Механикалық компьютер
Компьютер деген не?
Компьютер (ағылшынша: computer — «есептегіш»), ЭЕМ (электрондық есептеуіш машина) — есептеулер жүргізуге және ақпаратты алдын ала берілген алгоритм бойынша қабылдау, өңдеу, сақтау, сондай-ақ нәтижені шығару үшін арналған машина.
Компьютер дәуірінің бастапқы кезеңдерінде оның негізгі қызметі есептеу деп саналса, қазіргі кезде негізгі қызметі көбіне басқару (ақпарат ағындарын, процестерді, құрылғыларды және жүйелерді басқару) болып табылады.
Негізгі принципі
Компьютер қойылған тапсырманы орындау үшін механикалық бөліктердің қозғалысын, электрондар мен фотондардың ағынын, кванттық бөлшектерді немесе басқа да жақсы зерттелген физикалық құбылыстардың әсерін қолданады.
Көпшілікке ең таныс түрі — дербес компьютер. Компьютер архитектурасы зерттелетін құбылысты немесе есепті барынша айқын сипаттап, модельдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, электрон ағындарын бөгеттер салынған кездегі су ағынының моделіне ұқсатуға болады. Осы қағидамен құрастырылған аналогтық компьютерлер ХХ ғасырдың 60-жылдары кең тарағанымен, бүгінде сирек кездеседі.
Қазіргі компьютерлердің басым көпшілігінде мәселе әуелі математикалық түрде сипатталып, барлық қажетті ақпарат екілік жүйеде (бір және нөл) беріледі. Өңдеу үшін қарапайым логика алгебрасы қолданылады. Көптеген математикалық есептерді бульдік операциялар жиынына келтіруге болатындықтан, жылдам электронды компьютерлер математикалық есептердің де, ақпаратты басқару есептерінің де көп бөлігін шеше алады.
Маңызды шектеу
Дегенмен компьютер кез келген математикалық есепті шеше алмайды. Мұндай шектеулерді ағылшын математигі Алан Тьюринг сипаттаған.
Орындалған есептің нәтижесі пайдаланушыға әртүрлі енгізу-шығару құрылғылары арқылы көрсетіледі: индикаторлар, монитор, принтер және т.б. Компьютер — жай ғана машина: ол көрсетіп тұрған сөздерді «түсінбейді» және өздігінен ойламайды. Ол тек бағдарламада берілген нұсқауларға сәйкес сызықтар мен түстерді құрылғылар арқылы механикалық түрде шығарады; ал экрандағыны қабылдап, мән беретін — адам миы.
Этимология
«Компьютер» сөзі ағылшын тіліндегі to compute («есептеу») және computer («есептегіш») сөздерінен шыққан. Бұл атау өз кезегінде латынша computo («есептеймін») сөзімен байланысты.
Алғашында ағылшын тілінде бұл сөз арифметикалық есептеулер жүргізетін адамға қатысты қолданылған (механикалық құрылғыларды пайдаланып та, пайдаланбай да). Кейінірек атау есептеуіш машиналарға ауысты. Қазіргі компьютерлер математикамен тікелей байланысты емес мәселелерді де шешетін болғандықтан, терминнің мағынасы да кеңейді.
Тарихи анықтамалар
«Computer» сөзінің анықтамасы алғаш рет 1897 жылы Оксфорд сөздігінде берілген: механикалық есептеуіш құрылғы.
Мағынаның жіктелуі
1946 жылы сөздікте цифрлық компьютер, аналогтық есептеуіш машина және электронды компьютер ұғымдары ажыратып көрсетілді.
Есептеуіш техниканың қалыптасуы
Есептеуіш техника — есептеу мен мәліметтерді өңдеу процесінің маңызды бөлігі. Ең алғашқы құралдардың бірі ретінде есептеу таяқшаларын атауға болады: ол қазіргі кезде де бастауыш сынып оқушыларын есепке үйретуде қолданылады. Уақыт өте келе құралдар күрделене түсті (мысалы, финикиялық саз фигуралары), кейін абак, логарифмдік сызғыш, механикалық арифмометр және электронды компьютер сияқты құрылғылар пайда болды.
Алғашқы есептеуіш құрылғылар қарапайым болғанымен, олармен жұмыс істеуді меңгерген адам кей жағдайда есепті қазіргі калькулятордан да жылдам шығара алатын. Дегенмен қазіргі есептеуіш жүйелердің өнімділігі мен жылдамдығы адам мүмкіндігінен әлдеқайда жоғары.
