Компьютер құрылысы

Кіріспе.

     Жұртшылық арасында көптеп таралып,  өміріміздің әр саласына нықталып  орын теуіп алған электронды  есептеуіш машина десек қателеспеймін.  Шыныменде, компьютерсіз бұл қоғамда  қай сала жұмыс істей алады?!

   Бұл  күнде электронды есептеуіш машинасыз күнделікті өмірімізді  елестету қиын. Сондықтан да «XXI-шы ғасыр мамандығы программист» деп аталып жүр. Бұл программист мамандығы ішіне техник-операторы, ЭЕМ операторы, программист-моделировщик, автоматтандырылған ақпарат орталығының(АСУ) операторы осы сияқты тағыда басқа көптеген мамандықтар басын құрайды. XX-шы ғасыр аяғында XXI-ші ғасыр басында Қазақстан Республикасында компьтер тілін жетік меңгерген, сапалы білімді мамандар тапшы болды. Қазақстан елі жаңа дәуірге қадам басып келе жатқаннан,  бұл саланы жетік дамығанын дұрыс көрген Қазақстан Республикасының Президенті Нұрсұлтан Әбішұлы Назарбаев, әрбір қазақстандыққа «компьютерді меңгеруі керек» деген талап қойды. Жай талап қоя тұрмай, оған мүмкіндік жасады. Қазір еліміз бойынша, соның ішінде №3 Құрманғазы аудандық кәсіптік лицейінде  «Жол картасы» бағдарламасымен «электронды есептеуіш машинасының операторы»  деген мамандықты игеріп шыға алады. Бұл дұрыс бастау, дегенмен де бұл   адамды өзбеттік ізденіске үйрететін,  тәрбиелейтін мамандық. Неге десеңіз, қазір бұл заманда жыл санап, ескі технолгия орынына жаңа заман ағымына сай жетілдірілген технология түрлері шығып жатыр. Соның қыр сырын үйрену тек қана маманның еншісінде.

    Тағы  бір айта кетерлік жай, әлем  бойынша ең бай адам Бил  Гейтс миллиардтарын осы компьтердің көмегімен тапты десем артық айтқаным болмас, өзі бүге-шүгесіне дейін құрастырған «Microsoft» компаниясы қазір бүкіл әлемге тараған.

    Енді  осы кіріспе бөлімінде жалпы  элетронды есептеуіш машина тарихын  жазып кеткім келеді. Әлемде ең  бірінші екнші дүние жүзілік соғыс кезінде  Гарвард университетінің аспиранты Хауард Эйкен ойлап тапты. Ол машинаға Марк-I(1-ші сурет) деп атау беріп, 5 тонна, 500 миль желі, 3304 электромеханикалық қосқыштардан тұрады. Ол 0,3 секундына 23 өлщемді сандарды оқи білді.(Бұл нәтиже сол кезде үкен нәтиже болды!) Бірақта 1946 жылы компьютерлік технология алға үлкен қадам басты, Пенсильвания университетінің мамандары Марк-I сияқты механикалық реледе жұмыс жасайтын емес,электрондық лампада жұмыс жасайты ENIAC-ты ойлап тапты.( 2-ші сурет) Бұл дәу машинада 18 мың лампы бар, 162 шаршы метр жерді алады,  180 квт электроэнергиясын талап етті.(Атырау қаласын толықтай жарықтандыратын күш) Алға қарай осыған ұқсас электронды есептеуіш машина  дүниеге келе бастады. ENIAC-ка ұқсас электронды есептеуіш машиналар, осы күнгі компьтерлердің атасы болып саналады. 1948 жылы  алға келесі қадам басылды, транзисторлар ойлап табылды. Дегенмен нағыз ғылыми төңкерісті IВМ компаниясы жасады.

            

           1-ші сурет                                        2-ші сурет

Олар1958  жылы интегралдық схемалардан(микрочиптер) тұратын,Олар арқылы жұмыс жасайтын 3-ші дәуәрлі компьютерлер 1963 жылдан бастап шықты. IВМ-360 сақталатын және өңделетін  ақпарат көлемі ұлғайды. Ал кішігірім  көлемді болғасын, оған деген сұраныста көбейді.  Бұл өміріміздің күрт өзгеруіне әкеліп соқты, өмірге шағын көлемді дербес компьютер келуіне әкеліп соқты. Микропроцессорды ойлап тапқан ғалымдар басында өзідерінің не ойлап тапқан жетелі түсіне алмады. Тек қана 1977 жылы американдық Стив Джобс және Стив Возняк(3-шісурет) нарыққа шағын көлемді РС Аррlе II атты  дербес компьтерлерді шығарды.

