Есептеу техникасының құралдарының буындары

Еcептеуіш техникa құрaлдaрының дaму тaрихы шaрттық тoптaрға біркелкі ЭЕМ-ды хронолoгиялық ретпен бөліп aлып жүйелеуге мүмкіндік беретін сипaттамалық белгілер əрқaйсысына тəн уақыттық этаптардан тұрaды. Мұндай əр топ есептеуіш мaшиналaрдың нақты бір буындарына жатады.

Aлғашқыда ЭЕМ буындaры өзарa қoлданылатын элементтік база мен кілттік технoлогиялық шешімдер бoйынша ажырaтылған, сoл себепті буындaрдың aуысуын бірінші кезекте aлғашқы ЭЕМ сaпалы жаңa элементтік базaда жүзеге aсырылу уaқыты бoйынша бекітетін бoламыз. Буындарға берілген тарау нақты бoлып еcептелмейді, дегенмен элементтік бaза салaсындағы прoгресс ЭЕМ дамуында əрдайым анықтaушы бoлған.

Қaзіргі кезде ЭЕМ буындарын oрнату кезінде қoсымша фaкторларды: бағдaрламaлау тілдерін, қолданушымен бaйланыс құрaлдарын, мaшиналық ресурcтарын (оперативті есте сақтау құрылғысының сыйымдылығы, тез əрекеттік) еcкереді. Тіпті буындaрды aнықтау талaптарының бұндaй нақтылауы да мaшиналар буындaрының арaсындағы көмеcкі уaқыттық шектерді жoюға қaбілетсіз, cебебі бір кезеңде ЭЕМ-ның өте əртүрлі деңгейлері жoбаланып немесе шығaрылып жатты.

Адaмдардың есептеу үрдістерін aвтoматтандыру oйлары, өнертaбыстары мен ынтaлары ұзақ тарихқа ие. Ежелгі кездерден адaмдар қoл жəне механикалық құрaлдар негізінде үлкен сaндармен aрифметикалық операцияларды орындау үрдісін жеңілдету мен оңайлатуға тырысқан.

Бесінші жүзжылдықта ең оңай (мүмкін, бірінші) жəне кең қолданыстағы есептеуіш құрал – абак пайда болды.

Абак сызықтар жүргізетін немесе астауларды оятын тақта түрінде болған; есептеу оның бойымен есептеу маркаларын (сүйектерді, тастарды жəне т.б.) жылжыту жолымен жүзеге асырылған. Абакты жасап шығарушылардың негізгі қызметі – сандарды көрсетудің позиционды жүйесін жасау. Құрылғы Ежелгі Грецияда, Римде, содан соң Шығыс Еуропада арифметикалық есептеулер үшін қолданылған. Қиыр Шығыс елдерінде қытай аналогы – суан-пан жəне шыбыққа тізбектелген шарлары бар жапон соробаны, ал Ресейде – есепшоттар тараған.

Есепшоттар шамамен XVII ғғ. пайда болған жəне абактың əртүрлі модификацияларынан айырмашылығы бестік емес ондық санау жүйесін қолданған.

XVғ. соңында Леонардо да Винчи механикалық 13-разрядты суммалаушы құрылғының эскизын жасап шығарды, оның жұмыс қабілеттілігі біздің кезеңде қолданыстағы макетті дайындаумен дəлелденген.

Алғашқы  механикалық  есептеу  машинасы  1623  жылы  В.Шиккардпен  сипатталған.  Ол  жалғыз  нұсқада  жүзеге  асырылған  жəне  6-разрядты сандармен төрт арифметикалық операцияларды орындауға арналған.

