ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 204
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Компьютерлік жүйелерге шолу. Компьютерлік жүйелердің эволюциясы. Компьютерлік жүйелердің архитектурасы мен компоненттері. Компьютерлік жүйелерді қолдану. Деректердің компьютерлік жүйелерде бейнеленуі. STEM-элементтері (робототехника, виртуалды шындық, 3D-баспа және т.б.).
Компьютерлік жүйелерге шолу.
Компьютер – ол деректерді құруды, сақтауды және тасымалдауды автоматтандыруға арналған электрондық құрал.
«Компьютер» сөзі ағылшын тілінен аударғанда есептеуіш , есептеуге арналған құрылғы дегенді білдіреді. Компьютерлер есептеу операцияларының қатарларын адамның қатысуынсыз, алдын ала көрсетілген нұсқаулық – бағдарлама бойынша жүргізуге мүмкіндік береді. Есептеуіш техниканың қазіргі тарихының негізі 1943 жылы «Марк-1» машинасының дүниеге келуінен бастап қаланды. Компьютерлердің алдыңғы буындары шамдық есептеуіш машиналар болатын, олардың орнын транзисторлы электронды есептеуіш машиналар (ЭЕМ), содан кейін – интегралды сызбалар пайдаланылатын электронды есептеуіш машиналар және ең ақырында, қазіргі таңда аса үлкен интеграциялық деңгейлі сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ басты.
Компьютерлік жүйелер
IBM фирмасының анықтамасы бойынша компьютерлік (есептеу) жүйелер төрт негізгі құрамнан тұрады:
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 ұғымын немесе мәліметтер өңдеу жүйелерін осы төрт комбинацияны – машиналарды, мәліметтерді, программаларды және адамды – біріктіре қарастыру кезінде қолданады.
Компьютерлік жүйелердің эволюциясы;
Компьютер буындары
Компьютер буындары (поколения ЭВМ) — сәулеті мен элементтік негізінің түрлері бойынша біріктірілген, тарихи қалыптасқан компьютер топтары. Олар бір-бірінен элементтік негізі, құрылмалы-технологиялық орындалуы, логикалық ұйымдастырылуы, техникалық сипаттамалары, программалық жасақтамалары және пайдаланушы тарапынан компьютермен қатынас құру дөрежесі бойынша ажыратылады.
ЭЕМ буындары
Шыққан компьютерлер буынға бөлінеді. Қазір компьютерлердің алты буыны белгілі деп айтуға болады. Жалпы, компьютерді буынға бөлу шарты, ол негізінен компьютерлердің элеменnтер базасының өзгеруіне, өзінің құрамына кіретін құрылғылардың түрлері мен қасиеттерінің өзгеруіне және компьютерлер арқылы шығарылатын есептердің жаңа (сандық емес) топтарының пайда болуына тәуелді.
Компьютердің бірінші буыны – 1959 жылға шейін шығарылған электронды лампалық машиналар, жылдамдықтары ондаған мың а/с., разрядтылығы 31-34 бит, жедел жадыларының көлемі 1-4 кб, амалдардың жұмыс ырғағы қатал тізбекті, яғни, келесі орындалатын амал ағымдағы амалдың орындалуы толық біткеннен соң ғана басталады, енгізу/шығару амалдары орындалып тұрғанда орталық процессор тоқтап тұрады. Программа негізінен машиналық тілде қолмен жазылып орындалады. Жұмыс істеу режімі ашық болды, яғни, әрбір программалаушы басқару тетігінде өзі отырып программасын енгізіп жұмыс істетті. Негізінен сандық шамалармен байланысты есептер шығарылады, символдық шамаларды пайдалану жоқ болды. Стандартты программалар жасала бастады.
