Электронды есептеуіш машиналарды? шы?у тарихы Компьютерлер ?леміндегі эволюция, электронды-есептеу машиналарыны? жетілу сатылары

Электронды есептеуіш машиналардың шығу тарихы
Компьютерлер әлеміндегі эволюция, электронды-есептеу машиналарының жетілу сатылары
Ғылым мен техника дамуына байланысты есептеу жұмыстарының қажеттілігі артып, оны жеңілдету үшін арнайы құралдар – абак, есепшот, арифмометр, арнаулы математикалық кестелер шығарыла бастады. Бірақ үстіміздегі ғасырдың 40 жылдарында, ядролық физиканың даму ерекшеліктеріне байланысты, қолмен есептеу істері көптеген материалдық ресурстарды және адамның тікелей араласуын талап ете бастады. Мысалы, "Манхеттен жобасын" (АҚШ-тағы атом бомбасын жасау) іске асыру кезінде есептеу жұмыстарына 600 адам қатысты, олардың бірсыпырасы тікелей есептеумен айналысып, қалғандары сол жұмыстың дұрыстығын тексеріп отырды.
XX ғасырдың ортасында информацияны өңдеуді автоматтандыру ісінің қажеттілігі (көбінесе әскери талаптарға сай) электрондық техника мен технологияның қарқынды дамуына себепші болды.
Электроника табыстары нәтижесінде жасалынған техникалық аспаптар электрондық есептеуіш машиналар (ЭЕМ) деп атала бастады.
1946 жылы алғаш пайда болған ЭЕМ-дер электрондық шамдар негізінде жұмыс істейтін, үлкен залдарда орналасқан, көлемді электрондық жабдықтар болатын.
Бірақ 1948 жылдың өзінде-ақ электрондық шамдар шағын электрондық аспаптармен – транзисторлармен алмастырылып, компьютерлердің бұрынғы жұмыс өнімділігі сақталынғанмен, көлемі жүз есеге дейін төмендеді.
70 жылдар соңында интегралдық схемалардан немесе чиптерден жасалған мини-ЭЕМ-дер шыға бастады (транзисторлар мен олардың арасындағы қажетті байланыстар бір пластинада орналасқан). Осындай микропроцессорлардың (біріктірілген интегралдық схемадан – БИС элементтерінен тұратын) шығуы дербес компьютерлер заманының басталғанының алғашқы белгісі болды.
Алғашқы есептеу жұмыстарын автоматтандыруға арналған ЭЕМ-дер күннен күнге артып келе жатқан информация ағынымен жұмыс істеуде өте ыңғайлы құрал болып шықты.
Бастапқы кезеңдерде ЭЕМ-дерде тек арнайы үйретілген адамдар ғана жұмыс істеді, бірақ онша дайындығы жоқ адамдардың компьютерді пайдалану мұқтаждығы маман еместерге арналған машина жасау қажеттілігін тудырды.
70 жылдар басында "тұрмыстық" (үйдегі) компьютерлер деп аталған микрокомпьютерлер шықты. Олардың мүмкіндіктері шектеулі болатын, тек ойнау үшін және шағын мәтіндер теру үшін ғана пайдаланылды. 70 жылдар ортасында тұрмыстық компьютерлердің етек алғаны сондай, оларды сусын шығаратын фирмалар да (Coca Cola) жасай бастады.
Дегенмен, микрокомпьютерлер дамуындағы ең елеулі оқиға болып 1981 жылы ІBM фирмасы жасаған, кейіннен "дербес компьютер" деп аталған шағын компьютердің шығуы болды.
Сол уақыттан бастап осы атау шағын компьютерлер тобының жалпы аты есебінде тұрақталынып қалды.
Адамзат баласы дамудың барлық тарихи кезеңдерінде есептеу жұмыстарын жүргізіп отыруға әрқашанда мұқтаж болды. Алғашқы кезеңдерде оған, аяқ-қол саусақтары секілді қарапайым құралдар жеткілікті болды. “Компьютер” - сөзі “есептеуіш” мағынасын білдіреді яғни есептеуге арналған құрылғы.