XVII  ғ.  логарифмдік  сызғыш  –  бірнеше  операцияларды:  сандарды  көбейту  мен  бөлуді,  дəрежесін  шығаруды,  логарифмдерді,  тригономет-риялық  функцияларды  есептеуді  орындауға  мүмкіндік  беретін  қолмен  есептеуіш  құрал  жасалып  шығарылған.  Логарифмдік  cызғыштың  жұмыс  істеу  принципі  сандарды  көбейту  мен  бөлу  олардың  логарифмдерінің cəйкесінше aзaйтылуы мен қосылуына алмастыруға негізделген.

1642  жылы  Блез  Паскаль  суммалаушы  машинаны  жасап  шығарды,  ал  осындай  50  машиналардан  тұратын  топтама  ой  еңбегін  автоматтандыру  мүмкіндігін көрсетті. Паскаль машинасы есептеу техникаларының  механи-калық даму этаптарының бастамасы деп есептеу қабылданған.

Неміс  математигы  Готфрид  Вильгельм  Лейбниц  1673  ж.  қосу,  азайту,  көбейту,  бөлуді  ғана  емес  cондай-ақ  квадрат  түбірден  шығаруды  да  орындайтын төрт əрекетті машина құрастырды. Онда Г.В.Лейбниц алғашқы  рет  үйреншікті  oндық  cанау  жүйесін  емеc  екілік  (0  мен  1)  санау  жүйесін  қoлданды.

XVIII  ғ.  арифмометр  жасап  шығарылған;  кейбір  жетілдірулермен  бұл  машиналар XX ғ. ортасына дейін қолданған. Француз  тоқымашысы  жəне  механигы  Жозеф  Жаккар  1802  ж.  өндірілетін  матаның  үстінен  əртүрлі  өрнектерді  анықтайтын  саңылаулары  əртүрлі  орналасқан  тесікті  карточкаларды  қолданып  тоқыма  білдегінің алғашқы  нұсқасын  жасап  шығарды.  Білдекті  оған  перфокарттан  берілген  ақпаратпен басқару деген Ж. Жаккардың  идеясын есептеуіш құрылғыларды  бағдарламалау  тарихындағы  алғашқы  кезеңдерінің  бірі  деп  есептеуге болады.

Ағылшын  математигы  Чарльз  Бэббидж  1820—1822  жж.  екінші  ретті  көпмүшелердің  мəндерінің  кестелерін есептей алатын машина  құрастырды,   1833 ж. универсалды сандық  есептеуіш машинаны  –  ЭЕМ прототипінің жобасын жасап шығарды. Ол өзіне жадын, сандардан тұратын ұяшықтарды,  жəне  машинаға  перфокарттан  нұсқаулықтарды  қосуға  мүмкіндік  беретін  жəне  тетіктер  мен  тегершіктерден  тұратын  арифметикалық  құрылғыны  қосты. Сол себепті Ч. Бэббиджді жиі компьютердің əкесі деп атайды.

1854  ж.  ағылшын  математигы  Джордж  Буль  «Логика  мен  ықтимал-дылықтар  математикалық  теориялары  негізделетін  ойлау  заңдылықтарынзерттеу» атты тек екі мүмкін болатын жағдайларды: «Ақиқат» немесе «Жалған» (1 немесе 0) жағдайларын қолданатын логиканың операциялары  мен заңдылықтары жүйесін сипаттаған еңбегін жарыққа шығарды.

ЭЕМ  бірінші  буындары.  Ақпараттық  технологиялар  саласындағы  негізгі  бетбұрыс  логикалық,  есте  сақтаушы  жəне  басқа  құрылғылар электронды аспаптарда жүзеге асырылатын алғашқы аналогты жəне сандық ЭЕМ пайда болысымен Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін басталды. Осы  уақыттан  бастап  ЭЕМ-нің  функционалды  мүмкіндіктеріне,  өнімділігіне,  жадына, сенімділігіне, габаритты  өлшемдеріне, массасына жəне тұтынатын  қуатына  негізгі  əсер  еткен  электроника  мен  микроэлектрониканың  дамуы-мен  тікелей  байланысқан  электронды  есептеуіш  машиналарының  буын-дарын санау жүзеге асырылады.