Компьютердің екінші буыны – 1968 жылға шейін шығарылған транзисторлық компьютерлер, жылдамдықтары жүздеген мың а/с., разрядтылығы 31-48 бит, жедел жадыларының көлемі — 8-128 кб. Процессордың жұмысын үзу және оны өңдеу жүйесі пайда болды (ол негізінен енгізу/шығару амалдарын орындау кезінде іске қосылады). Алгоритмдік тілдерден машиналық тілге автоматты аударатын программалар – трансляторлар шықты, яғни, программа құру үшін деңгейлері жоғары программалау тілдері (Fortran, Algol, Cobol және басқалар) қолданылды, стандартты программалардың қоры үлкейді. Жабық жұмыс істеу режімі қолданылды, яғни, программалаушы тікелей машинамен жұмыс істемейтін болды, ол өзінің жоғары деңгейдегі программалау тілінде жазылған программасын ары қарай машинадан өткізетін қызмет көрсететін топқа тапсырды. Программалардың жұмыс істеуін бақылау және басқару үшін алғашқы мониторлық жүйелер пайда болды. Олардың өзінің тапсырмаларды басқару тілдері болған. Индексті арифметиканың шығуы, тікелей емес адрестеуді және динамикалық жадыны қолдану, символдық шамалармен жұмыс істеу мүмкіншілігінің пайда болуы осы буынның құрылымдық ерекшелігін айқындады.
Компьютердің үшінші буыны – 1970 жылдан бастап интегралды микросхемалар арқылы жасалынған компьютерлер мен компьютерлер кешені, жылдамдықтары миллиондаған а/с., разрядтылығы 32-64 бит, жедел жадыларының көлемі 64-1024 кб. Дамыған үзу жүйесі бар, енгізу/шығару амалдарының орындалуы орталық процессордың жұмысымен параллель жүргізетін қосымша процессорлар (арналар) қолданылады. Бұрын программалар атқаратын көп жұмыстар, соның ішінде үзуді ұйымдастырумен өңдетулер аппарат арқылы жүзеге асатын болды. Компьютерлердің сыртқы ортаны қабылдай және оған әсер ете алатын сенсорлық қондырымдары пайда бола бастады. Осылар компьютерді алдын ала енгізілген деректерді детерминді (бірмәнді) өңдейтін құрылғыдан сыртқы ортада туатын жағдайға қарай жұмыс істей алатын зерделі құрылғыларға айналдырылды. Жедел жадыны қорғау және динамикалық бөлу іске асты. Көптеген жоғары деңгейлі, солардың ішінде символдық есептерге (SNOBOL. LISP. REFAL сияқтылар) және логикалық есептерге (Prolog. Miranda сияқтылар) бағытталған программалау тілдері қолданылды, символдық есептер мен логикалық есептер үлесі көбейді. Программалардың жұмысын бастан аяқ басқаратын (сыртқы және ішкі ортадағы жағдайларға мақсатты жауап бере алатын) дамыған операциялық жүйелер жұмыс істеді. Осы буынның негізгі ерекшелік программалары төменнен жоғары қарай ұйқас болатындай мүмкіншіліктері өспелі компьютерлердің бірнеше модельднрінен тұратын машиналар кешенінің пайда болуы (мысалы, социалистік елдерде ЕС ЭВМ 1020-1050, ал АҚШ – та IBM 360-370 сияқты компьютерлердің бірыңғай жүйелері). Бұл компьютерлер арқылы жедел жадыны немесе сыртқы құрылғылардың өрісін ортақ етуге болатын есептеу жүйелерін жасауға мүмкіншілік туды. Бір уақытты бірнеше программа істей алатындай етіп орталық процессордың уақытын бөлшектейтін мультипрограмдық режім іске асырылды. Сонымен қатар, нақты уақыт масштабында жұмыс істей алатын программалар пайда бола бастады. Олар технологиялық процесстерді, ұшатын аппараттардың және басқа күрделі құрылғылардың жұмыстарын басқаруға мүмкіндік берді.