1642 жылы Блез Паскаль механикалық түрде, сандарды қосатын, құрылғы ойлап тапты, ал 1673 жылы төрт арифметикалық амалдар орындайтын арифмометр жасалып шығарылды. Алғашқы компьютер 1946 жылы құрастырылған. Ал бірінші дербес компьютер 1970 жылы шықты . Ал біз жұмыс істеп күнделікті көріп жүрген компьютерлеріміз 1980 жылы шыққан «ЭППЛ-ІІ» компьютері мен IBM PC компьютерлерінен бастау алады. Компьютерлердің тарихындағы әр түрлі кезеңдердегі түрлері және олардың айырмашылықтары жайында деректерді қарастырып өтеміз.
Бүгінгі таңда адамдар өмірін электронды есептеуіш машинасыз (ЭЕМ) елестету өте қиын. Көп ғасырлар бұрын адамдар әр түрлі есептерді шешетін құрылғылар болғандығын қалады. Жылдар өте ЭЕМ құралып, алға дами бастады. Шағын процессорлардың тарихы ең алғаш рет Intel фирмасы 1971 жылы бірінші і4004 микропроцессорын шығарғанда басталады. Оның мәлімет разрядтылығы 4 бит, ал адрестеу мүмкіншілігі 640 байт, тактілік жиілігі 108 кГц болған. Бір жылдан кейін оның 8-биттік “туысқаны” – і8008 шықты, адрестік жадысы болды. Ең алғашқы 16-разрядтық 8086 процессорын Intel фирмасы 1978 жылы шығарды. Жиілігі 5мГц, өнімділігі 0,33 MIPS (Mega Instructions Per Second) миллион нұсқау секундына (CPU – орталық процессордың жылдамдық шегі) шығарды. 32-разрядты процессор класстары 1985 жылы 80386 моделімен ашылды. Intel 404 бірінші типі 750 кГц жиілікте жұмыс істеді және 2300 транзистордан тұрды. Оның өнімділігі секундына 60 мың операциямен бағаланды. Бүгінгі таңда ең жақсы микропроцессор alpha 21264 микропроцессоры болып саналады. Ол 700 кГц жиілікте жұмыс істейді, 15.2 млн транзистордан тұрады. Секундына 2 млрд операция орындайды. Микропроцессор ең күрделі микроэлектрондық құрылғы. Оған ғылыми және инженерлік жаңалықтар, ең соңғы жетістіктер енгізіледі.
Электронды-есептеу машиналарының І-буыны
Есептеу машиналарының өсу тарихына көз жүгірткенде, ең алдымен электронды-есептеу машиналарының «буындары» деген ұғымға көңіл аударуымыз қажет. Есептеу техникасының осы кезге дейінгі даму сатысында электронды-есептеу машиналарының бірнеше буыны ауысып үлгірді. Өйткені бір машинаның негізінде екінші машина, ал екінші машина негізінде үшінші, т. б. машиналар жетілдіріліп жасалынып жатады. Егер ЭВМ-нің барлық техникалық негіздері түгелдей ауысатын болса, онда біз жаңа сатыдағы машина дүниеге келеді дейміз. Электронды-есептеу машиналарының бірінші буынына электрондық лампалар негізінде жасалған машиналар жатады.
Электрондық лампалы машиналардың қатарына 1950 жылдарда жасалған «Стрела», «Урал-1», «УраЛ-2», «Урал-4», «Минск-1», т. б. атауға болады.
Ал АҚШ-та осы кездегі компьютерлер математик Дж. фон Нейманның есімімен тығыз байланысты.
1946 жылы Принстондағы қазіргі заманғы зерттеу институтындағы (Institute for Advansed Studies – IAS) фон Нейман және оның әріптестері IAS деп аталатын программасында есте сақтау қабілеті бар компьютерді ойлап табуға кіріскен болатын. Бұл компьютер 1952 жылы жасалып бітті.
Оперативтік жады қондырғысында программаның командалары мен деректер сақталады;
Арифметикалық және логикалық қондырғыда екілік есептеу жүйесінде келтірілген деректер өңделеді;
Программаны орындауды басқаратын қондырғыда жадтағы сақталған командаларды талдап олардың орындалуын ұйымдастырады.