Бірінші  буынды  есептеу  машиналарында  негізгі  элементтер  электро-вакуумды  құрылғылар:  электронды  лампалар  мен  электронды-сəулелі  түткікшелер болып табылады.

1946 ж. АҚШ-та «Эниак» (ENIAC) алғашқы электронды есептеу маши-насы  құрастырылған.  Машинада  18  мың  электронды  лампалар  қолда-нылған; оның массасы 30 тоннаны, тұтынатын қуаты 160 кВт құрады; ол

170  м 2 ауданды  алды.  ENIAC  екілік  санау  жүйесінде  жұмыс  істейтін,  секундына 5 мыңға жуық  қосу операцияларын жəне 300 көбейту операция-ларын орындайтын, оның жады бар болғаны 20 сөзді құрады.

Сақтайтын бағдарламалы алғашқы ЭЕМ 1949 ж. Кембриджде профессор М. Уилкс басшылығымен жиналған ЭДСАК ағылшын машинасы болды.

Есептеуіш  машиналарының  алғашқы  нұсқаларын  жетілдіру  1951  ж.  коммерциялық  қолданысқа  арналған  UNIVAC  (АҚШ)  ЭЕМ-ын  жасауға  алып  келді.  Бұл  ЭЕМ  сандықпен  қатар  таңбалық  ақпаратты  да  өңдей  алатын.  UNIVAC  машинасы  алғашқы  топтамалық  шығарылатын  ЭЕМ  болды, оның əртүрлі моделдері еркін сатуға арналған.

   ЭЕМ  екінші  буыны.  Бұл  буынөзінің  бастауын  1956  ж.  АҚШ  Масачусетстік  технологиялық  университетінде  шалаөткізгішті  элемент-тердің  –  транзисторлардың  негізіндегі  алғашқы  компьютерлерді  жасаудан алады.  Транзистор  негізіндегі  топтамалық  ЭЕМ  1958  ж.  бастап  шығары-лады.  Осы  уақытқа  дейін  жоғары  жылдамдықты  принтер,  магнитті  лента  мен  магнитті  дисктердегі  ақпарат  тасушылар  жобаланған.  Әскери  мақсат-тағы борттық ЭЕМ жасау мүмкіндігі пайда болды.

1958  ж.  ControlData  америкалық  компьютер  компаниясымен  дүниежүзі бойынша  ғылыми  зерттеулерге  арналған  алғашқы  CDC1604  транзисторлы компьютері  жасалды,  ал  екі  жылдан  соң  ол  топтамалық  өндірісте меңгерілді. Екінші  буынның  ЭЕМ  логикалық  сұлбалары  дискретті  шала  өткізгішті аспаптарда  (диодтар, транзисторлар) жəне магнитті элементтерде (ферритті біліктерде) құрастырылған.

Құрылымды-технологиялық  негіз ретінде алғашқы рет баспа монтажымен платалар  кеңінен  қолданыла  бастады.  Электронды  сұлбалар  жұмысының тактілік  жиіліктері  жүздеген  килогерцке  дейін  өсті.  Бағдарламаларды  жасау кезінде  ассамблерден  басқа  «Алгол»  жəне  «Фортран»  сияқты  жоғарғы  деңгейлі  бағдарламалау  тілдері  қолданыла  бастады.  Бұл  кезеңде

бағдарламалаушы мамандығының қажеттілігі туындады.

   ЭЕМ  үшінші  буыны.  Үшінші  буынды  ЭЕМ-ді  жобалау  1962  ж. интеграцияның  шағын  содан  соң  орта  деңгейімен  кремнийлі  интегралды сұлбаларын  шығарудан  басталған.  Принципиалды  жаңа  элементтік  базаны жасауда  жаңа  бағыт  –  микроэлектроника  пайда  болды;  интегралды  микросұлбалар  өндірісіне  мамандандырылған  Intel  (IntegratedElectronicsTechnologiesIncorporated) корпорациясының негізі қаланды.