Компьютердің төртінші буыны – 1975 жылдан бастап үлкен немесе өте үлкен интегралды микросхемалар арқылы жасалынған көппроцессорлы суперкомпьютерлер мен микрокомпьютерлер (кейін оларды дербес компьютерлер деп атап кетті). Суперкомпьютерлердің жылдамдықтары жүз миллионға шейін (мысалы, Cray – 1 суперкомпьютерінің жылдамдығы 100 млн а/с). Жалпы осы буындағы компьютерлер арқылы байланыс әдістері одан әрі дамып телефон, телеграф желілеріне қосылып, компьютерлік глобальді (мысалы Интернет), корпоративтік және локальді желілер құрылды, өте үлкен деректер архиві жиналды, деректердің визуалды (бейнелік) түрдегі берілуі және өңделуі дамыды, нақты уақыт масштабында жұмыс істей алатын жүйелер кеңінен жүзеге асты.
Компьютердің бесінші буыны – 1980 жылы Жапония жариялаған 5 жылдық жобадан басталады, онда компьютерлік тілдің машиналық тілі ретінде логикалық программалау тілі PROLOG – ты аппаратты түрде жүзеге асырып, жасанды зерде (интеллект) жүйесін құру көзделді. Бұл жоба нәтижелі аяқталды, қазір өзінің жасанды зердесі бар, яғни, белгілі есептің берілгені бойынша оның шешуін табатын тұжырымдарды жасап және оны дәлелдей алатын, белгілі тақырыпқа өлең немесе музыка шығара алатын және т.с.с интеллектуалды жұмыстарды өздігінен жасай алатын компьютерлер бар. Бірақ олар кең тарамаған, себебі олардың бағасы өте қымбат және олармен жұмыс істеу аса біліктілікті талап етеді.
Компьютердің алтыншы буыны — өткен ғасырдың 90-шы жылдарының ортасынан бастап қолға алына бастады. Ол жасанды нейрон желісіне, көпмәнді логика және кванттық есептеу теориясына негізделіп жасалынады. Бұл компьютерлердің дамыған жасанды зердесі болады: олардың өзін — өзі оқытатын қабілеті және өздігінен кейбір мәселені түсініп (образды танып), жобалап, оны шешу немесе жүзеге асыру үшін керекті программаны немесе құрылғыны құрастыра алатын мүмкіншілігі болады.
Компьютерлік жүйелердің архитектурасы
ЭЕМ құрылысы – деп сәйкес есептер класстарын шығару үшін, ЭЕМ-нің функционалдық мүмкіндіктерін анықтайтын, аппаратты-бағдарламалық құралдар мен олардың сипаттамаларын ұйымдастырудың жалпы принциптерінің жиынтығын айтады. ЭЕМ құрылысы апараттық және бағдарламалық құралдар комплексін құру және көптеген факторларға көңіл қоюмен байланысты кең ауқымды мәселелерді қамтиды. Осы факторлар ішіндегі маңыздылары: бағасы, қолдану саласы, функционалдық мүмкіндіктері, пайдалануға ыңғайлылығы, ал құрылысының ең басты компоненттерінің бірі – аппараттық құралдар болып табылады.
Кең таралған архитектуралар:
1. Классикалық архитектура (Фон-нейманның архитектурасы) – берілгендер ағыны өтетін бір құрылғы (АЛҚ) және команда ағыны – программа өтетін бір басқару құрылғысы (БҚ). Бұл бірпроцессорлы компьютер деп аталады. Ондағы барлық функционалдық бөліктер бір-бірімен жүйелік магистраль деп аталатын ортақ шинамен байланысқан. Магистраль – электронды схеманы қосатын ұяшықтардан тұратын өткізгіштік линия.
2. Көппроцессорлы архитектура. Компьютерде бірнеше процессор болғандықтан, ол бір жұмыстың бірнеше фрагментін параллель орындай алады. Осындай машинаның құрылысы жалпы жедел жад немесе бірнеше процессордан тұрады.
Көпмашиналы есептеу жүйесі. Есептеу жүйесіне кіретін бірнеше процессорларда жалпы жад емес, әрбіреуінде жеке жад болады. Әрбір компьютерде көпмашиналы жүйеде классикалық құрылыс болады және осындай жүйе өте көп қолданылады.