Нөлдік буын: қысқаша хронология
- б.э.д. 3000 — Ежелгі Вавилонда алғашқы есептегіштер (абак) пайда болды.
- б.э.д. 500 — Қытайда абактың жаңа нұсқасы қолданылды.
- 1492 — Леонардо да Винчи 13-разрядты есептегіш құрылғының сызбасын сипаттады (жоба дұрыстығы кейін расталды).
- 1623 — Вильгельм Шиккард алты разрядты сандарды қосып-азайта алатын құрылғы жасады.
- 1630 — Ричард Деламейн шеңберлік логарифмдік сызғыш ұсынды.
- 1642 — Блез Паскаль «Паскалинді» ұсынды: кең танылған алғашқы цифрлық есептеуіш құрылғылардың бірі.
- 1673 — Готфрид Вильгельм Лейбниц механикалық калькулятор жасады; екілік санау жүйесін қолданды.
- 1723 — Христиан Людвиг Герстен Лейбниц идеялары негізінде арифметикалық машина жасады.
- 1786 — Иоганн Мюллер айырмалық машина идеясын ұсынды.
- 1801 — Жозеф Мари Жаккард перфокарта арқылы басқарылатын тоқу станогын құрды.
- 1820 — Тома де Кальмар арифмометрлерді өнеркәсіптік түрде шығара бастады.
- 1822 — Чарльз Бэббидж айырмалық машинаны ойлап тапты (толық жасап көрсете алмады).
- 1855 — Георг және Эдвард Шутц Бэббидж жұмыстары негізінде айырмалық машина құрастырды.
- 1876 — П.Л. Чебышев ондықтарды үздіксіз тасымалдайтын қосқыш аппарат жасады (кейін көбейту мен бөлу модульдері қосылды).
- 1884–1887 — Герман Холлерит электрлік табуляциялық жүйе жасады (1890 және 1900 жж. АҚШ, 1897 ж. Ресей санақтарында қолданылды).
- 1912 — А.Н. Крылов жобасы бойынша дифференциалдық теңдеулерді интеграциялайтын машина жасалды.
- 1927 — MIT-та аналогтық компьютер жасалды.
- 1938 — Конрад Цузе бағдарламаланатын механикалық цифрлық Z1 машинасын жасады.
- 1941 — Конрад Цузе Z3 машинасын құрастырды (қазіргі компьютерге тән қасиеттердің көбіне ие).
- 1942 — Джон Атанасов пен Клиффорд Берри АҚШ-та электрондық цифрлық компьютерді жасауға кірісті (жоба толық аяқталмады).
- 1943 — АҚШ-та Mark I жасалды; Ұлыбританияда Colossus құрастырылды.
- 1944 — Конрад Цузе Z4 компьютерін жасады.
- 1946 — алғашқы әмбебап электронды цифрлық компьютерлердің бірі — ENIAC жасалды.
- 1950 — КСРО-дағы алғашқы электрондық есептеуіш машина Киевте С.А. Лебедевтің басшылығымен жасалды.
Экспоненциалды даму және «Мур заңы»
1900 жылдан бергі дамуға қарасақ, компьютерлердің жұмыс өнімділігі шамамен әр 18–24 ай сайын екі есеге артып отырғанын көруге болады. Бұл заңдылықты 1965 жылы Intel компаниясының жетекшілерінің бірі Гордон Мур сипаттаған.
Көлемнің кішіреюі де осы қарқынмен жүрді: алғашқы электрондық машиналар бірнеше бөлмені алып, тоннадап тартатын әрі өте қымбат болатын; оларды көбіне үкіметтер мен ірі зертханалар ғана пайдаланды. Ал қазіргі компьютерлер әлдеқайда қуатты, ықшам және қолжетімді.
Компьютерлердің жіктелуі
Қолданылуы бойынша
Физикалық жүзеге асыру технологиясы бойынша
Компьютерлерді құруда қолданылған технологиялар тарихи кезеңдерге қарай ауысып отырды: бастапқыда толықтай механикалық жүйелер болды; ХХ ғасырдың 30-жылдары электромеханикалық компоненттер кеңейді; 40-жылдары вакуумдық лампаларға негізделген толықтай электрондық машиналар жасалды. 50–60-жылдары лампалардың орнын транзисторлар басты, ал 70-жылдардың басында интегралдық схемалар (кремний чиптері) кең қолданылды.
Балама бағыттар
Тарихта гидравликалық және пневматикалық компьютерлер идеялары да қарастырылған. 1903–1909 жылдары Перси И. Луджет тігін механизмдері негізінде аналитикалық машина жобасын ұсынған.