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

3-шісурет

Міне осылай біздің өмірімізге жеті шақырымдық қадаммен компьютерлер еніп келді. Жоғарыда компьтерлердің жағымды жақтарын айтылып өтті. Әттеген-ай жағымсыз, скептиктерге ұнамайтын жақтары да бар, қылмыстың жаңа түрлерінің шығуына әкеп соқтырды.(Киберқылмыскерлер, сайттарды бұзып, жаңадан вирус ойлап табатын «хакерлер»)Мысалға әлемде ең бірінші 1993 жылы күзінде әлемдік желіге  вирус тараған. 16 жасар Сан-Диего тұрғыны(лақап аты Поп) «Сатана» атты вирусты ойлап тапты. Вирус АҚШ басшылығының жүйесіне кіріп, ел басшылығының апшысын қуырған. Сосын АҚШ қауіпсіздік департаменты  жаңа шыққан вирустың қауіптілігін бүкіл әлемге жар салды. Алайда вирус АҚШ-тың ішкі істер және жасырын комитет жүйесін үш күнге тоқтатты. АҚШ қауіпсіздік агенттері Попты ұстағаннан кейін, сот алдына қылмыскердің жаңа түрі шықты. 

ЭЕМ буындары.

ЭЕМ-нің даму тарихы бірнеше буындарға бөлінеді. Буындардың ауысуы электрондық техникалардың дамуымен, ЭЕМ-нің элементтік  базасының ауысуымен  байланысты.

Оларда ээлектрондық шамдар пайдаланылған ENIAC және барлық  басқа ЭЕМ-дер  - ЭЕМ-нің бірінші  буынына жатады. (1940-1955 жылдар.) Оларды қазіргі ЭЕМ-нің  аталары деп атауға болады.

Егер Бэббидж  машинасын еске алсақ, оны ЭЕМ-нің  арғы  атасы деуге болады. Бірінші  буындағы  машиналар бірнеше  жүздеген  шаршы  метр орын алатын  және мыңдаған  электрондық шамдар  бар алып құрылғылар еді. Оларға бағдарламалар мен мәліметтерді енгізу үшін, перфоленталар мен перфокарталар  пайдаланылды. Бұл машиналар үшін бағдарламалар машиналық  командалар тілінде құрылды, сондықтан  сол кездерде  кез келген адамдарға  онда бағдарламалау мүмкін болмады. Ең жылдам  машиналардың  есептеу жылдамдығы секундына 20000 операция еді.

1955 жылдан  бастап келесі, екінші буындағы  ЭЕМ-дер пайда бола бастады.  Оларда электрондық шамдардың  орнына жартылай өткізгіштер-транзисторлар  пайдаланылды.

Сонымен, ЭЕМ-нің  көлемі  бірнеше есе кішірейді, пайдаланатын электр қуаты да азайды, сонымен қатар олардың  жылдамдығы секундына  бірнеше ондаған мың  операциларға  жетті. Сол кездерде жоғары  деңгейдегі  бағдарламалау тілдері: Фортран, АЛгол, Кобол қолданыла бастады. Бағдарламаларды құру  машинаның модеінен тәуелсіз бола бастады.

Біраз уақыттан кейін электрондық өндіріс орындары интегралдық схемелер жасай бастады. Интегралды схема – бұл шағын  жартылай өткізгіш кристалдар, оларда бірнеше жүздеген, тіпті мыңдаған транзисторлар бар. Сонан кейін, бірнеше  жүздеген мың транзисторлардан  тұратын  жартылай өткізгіш кристалл – үлкен интегралдық схема (ҮИС) пайда болды.

Интегралдық схема негізінде құрастырылған  ЭЕМ-дер  -  бұл үшінші буындағы ЭЕМ-дер. Бұл машиналардың  жады үлкен , ал орындау жылдамдығы секундына бірнеше  миллион операцияға жетті. Магниттік таспаларда  жинақтауыштарға  қарағанда  әлдеқайда  жылдам жұмыс  істейтін және  ақпараттың  шексіз  мөлшерін  сақтауға  қабілетті сыртқы  есте сақтау  құрылғыларының  жаңа түрі  - магниттік дискілер пайда болды.

Үшінші буындаға  ЭЕМ-дер  бір иашинада  бірнеше  бағдарламаларды  қатар орындау  мүмкіндігін берді. Мұндай режим  мультипрограммалық режим деп аталды. Осы кездерде деректер базасы,  өндірсті басқарудың автоматтандырылған жүйелері жасалып,  ЭЕМ-дер халық шаруашылығында кеңінен қолданыла бастады.