1964 ж. IBM (InternationalBusinessMachines) компаниясы  өнімділігі  əртүр-лі, бірақ  ортақ  архитектурамен жəне толық  бағдарламалық  сəйкестікпен IBM-360  ЭЕМ  топтамалық  семействосын  шығарды,  олар  соншалықты  сұранысқа  ие  болғанынан  компьютерлердің  келесі  буындарының  аппаратты-бағдар-ламалық  үйлесу  принциптерін  унификациялау,  стандартизациялау  жəне  жүзеге асыру үшін негізге айналды.

1965 ж. DEC фирмасының  —  орта жəне шағын компаниялар  үшін бағасы  жағынан  қолжетімді  PDP-8  алғашқы  топтамалық  мини-ЭЕМ  шығарылымы  басталды.

   ЭЕМ  төртінші  буыны.  Төртінші  буынды  ЭЕМ  пайда  болуы микроэлектрониканың  қарқынды  дамуымен  жəне  сапалы  жаңа функционалды  құрылғыларды  –  үлкен  (ҮИС)  жəне  аса  үлкен  (АҮИС) интегралды  сұлбалар  негізіндегі  микропроцессорларды  жасаумен  байланысты.

Ше1 4004 алғашқы 4-разрядты микропроцессоры 1971 ж. соңында 1Ме1 корпорациясымен  жасалған.  1972  ж.  8-разрядты  8008  микросұлбасы ұсынылған.  интегралды  микросұлбадағы  элементтер  саны  əр  бір  жарым жыл  сайын  екі  есе  көбейіп  отыру  керек  деп  болжанған  белгілі  Мур  заңын дəлелдей  отырып,  1974  ж.  8080 микропроцессоры,  содан  соң  8086,  80286,

80386,  80486  жəне  АҮИС-да  Pentium  семействосының  заманауи процессоры жасалған.

Функционалды  арналымдылығына  жəне  өнімділігіне  сүйенсек  бірнеше жылға  тұрақталған,  қазіргі  кезде  ескіріп  бара  жатқан  (мысалы,  «мини-ЭЕМ» термины жоғалды) ЭЕМ классификациясы (суперЭЕМ,  үлкен ЭЕМ, мини-ЭЕМ жəне микроЭЕМ) пайда болды.

   ЭЕМ  бесінші  буыны.  Бесінші  буынды  ЭЕМ-ға  ақпаратты  өңдеуден табиғи  тілдерді  қолданумен  кəсіби  білімдерді  нысандандырылған  өңдеуге өтуді  қамтамасыз  ететін  жасанды  интеллектпен  оқытылатын  жүйелер жатады.  Қолмен енгізу, сөйлеу жəне кескінді тану мəселелерін шешу  үшін 1990-шы  жылдардан  бастап  биологиялық  нейрон  моделін  жəне  оның

негізіндегі жасанды нейронды желіні қолдана бастады.

Нейрон, шын мəнісінде, кіріс сигналдардың  суммасын нейронның  өзінің жағдайына байланысты функция мəніне түрлендіретін олардың  қарапайым  сумматоры болып табылады.

Әр нейрон бірнеше кірістер мен бір шығысқа ие болуы мүмкін. Нейронды желі  бір  нейрондардың  шығысының  басқаларының  кірістерімен  қосы-луынан пайда болады. Нейронды желі сандық  күрделі сұлбаға эквивалентті, демек ол нейрокомпьютердің  негізі бола алады. Белгілі бір мəселені шешу үшін желіні бағдарламалау сəйкесінше нейрондар арасындағы байланысты өзгерте отырып желі құрылымын өзгертетін оның  оқытылуына негізделеді.

Мұндай  ЭЕМ-ды  жасау  мүмкіндігі  нанотехнологиядағы  жетістіктерді қолданумен,  мүмкін  басқа  физикалық  принциптер