда бар:

• Процессордың өзі – миллиондаған логикалық элементтер – транзисторлардан тұратын негізгі есептеу құрылғысы.

• Сопроцессор – «жүзбе нүктемен» (немесе үтірмен) орындалатын операцияларға арналған арнайы блок. Аса күрделі және дәл есептеулерді орындауға, сонымен қатар бірқатар графикалық программалармен жұмыс ісеуге арналған.

• 1-ші деңгейлі Кэш-жады

• 2-ші деңгейлі Кэш-жады

Процессордың өнімділігін анықтайтын негізгі параметрлер:

• Процессор разрядтылығы, бір ретте (бір тактіде) өзінің регисторларында мәліметтердің қанша битін қабылдай алатынын және өңдей алатынын көрсетеді. Intel Pentium процессорлары 32-разрядты болып табылады.

• Жұмыс тактілі жиілігі процессорда операциялар қандай жылдамдықпен орындалатынын анықтайды. Мегагерцпен өлшенеді.

• Кэш-жады көлемі. Кэш-жады — бұл процессордың ішінде орналасқан «аса жылдам» жады, ол жылдамдығы төмендеу жедел жадыға процессордың қатынау санын азайтуға мүмкіндік береді. Қазіргі процессорлардың кэш-жадысының көлемі бірнеше ондаған Кбайт.

Бұған қоса процессорлар келесімен сипатталады:

• Буынымен. Дербес компьютерде орналасқан процессор оның типін анықтайды. Intel фирмасының процессорларының көпжылғы тарихында 8 буын ауысты: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Жаңа дербес компьютерлердің процессорларының модельдері Intel Pentium III және Intel Pentium IV. Intel фирмасының процессорларымен қатар AMD фирмасының Athlon процессорлары да кең қолданылады.

• Жүйелік шина жиілігімен. Бұл параметр аналық тақшамен байланысты. Шина деп бір құрылғыдан екінші құрылғыға мәліметтер өткізетін аппараттық магистральды айтады. Шина жиілігі неғұрлым жоғары болған сайын – процессорға уақыт бірлігінде түсетін мәліметтер соғұрлым көп болады. Жүйелік шина жиілігі процессордың жиілігімен «көбейту коээфициенті» арқылы тікелей байланысқан. Процессорлық жиілік – бұл жүйелік шина жиілігінің процессорға салынған бір шамаға көбейтіндісі. Мысалы, 500 Мгц процессор жиілігі – бұл 100 Мгц жүйелік шина жиілігінің 5 коэффициентіне көбейтіндісі.

• Форм-фактормен. Процессорлар орындалу типі, сыртқы көрінісі және аналық тақшаға қосылу тәсілі бойынша келесі түрлерге бөлінеді:

• 1-ші типті процессорлар «барлығы бір жерде» (разъем типі «сокет») – процессорлардың барлық элементтері кремнийдің бір кристаллында орналасқан;

• 2-ші типті процессорлар – 2-ші деңгейлі кэш-жады процессордан сыртқары орналасады (разъем типі «слот»).

Әдетте «слот» форматында әрбір жаңа буынның сыналатын модельдері шығарылады, кейін өндірушілер тұтас және арзан «сокет» форматына өтеді.

Аналық тақша

Бұл құрылғыға компьютердің барлық ішкі және перифериялық құрылғылары қосылады. Ол жеке құрылғыларды қосуға арналған бірнеше разъемдардан және шинадан (олардың барлығын байланыстыратын ақпараттық магистраль), сонымен қатар микросхемалар, чипсеттердің базалық жиынтығынан (олардың көмегімен аналық тақша жүйелік блок ішінде болып жатқанның барлығын бақылайды) тұрады.

---

Компьютерге түрлі құрылғылар қосу үшін кеңею разъемдары немесе слоттар (жүйелік блок ішінде орналасады) және порттар деп аталатын арнайы разъемдар (жүйелік блоктың артқы қабырғасында орналасады) қолданылады. Ақырғыларға тышқан, принтер, сонымен қатар модем және басқа да сыртқы құрылғылар қосылады. Порттар тізбекті (сатылы) және параллельды болып бөлінеді.

Жедел жады

Компьютер қосылып тұрғанда мәліметтерді уақытша сақтауға арналған. Бұл жады тікелей процессормен жұмыс істейді, оған мәліметтер жібереді және өңдеу нәтижелерін алады. Жедел жадыда әрі мәліметтер, әрі компьютер дәл осы уақытта жұмыс істейтін программалар сақталады. Көлемі жағынан аздау болғанмен (ондаған мегабайт), әрекет ету жылдамдығы жоғары. Жедел жадыға қатынау уақыты 10 наносекунд шамасында. Әдетте жедел жады микросхемалар жиынтығы түрінде орындалады. Компьютер өшірілгенде жедел жадыда орналасқан барлық ақпарат жоғалады.

Ұзақ уақытты (сыртқы) жады

Мәліметтер мен программалардың ұлкен көлемдерін ұзақ уақытқа сақтауға арналған құрылғы. Оның әрекет ету жылдамдығы аз, бірақ көлемі өте үлкен (мыңдаған мегабайт), онда сақталатын ақпарат компьютерді өшіргенде жоғалмайды. Ұзақ уақытты жады дискілерде магнитті немесе оптикалық жазбасы бар электромеханикалық құрылғыларда жүзеге асырылады. Дисководтар және сәйкесінше иілгіш магнитті дискілерде (дискеттер), қатты магнитті дискілерде (винчестерлер), ауыстырмалы ақпаратты тасымалдағыштар және компакт-дискілерге арналған дисководтар (CD-ROM) болады.

