Компьютердің архитектурасы. Эем ұйымдастыру принциптері. Компьютерлік техниканың даму тарихы, эем буындары және олардың классификациясы

1. 
   Компьютердің архитектурасы. ЭЕМ ұйымдастыру принциптері. Компьютерлік техниканың даму тарихы, ЭЕМ буындары және олардың классификациясы. Есептеуіш машиналардың кластары
   

Негізгі принциптері: Өзінің алдына қойылған тапсырманы орындау үшін компьютер механикалық бөліктердің орын ауыстырылуын, электрондардың, фотондардың, кванттық бөлшектердің ағынын немесе басқа да жақсы зерттелген физикалық құбылыс әсерлерін қолданады. Көбімізге компьютерлердің ең көп таралған түрі — дербес компьютер жақсы таныс.

Компьютер архитектурасы алға қойылған мәселені, зерттеліп отырған физикалық құбылысты максималды айқын көрсетіп, модельдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, электрондық ағындар бөгеттер салу кезіндегі су ағынының үлгісі ретінде қолданылуы мүмкін. Осылай құрастырылған аналогтық компьютерлер XX ғасырдың 60-жылдары көп болғанымен, қазір сирек кездеседі.

Қазіргі заманғы компьютерлердің басым бөлігінде алға қойылған мәселе әуелі математикалық терминдерде сипатталады, бұл кезде барлық қажетті ақпарат екілік жүйеде (бір және ноль ретінде) көрсетіледі, содан кейін оны өңдеу үшін қарапайым логика алгебрасы қолданылады. Іс жүзінде барлық математикалық есептерді бульдік операциялар жиынына айналдыруға болатындықтан, жылдам жұмыс жасайтын электронды компьютерді математикалық есептердің, сонымен қатар, ақпаратты басқару есептерінің көпшілігін шешу үшін қолдануға болады.

Бірақ, компьютерлер кез келген математикалық есепті шеше алмайды. Компьютер шеше алмайтын есептерді ағылшын математигі Алан Тьюринг сипаттаған болатын.

Орындалған есеп нәтижесі пайдаланушыға әр түрлі енгізу-шығару құрылғыларының көмегімен көрсетіледі, мысалы, лампалық индикаторлар, мониторлар, принтерлер және т.б.

Компьютер — жай ғана машина, ол өзі көрсетіп тұрған сөздерді «түсінбейді» және өз бетінше «ойламайды». Компьютер тек қана бағдарламада көрсетілген сызықтар мен түстерді енгізу-шығару құрылғыларының көмегімен механикалық түрде көрсетеді. Адам миы экрандағы көріністі қабылдап, оған белгілі бір мән береді.

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 дәрежесі бойынша ажыратылады.

Компьютер сөзі ағылшын тілінің ағылш. to compute, ағылш. computer сөздерінен шыққан. Бұл сөздер «есептеу», «есептегіш» мағынасында аударылады (ағылшын сөзі, өз кезегінде, латын тілінің лат. computo — «есептеймін» сөзінен шыққан). Алғашында ағылшын тілінде бұл сөз механикалық құрылғыларды қолданбай немесе қолдана отырып, арифметикалық есептеулер жүргізетін адамға қатысты айтылған. Содан кейін бұл сөз машиналарға қатысты айтылатын болды, бірақ, қазіргі заманғы компьютерлер математикамен тікелей байланысты емес мәселелермен де айналысады.

Компьютер сөзінің анықтамасы алғаш рет 1897 жылы ағылшындық Оксфорд сөздігінде пайда болған болатын. Бұл сөздікте компьютер механикалық есептеуіш құрылғы ретінде көрсетілген. 1946 жылы бұл сөздікте цифрлық компьютер, аналогтық есептеуіш машинасы және электронды компьютер түсініктерінің мағынасы ажыратылып көрсетілдді.

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.