3. Параллельді процессорлар архитектурасы. Мұнда бірнеше АЛҚ-лар бір БҚ-ның басқаруымен жұмыс істейді, яғни көптеген деректер бір бағдарламамен (бір команда ағынымен) өңделуі мүмкін. Осындай құрылыстың өте жылдам жұмыс істеуін біз тек қана есептерді шығаруда қолдана аламыз.
Дербес компьютер (ДК) құрамында деректерді өңдеу үрдісін қамтамасыз ететін арнайы функцияларды орындайтын түрлі бөліктері бар. Бұл бөліктерді орталық және шеткері (перифериялық) құрылғылар деп атайды.
Компьютердің перифериялық құрылғыларының қызметі өте күрделі, бірақ та соның ішінде екі негізгісін атап өтуге болады: ақпараттарды түрлі мәлімет жинақтауышта сақтау және сыртқы құрылғының атқаратын функциясына сәйкес өңдеу. Компьютердің перифериялық құрылғылары ретінде сыртқы жадты және енгізу-шығару құрылғыларын қабылдайды.
Ақпарат пен басқару командаларын енгізетін негізгі құрылғылар болып пернелік тақта, тышқан және сканер және т.б. есептеледі.
Ақпараттарды ДК-ден шығарушы құрылғылар: принтер, график сызғыштар, плоттерлер.
Визуалды ақпараттарды (текст, сандар, грфикалық ақпараттар және т.б.) бейнелейтін құрылғы: дисплей немесе монитор.
ДК-дің барлық функционалдық құрылғылары арасындағы байланыс интерфейс арқылы орнатылады. Интерфейс дегеніміз-осы құрылғыларды бір ережеге негіздеп байланыстыратын тәсілдер мен әрекетер жиыны.
Процессорды шеткері құрылғылармен байланыстыру арнайы құрылғы адаптер арқылы жүзеге асады. Осы арналар арқылы ДК-дің жеке бөліктерінің арасында ақпарат алмасу үрдісі іске асады. ДК құрылғыларының өзара әсерлесу мүмкіндігін қамтамасыз етуші жалпы арна – жүйелік шина деп аталады.
Компьютерлердің негізгі ерекшелігі ретінде оның “ашық архитектура” принципін айтуға болады, яғни компьютер бір тұтас монолит емес, жеке бөліктер мен түйіндерден тұрады. Компьютердің кез келген түйінін басқалармен алмастыруға, қосымша түйіндерді жалғастыруға болады.
Дербес компьютердің құрылымдық схемасы. Компьютер құрылысы әрекет ету принціпін, ақпараттық байланысты және компьютердің негізгі логикалық түйіндерін анықтайды, оларға мыналар жатады: орталық процессор; негізгі жады; сыртқы жады; шеткері құрылғылар;
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 өңдеу 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 немесе 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 1 000 000 сөз оқи алады. Мысалы, Чикаго қаласының телефон анықтамалығы 788 000 адамдар атауынан, ад адрестер мен телефон нөмірлерін қоссақ, 32 000 000 жол информациядан тұрады екен. Минутына 250 сөз оқитын адам осы анықтамалықты оқып шығу 250 сағат уақыт жібереді. Ал, орта мүмкіндікті компьютер оны 30секундқа жетпейтін уақытта оқып шыға алады. Сол себепті телефон станцияларында, анықтамалық іздеу қызметтерінде ЭЕМ кеңінен қолданылады. Дәлдік мен ұқыптылық. Компьютерлік жүйелерді пайдаланудағы үшінші себеп – олардың дәлдігі мен ұқыптылығында жатыр. Егер біз компьютерге нақты мәліметтер беріп, оларды өңдеудің дұрыс жолдарын көрсетсек, ол әрқашанда қатесіз дұрыс нәтижелер береді. Кейде компьютер қате нәтиже берді деп айтылады. Мұндайда компьютердің қателеспейтінін, қатененің себебі мәліметтердің оған дұрыс берілмегендігінен, немесе осы мақсатқа арналған мәліметтерді өңдеу алгоритмнің қате болғанынынан екенін ашып айту қажет.