Қатты диск — жұмыс істегенде үнемі қолданылатын программалар мен мәліметтерді сақтауға арналған негізгі ұзақ уақытты сақтау құрылғысы. Металлдық немесе керамикалық пластинадан орындалға диск үлкен жылдамдықпен айналады. Ақпаратты жазу және оқуды магнитті ине орындайды. Қатты дискілердің негізгі параметрлеріне көлем және өнімділік (қатынаудың орташа уақыты) жатады. Қазіргі кезде Осындай дискілердің көлемі ондаған гига­байт (мыңдаған мегабайт), ал қатынаудың орташа уақыты 10 мкс-тан аз.

Иілгіш дискілер дисководтары иілгіш магнит дискілерді (дискеттерді) қолданады, олар программалар мен мәліметтердің үлкен емес көлемдерін бір машинадан екінші машинаға тасымалдауға және оларды сақтауға арналған. Компьютерлердің көбі 3-дюймдік (89 мм) дисководтар мен 1,44 Мбайт көлемді дискеттер қолданады. Иілгіш дискілер аса сенімді емес болып есептеледі, сондықтан оларды ақпаратты сақтаудың негізгі және жалғыз құрылғысы ретінде қолдануға болмайды.

Компакт-дискілер дисководы CD-ROM — компакт-диск негізіндегі тұрақты есте сақтау құрылғысы. Жазбаны оқу оптикалық тәсілмен жүзеге асырылады. Стандартты компакт-дискінің көлемі 650 мегабайт.

4. Компьютерге қосылатын перифериялық құрылғылар, олардың сипаттамасы.

Енгізу құрылғылары ақпаратты компьютерге енгізуге арналған. Енгі құрылғыларының негізгілеріне пернетақта, тышқан және сканер жатады.

---

Пернетақта алфавитті-цифрлік мәліметтерді енгізуге және компьютерді басқару командаларын енгізуге арналған. Стандартты пернетақтаның 101 және одан да көп пернесі бар, олар бірнеше топтарға функциональды таратылған:

• Алфавитті-цифрлік пернелер тобы таңбалық ақпаратты және әріппен терілетін командаларды енгізуге арналған.

• Функционалдық пернелер тобы пернетақтаның жоғарғы бөлігінде орналасқан он екі пернеден (F1-F12) тұрады.

• Қызметті кпернелер алфавитті-цифрлік пернелер тобының қасында орналасқан. Оларға Enter пернесі, Shift, Alt және Ctrl регистрлік пернелер, Tab пернесі, Esc пернесі, Backspace пернесі, Print Screen, Scroll Lock және Pause/Break пернелері жатады.

• Курсорды басқару пернелері (стрелкалары бар пернелер, Page Up/Page Down, Ноте и End, Insert, Delete пернелері) алфавитті-цифрлік панельдің оң жағында орналасқан. Курсор деп таңбалық ақпаратты енгізу орнын көрсететін экрандық элемент. Курсорды басқару пернелері енгізу позициясын басқаруға мүмкіндік береді.

• Қосымша панельдің пернелер тобы негізгі панельдің цифрлік және кейбір таңбалық пернелерінің қызметін атқарады. Бұл топтың пернелерін қолдану үшін Num Lock ауыстырып-қосу пернесін қосу керек.

• Windows-пен жұмыс істеуге арналған арнайы пернелер тобы алфавитті-цифрлік пернелер тобынан төмен, Alt және Ctrl қызметтік пернелер арасында орналасады

Тышқан – манипулятор типті компьютерді басқару құрылғысы. Тышқан екі-үш батырмасы бар сопақша келген қорапша. Тышқанды жазық бетпен қозғалтқан кезде монитор экранында синхронды түрде белгі (тышқан нұсқағышы) қозғалады. Батырмаларды қықса (шертпе) немесе ұзақ басу және нұсқағышты орын ауыстыру арқылы компьютер басқарылады.

Сканерлер қағазға басылған графикалық және мәтіндік ақпаратты енгізуге арналған. Сонымен қатар, компьютер датчиктерден түскен ақпараттарды қабылдай алады — аналогтық-цифрлік түрлендіргіш (АЦТ) деп аталатын арнайы құрылғыдан түскен электр сигналдары түрінде.

Шығару құрылғылары пайдаланушыларға мәліметтерді өңдеу нәтижелерін көрсетуге арналған. Ең таралған шығару құрылғыларына монитор және принтер жатады. Графиктер мен сызбалар алуға арналған құрылғылар бар - графоқұрастырушылар, немесе плоттерлер, акустикалық жүйелер және басқа да құрылғылар. Компьютер де ақпаратты электр сигналдары түрінде қандай да бір цифрлік-аналогтық түрлендіргіштер (ЦАТ) арқылы орындаушы құрылғыларға жібере алады.

Монитор — мәліметтерді визуалды көрсету құрылғысы. Мониторлардың көптеген түрлерін шығарады, олардың көбі электрондық-сәулелік түтікшелер негізінде жүзеге асырылған. Қазіргі кезде тасымалданатын (переносной) компьютерлер мен дербес компьютерлерде сұйық кристалды дисплейлер қолданылады.

Мониторлардың негізгі параметрлері:

• Экран өлшемі. Ең ыңғайлы және әмбебап мониторларға экран өлшемдері диагональ бойынша 15 және 17 дюйм мониторлар жатады. Графикамен жұмыс істеуге экран өлшемдері 19-21 дюйм мониторлар да қолданылады.

• Экранның маска қадамы бейне анықтығын (айыру қабілеттігін) анықтайды. Қазіргі кезде 0,25-0,27 мм қадамы қолданылады.

• Бейненің регенерация жиілігі де бейненің анықтығын және тұрақтылығын анықтайды және ол 75 Гц-тен төмен болмауы керек.

• Қорғау классы монитордың қауіпсіздік техникасының талаптарына сәйкес келуін анықтайды.

---