1971 жылы АҚШ-тың  «Интел» фирмасы компьютердің  негізгі блогы  - процессордың  жұмысын  орындауға қабілетті   өте үлкен интегралдық схеманы  – алғашқы  микропроцессорды  жасады. Микропроцессордың  жасалуы  - бұл информатикадағы революция болды. Осының нәтижесінде үстелдеріңде кішкене ғана ЭЕМ тұр, ол дербес компьютер ДК – деп аталады.

Қазіргі кездегі  ЭЕМ-дер  - бұл төртінші буындағы  ЭЕМ-дер. Олар 70-жылдардан бастап өндіріске  енді. Бұл ЭЕМ  өзінің жадының  көлемі мен есептеу  жылдамдығы бойынша бірінші буындағы ондаған ENIAC типті ЭЕМ-дерге тең.

1980 жылдан  бастап АҚШ-тың IBM фирмасы дербес  компьютерлер шығару  бойынша   дүние жүзілік нарықта  жетекші  орын алды.  Ал 90-шы жалдардың  басынан бастап Apple Corporation фирмасының Macintosh маркалы машинасы көпшілікке таныла бастады. ҚР-ның Ұлттық радиоэлектроника  және байланыс  орталығы  Германияның Siemens фирмасымен бірлесіп, мектептерге арналған дербес компьютерлерді шығару  ісін жолға қойды.

Біз ЭЕМ-нің  төрт буынын қысқаша қарастырдық. Олардың бір-бірінен  айырмашылықтары көп, бірақ барлығының  бірдей бір кемшілігі бар. Олармен жұмыс істеу үшін, арнайы тілді қолдану керек, әйтпесе олар сендерді түсінбейді. Бұл үшін сендер оны белгілі бір бағдарламалау  тілінде жазуларың керек.

Қазіргі кезде  көптеген елдерде бесінші буындағы ЭЕМ-ді жасау ісі қолға алынуда. Бұл машиналар кәдімгі адам  сөйлейтін тілге жуық тілді  түсінетін , яғни «жасанды интеллект» ЭЕМ-дері болуы  керек. Бұл идея  толығымен  іске асқанда, ЭЕМ-ге кәдімгі сөзбен мәселені ттүсіндіріп,  айтасыңдар, ал компьютер өзі бағдарламаны құрып, мәселені шешетін болады.

       Бәрін айтта бірін айт, компьютер біздің өмірімізге мықтылап және ұзаққа жайғасып алды. Осы кітабымда  компьютердің ішкі құрылысынан бастап заманауи ағымға сай жасақталған қосымша құрылғыларын сараптап, жаман және жақсы жақтарын көрсетіп, сіздің алдыңызға үсынғалы отырмын. Мен бұл кітабымда сізді таң қалдырар жаңалық ашпаспын, дегенменде осы күнде қазақ тілінде компьютерлік  күтім жасау және жөндеу туралы анықтама кітаптардың жетіспеуі салдарынан жазып отырған себебім бар. Бұл кітапта сіздер құрылғылардың түрі  және олардың айырмашылығы қарастырылады. Әсіресе, жүйелік қорап құрамы, олардың атаулары, атқаратын қызметтері жәйлі жазып өтем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I-тарау

Аналық тақша  және оған жалғанатын құрылғылар.

Жүйелік блок. Компьютер өте маңызды бөлімімен келеді , дәл осылай жүйелік блокта құрылғылар орналасады, және олсыз ЭВМ жұмыс жасамайды . Жүйелік блок дене үлгісі арнайы компьютер түріне тәуелді болады, жүйелік блокта қондырғыны орналастыру және қондырылған компоненттерінің санын анықтайды . Столға қоятын арнайы компьютерлердің ең көп таралған түрі столға қоятын ( desktop ) немесе мұнара түрінде      ( tower ) келеді. Жүйелік блок ішінде келесі міндетті компоненттер орналасқан , компьютер жұмыс қамтамасыз етуші: жүйелік плата ; микропроцессор ; компьютер жады ; жүйелік шина ; электрондық схемалардың терімі ; электр коректену одағы ; индикация панелі ; порттар және кеңейту слотысы ; кеңейту платалары ; сыртқы жад. Компьютер аппараттық негізі жүйелік плата болып, онда микросхемалар - орталық процессор және ішкі жадты орналасқан . Жүйелік плата жұмыс жасау шарттары және арнайы компьютер негізгі құрама бөлімдерінің байланысын қамсыздандырады . Нақ жүйелік платада жүйелік сағаттары орналасқан, олар операциялардың орындалу жылдамдығын анықтайды . Жылдамдық мегагерцпен өлшенеді (1МГц-1 млн тактілі секундқа бірдей ). Жүйелік сағаттар жүйелік плата компоненттердің көпшілік жұмысын үйлестіреді .                                                 Жүйелік плата және кеңейту слоттары замандас арнайы компьютер құру архитектура принцибын қамсыздандырады . Слот бұл разьем болып онда жүйелік плата орналасады. Кеңейту слоттары барлық құрылғы сияқты жүйелік платада арнайы компьютер анықтап қарауға рұқсат етеді , модификациялауға болады . Кеңейту платалары компьютер мүмкіншіліктерінің кеңейту слотында құру жолымен жүзеге асады . Кеңейту плата әртүрлі микросхемалардан құрастырылған. Кеңейту плата разьемы жүйелік блокпен кабель арқылы қосылады. Ең көп таралған платаларға видеокарты , желілі адаптерлер , дыбысты карталар жатады.

