Практикалық сабақтарға арналған әдістемелік ұсыныс тақырыбы

ЭЕМ ДАМУ ТАРИХЫ. ЕСЕПТЕУ МАШИНАЛАРЫНЫҢ ДАМУ БАҒЫТТАРЫ

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.

• 
  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.
  

• 
  Алынатын нәтижелердің нақтылығының аздығы (10%);
  
• 
  Шығарылатын есептердің алгоритмдік шектелуі;
  
• 
  Шығарылатын есептің машинаға қолдан енгізлуі;
  
• 
  Есеп қиындылығына қарай өсетін іске қосылған жабдықтардың үлкен көлемі.
  

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.

• 
  Есептеудің жоғары дәлдігі;
  
• 
  Универсалды болуы;
  
• 
  Есептеуге қажетті ақпараттарды автоматты еңгізу;
  
• 
  ЭЕМ шығаратын есептердің әртүрлі болуы;
  
• 
  Қажетті құралдардың санының есептің күрделігіне тәуелсіз болуы.
  

• 
  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.
  

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

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.

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»).
  

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.

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.

• 
  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
  

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.
  

• 
  матрицалық, басып шығарушы кішкене бас (головка) бейнені инелер мен бояғыш лента көмегімен қалыптастырады;
  
• 
  сия бүріккіш, өте кішкентай сия тамшыларымен салады;
  
• 
  лазерлік, бояғыш барабан жарық импульстерімен сәулеленеді, электрленеді, бояғыш затпен бүркеліп, оны қағаз бетіне түсіреді.
  

• 
  өнімділік (минутына басылатын беттер саны),
  
• 
  айыру қабілеті, dpi (дюймға келетін нүктелер)
  
• 
  оттиск бағасы (бір бетке келетін АҚШ доллары).
  

Программалық қамтамасыз етудің бұл бөлігі тұрақты (энергияға тәуелсіз) жадыда сақталады және қосылған кезде тестілеу мен қосылуды қамтамасыз етеді, операциондық жүйені жүктейді және операциондық жүйенің компьютер аппараттық құрылғыларымен байланысын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар BIOS-та нақты уақыттың сағаты мен күнтізбегі сақталады. BIOS аналық тақшада жеке микросхема түрінде орналасқан.

Компьютер жадысы ақпаратты – командалар кодтары мен мәліметтерді, қысқа уақытты және ұзақ уақытты сақтауға арналған. Ақпарат жадыда екілік кодпен сақталады, әр бит – жадының элементар ұяшығы – мәні «0» немесе «1» болуы мүмкін. Жадының әрбір ұяшығының өз адресі болады, ол ұяшықты нақты координаталар жүйесінде идентификациялайды.жадыда ақпаратты сақтаудың минималды адрестік бірлігі болып байт саналады.

Үлкен компьютерлер пайда болғаннан бері жады ішкі және сыртқы болып бөлінеді.

• 
  Ішкі жады - электрондық (жартылай өткізгіштік) жады, жүйелік тақша немесе кеңею тақшаларында орнатылады;
  
• 
  Сыртқы жады - ақпаратты сақтаудың түрлі принциптері бар құрылғылар түрінде жүзеге асырылған, әдетте тасымалдағыштар түріндегі жады. Қазіргі кезде бұнда магнитті (дискілі және лен­талы) жады, оптикалық және магнитооптикалық жады құрылғылары жатады. Мыртқы жады құрылғылары әрі компьютердің жүйелі блогының ішінде, әрі өлшемдері шкаф көлеміндей бола алатын корпустар ішінде де орналаса алады.
  

Сыртқы жады күрделірек әдіспен адрестеледі – оның әрбір ұяшығының қандай да бір блок ішінде адресі болады, ал ол блоктың өзінің адресі көпөлшемді болап табылады. Мәліметтерді алмасу операциялары кезінде блок түгелдей ғана оқылынады не жазылады. Бір дискілік жинақтағыш жағдайында блок адресі үш өлшемді болады: бет нөмірі (головки), цилиндр нөмірі және сектор нөмірі. Қазіргі жинақтағыштарда бұл үш өлшемді адресті жиі сызықтық адреске (блоктың логикалық адресі) алмастырады, ал жинақтағыштың ішкі контроллері оны физикалық адреске түрлендіреді. Компьютерде дискілік жинақтағыштар саны көп бола алатындықтан, дискілік жадының адрестелуінде жинақтағыш нөмірі және интерфейс арнасының нөмірі де қолданылады. Адресацияның бұндай күрделі жүйесімен процессор программалық драйвер көмегімен ғана жұмыс істей алады, оың есебі мәліметтердің бір блогын жедел жадыдан дискілікке және керісінше көшіру болып табылады. Дискілік жады тікелей қатынау мүмкіндігі бар сыртқы жады болып табылады, яғни блоктарға кез келген ретпен қатынауға болады.

Жады жүйесінің басты параметрлері:

- сақталатын ақпарат көлемі. Ауыстырмалы тасымалдағыштары бар ленталық және дискілік құрылғылардың сақтайтын ақпарат көлемі максимал, олардан кейін дискілік жинақтағыштар, сосын жедел жады;

- қатынау уақыты – мәліметтерге түскен сұраумен салыстырғанда қажетті ақпаратты алмасудың басталуы алдындағы орташа кідіру. Қатынау уақыты жедел жадыда минималды, одан кейін дискілік, сосын - ленталық;

- мәліметтер ағынын тасымалдау кезіндегі алмасу жылдамдығы (қатынау уақытына кідірістен кейін). Алмасу жылдамдығы жедел жадыда максимал, одан кейін дискілік, сосын - ленталық;

- мәліметтер бірлігін сақтаудың салыстырмалы бағасы – жинақтағыш бағасының сақтау бірлігіне (байт немесе мегабайт) қатынасы. Сақтаудың бағасы ауыстырмалы тасымалдағышты ленталық құрылғыларда мини­малды, одан кейін дискілік жинақтағыштар, ал ең қымбаты – жедел жады.

Бұл параметрлерден басқа басқа да сипаттамалар бар – энергияға тәуелсіздігі (сыртқы қоректену өшірілген жағдайда ақпаратты сақтау қабілеті), сыртқы әсерлерге тұрақты болу, сақтау уақыты, конструктивтік ерекшеліктер (өлшемі, салмағы) және т.с.с. Жадының әр типінің жүзеге асырылу ерекшеліктері, артықшылықтар мен кемшіліктері бар.

Ішкі және сыртқы жады әртүрлі тәсілдер арқылы қолданылады. Ішкі (жедел және тұрақты) жады процессор орындайтын программалық кодты сақтайды. Бұл жадыда процессорға (яғни орындалып жатқан программаға да) тікелей қатынайтын мәліметтер де сақталады. Сыртқы жады мазмұны еркін файлдарды сақтау үшін қолданылады. Процессор (программа) осы файлдарға жедел жадының қандай да бір облысына көшірген соң ғана қатынай алады. Дискіден тікелей программалық кодқа не мәліметтерге қатынай алмайды.

Дискілік жадының басты кемшілігі –қатынауға көп уақытқажет және алмасу жылдамдығы төмен – бұл виртуалды дискіні қолдану арқылы шешіледі. Виртуалды диск жедел жадының өзінше қолданылған облысы болып табылады. Бұл облыста файлдар сақталады және операциондық жүйе тұрғысынан қарағанда қарапайым, бірақ өте жылдам диск болып көрінеді. Әрине, оның көлемі шектелген, және бұл көлем процессорға жедел жады түрінде қатынайтын, орнатылған физикалық жадыдан алынады..