Болашаққа бағыт
Қазіргі кезде оптикалық (жарық сигналдары), молекулалық биология мен ДНҚ тәсілдерін қолданатын, сондай-ақ кванттық компьютер бағыттары зерттелуде.
Цифрлық және аналогтық
Компьютер жүйесі цифрлық немесе аналогтық болуы мүмкін. Цифрлық компьютерлер дискретті сандық және таңбалық айнымалылармен жұмыс істейді, ал аналогтық компьютерлер үздіксіз сигналдар ағынын өңдеуге арналған.
Бүгінде цифрлық компьютерлер кеңінен қолданылады, бірақ аналогтық компьютерлер де кейбір арнайы міндеттерде қолданысын табады. Мұнда импульстік немесе кванттық есептеулер жеке бағыт ретінде қарастырылады: олар не арнайы салаларда қолданылады, не әзірге тәжірибелік деңгейде.
Аналогтық жүйелерге мысалдар
Логарифмдік сызғыш, астролябия, осциллограф, теледидар, аналогтық дыбыстық процессор, автопилот, сондай-ақ (ұқсастық ретінде) адам миы.
Екілік, ондық және үштік көрсетілім
Есептеуіш техниканың дамуындағы маңызды қадам — сандардың ішкі көрсетілімін екілік жүйеге көшіру. Бұл компьютер мен перифериялық құрылғылардың құрылымын едәуір жеңілдетіп, арифметикалық және логикалық амалдарды орындауды оңайлатты.
Дегенмен екілік логикаға көшу бір сәтте болған жоқ: көптеген зерттеушілер адамға ыңғайлы ондық жүйені сақтауға тырысты. Басқа тәсілдер де қолданылды: мысалы, кейбір кеңестік машиналар үштік жүйе негізінде жұмыс істеді (Сетунь компьютері, жобалаушы — Н.П. Брусенцов).
Ішкі көрсетілім жүйесін таңдау компьютердің жалпы принципін өзгертпейді: кез келген компьютер басқа жүйедегі компьютерді белгілі бір деңгейде эмуляциялай алады (шектеулер — жады сыйымдылығы мен жылдамдық).
Мүмкіндігі бойынша
Есептеуіш машиналарды қабілеттеріне қарай шартты түрде үш топқа бөлуге болады: бір ғана қызмет атқаратын арнайы құрылғылар; аз ғана қызмет орындайтын құрылғылар; және бүгін кең таралған жалпы мақсаттағы құрылғылар. Көбіне «компьютер» деп осы үшінші топты атайды.
Эмуляция қабілеті
Қазіргі компьютерлердің маңызды ерекшелігі: қажетті бағдарламалар арқылы бір компьютер басқа компьютердің әрекеттерін орындай алады. Әрине, бұл мүмкіндік жады көлемімен және есептеу жылдамдығымен шектеледі. Осы қасиет жалпы мақсаттағы компьютерлерді арнайы мақсаттағы құрылғылардан айыруға көмектеседі.
Компьютерлердің қолданылуы
1) Есептеулер
Алғашқы компьютерлер негізінен есептеулер үшін қолданылды. Бұл бағытқа ерте бағдарламалау тілдерінің бірі — Фортран да жақын болды: бастапқыда ол есептерді шығаруға бейімделген.
2) Мәліметтер базасы және әкімшілік жүйелер
Мәліметтерді сақтау мен басқару алдымен үкіметтер мен банктер үшін аса маңызды болды. Бұл үшін күрделі компьютерлер, енгізу-шығару және сақтау жүйелері қажет еді. Осы мақсаттарға Кобол тілі кең қолданылды; кейін мәліметтер базасын басқару жүйелерінің өз тілдері пайда болды.
3) Құрылғыларды басқару және күнделікті қолдану
Компьютерлер әртүрлі құрылғылармен бірге қолданылып, арнайы мамандандырылған жүйелерден стандартты компьютерлік платформаларға дейін эволюцияланды. Бірте-бірте офис пен үйде негізгі ақпараттық құралға айналып, мәтін енгізу, фильм көру, ақпарат сақтау және тасымалдау сияқты жұмыстарды орындаудың әмбебап тәсілі болды.
Ең күрделі бағыт: жасанды интеллект
Компьютерлер қолданылатын салалардың ішіндегі ең күрделі әрі салыстырмалы түрде аз дамыған бағыттардың бірі — жасанды интеллект. Бұл — нақты алгоритмі алдын ала толық берілмеген жағдайларда компьютерді тиімді пайдалану тәсілдері. Мысал ретінде мәтінді аудару және эксперттік жүйелерді атауға болады.