Енгізу-шығару жабдығында программаны орындауды басқаратын қондырғыдан келген сигналдарға сәйкес жұмыс істеледі.
Бұлар көлемі жағынан өте үлкен (300 м2-қа дейін орын алатын), қажетті энергиясы көп (30—150 кВ. А) және жұмыс атқару қабілеті нашар, тез қызатын машиналар еді. Электронды-есептеу машиналарының алғашқы буыны негізінен электрондық лампалардан тұрады, машиналардағы лампалардың саны 4—5 мыңға, ал диодтар саны 5—6 мыңнан артық болатын. Амал орындау жылдамдықтары секундына 100-ден бастап 5—6 мыңға дейін жететін.
Екінші буындағы электронды-есептеу машиналарыЕкінші буындағы электронды-есептеу машиналары жартылай өткізгішті пайдаланып жасалған, олар транзисторлар мен диодтардан және т. б. тұрады.
Бірінші буындағы машиналардың кемшіліктерін еске ала отырып, ғалымдар жартылай өткізгіштер негізінде машиналар ойлап шығарды. Яғни, электронды-есептеу машиналары бір негізден толығымен басқа негізге көшті. Сондықтан мұндай машиналарды екінші буындағы машиналардың қатарына жатқызуға болады. Осы кезге дейінгі жасалған есептеу машиналары әр 5 жыл сайын бір буыннан екінші буынға ауысып отырды десек қателеспейміз. Екінші буындағы машиналардың қатарына төмендегідей жартылай өткізгішті (диодты, транзисторлы) машиналар жатады.
Бұл өзгерістің негізінде американдық Bell Labs фирмасының 1947 жылы жартылай өткізгішті транзисторларды ойлап табуы жатқан еді.
Электронды-есептеу машиналарындағы лампаларды жартылай өткізгішті транзисторлармен алмастырғаннан кейін олардың жұмыс атқару қабілеті едәуір артты. Егер лампалы машиналар бір секундта бірнеше мың ғана амал атқарса, ал жартылай өткізгішті машиналар секундына он, тіпті жүз мыңдаған амал орындайтын болды.
Мысалы, БЭСМ машинасының негізінде жетілдірілген екінші буындағы БЭСМ-4 машинасы бір секундта 20 мың амал орындайды, ал «Урал-11»—50 мың, «Минск-32»—65 мың, «Урал-14»— 100 мың, тіпті БЭСМ-6 секундына бір миллион амал орындай алатын болды. Олар тек жылдамдық жағынан ғана жетілдіріліп қоймай, машинаның есте сақтау құрылғыларыныңда сыйымдылығы жүздеген есе артты. Мысалы, электронды-есептеу машинасы «Урал-11»-дің ішкі есіне — 65 мың сан, АҚШ-тың «Стреч» машинасы — 260 мың, «Урал-14»—500 мың сан сыйғызуға болады. Сонымен бірге бірінші буындағы машиналарға қарағанда, екінші буындағы машиналарға электр қуаты аз жұмсалады, әрі қызмет ететін инженерлердің саны да оған қарағанда азайды. Бірінші буындағы машиналарды орналастыруға 200—300 шаршы метр алаң қажет болса, екінші буындағы машиналар үшін 30—40 шаршы метр алаң жетіп жатыр.
Бұл кезеңдегі мини-компьютерлерді шығарушы жаңа DEC корпорациясы 1957 жылы нарыққа PDP-1 компьютерін шығарды.
1-кесте. Компьютерлер буындарыбуындарыКезеңдерТехнология (элементтік база) Жылдамдығы (амал/сек)
1 1946-1957 Электрондық лампалар40000
2 1958-1964 Транзисторлар200000
3 1965-1971 Интеграциялаудың төмен және орташа дәрежедегі интегралдық схемалар1000000
4 1972-1977 Жоғары интегралдық схемалар10000000
5 1978 жылдан бастапАса жоғары интегралдық схемалар100000000