 

 

Аналық тақша. Аналық тақша(4-5-ші сурет) дербес компьютердің ең басты құрылғысы болып есептелінеді. Компьютерге жалғанатын құрылғылардың бәрінің басын қосып, олардың іске қосуға, бірігіп жұмыс істеуге мүмкіндік беретін құрылғы. Аналық тақшада түрлі микросхемалар, чипсеттер, слоттар, транзистрлер тағыда басқа ұсақ, бірақта компьютер жұмыс істеуіне қажетті құрылғылар орналасқан.

4-ші сурет

5-ші сурет

 

 

 

 

6-шы сурет

Аналық тақшаның слоттары(6-шы сурет) аналық тақшаға бтісе жалғанып келеді. Олардың түрі, атқаратын қызметі бар.

1 – Видеоадаптер, AGP слотына жалғанған.

2 – PCI слоты.

3 – CMOS жадының батареясы.

4 – ISA слоты

5 – Дыбыстық адаптер ISA слотына жалғанған.

6 – Венгилятор(кулер)

ISA слоты алғаш шыққан IBM PC компьютерлерінде де кездесті. Уақыт өте ақпарат өңдеу жылдамдығына үлгере алмау себебінен қазір қосымша құрылғыларға арналған PCI слоты орнатылған. Ал видеоадаптерға AGP слоты қолданылады. Компьютер жұмыс істеу қабілеттілігі слоттар санына байланысты емес,  ISA слоты қазір қолданылмайды, сондада аналық тақшада орнатылып келеді.(Әр аналық тақшаға 3-5 қосымша құрылғы жалғауға болады) CMOS жадының батареясы компьютер өшірілген кезде, жанама ақпарат жадтан жойылмау үшін қолданылады. Батареясы істен шыққан кезде ауыстырып салу қиын іс емес. Аналық тақша(System board, Main board, Mother board) – дайындалу және өңдеу жағынан микропроцессордан қалыптаспайды. Аналық тақшаны дайындау кезінде соңғы инженерлік және ғылыми тәсілдерге сүйене отырып жасалынады. Сізге аналық тақша қиын, күрделі зат болып көрінгенмен, қарапайым болып келеді. Бір-біріне бітіскен сегізден кем емес тақшадан тұрады. Ал әр бетшеде өзіне тән, жұмыс атқару тәсіліне сай, ұзындықтары мен формалары  физикалық заңдарға қатаң бағынатын ақпарат өткізгіштерден тұрады.Аналық тақша компьютердің құрылғыларын бір-бірімен байланыстыратын көпір іспеттес.( 7-ші сурет)

7-ші сурет

Мысал үшін жиі кездесетін форм-факторы  АТ аналық тақшасын(8-ші сурет) қарастырайық.(Celeron, Pentium III процессорлеріне арналған) Суреттің үстіңгі сол жақ бұрышында PCI слоттары, ISA слоттары орналасқан. Қазір жаңадан шығып жүрген аналық тақшаларда ISA слотын орналастырмайды.(көп жағдайда) Оның орнына дыбыстық адаптер немесе модемге арналған AMR, CNR слоттарын орналастырады. (спецификациясы АС'97) Ал оң жақта үлкен сокет орналасқан. (Socket 370)  Төменде жедел жадқа арналған 168-контактті модулді DIMM слоты орналасқан.  Socket 370 үстінде көп жағдайда қоректену блогының порты орналасады, суретте Форм факторы АТ, АТХ қондырылған. Төменгі сол жақта индикатор мен алдыңғы панельде орналасқан батырмаларды, қатты диск шамын, қоректену блогының шамын қосуға арналған порттар орналасқан. Аналық тақшаның жер-жерінде Jn және JPn джэмперлерін қосу үшін порттар қондырылған. «VIA»  деп жазылған тіктөртбұрышқа чипсеттер қондырылады. «Battery» деген жазуы бар жерге CMOS-жады қондырылады.