Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
КОМПЬЮТЕРЛІК ТЕХНОЛОГИЯ КАФЕДРАСЫ
ЕСЕПТЕУ ЖҮЙЕСІ МЕН ЖЕЛІНІ ҰЙЫМДАСТЫРУ
пәні бойынша дәрістер конспектісі
5В070400 –
Есептеу жүйесі мен желіні ұйымдастыру
мамандығының студенттеріне арналған
Алматы 2010
Дәріс №1.
Кіріспе. Есептеуіш жүйелер мен желілердің ұйымдастыраудың принциптері.
Осы заманның дамуында адамдар қоғамының объективті қажеттілігі тездетілген дамуды және есептеуіш техниканы енгізуді қажет етеді . Әлемдік бірлестіктің мемлекетерінің инфраструктурасында есептеуіш техниканың құралдарын қолдану масштабы өзіне теңі жоқ. Еспетеуіш техника белгілі бір өлшемде барлық болып жатқан процесстерге әсер етеді:
Информациялық
Технологиялық
Әлеуметтік
Қаржылық
Экономикалық және т.б.
Қазіргі уақытта информацияны дәстүрлік қорлар сияқты (пайдалы қазбалар, энергия, еңбек қоры жіне т.б.) таба алтын қор болды, өңдеп, қолданып және сатып алуға болады. Мемлекеттің стратегиялық мүмкіншіліктері дәстүрлі қорлардың тек қолдануының көлемінің жиынтығымен емес және де информациялық қорлардың бар болуы мен қолдануына байланысты.
Есептеуіш техника қолданбайтын ғылымның қандай да бір облысын табу қиын. Сонымен бірге есептеуіш техкинаы колдану салары қарқынды дамуда, жан жақты (жаңа тапсырмалар мен қолдану облыстары көбеюде),әре тереңдете түседі (есептеуіш техниканың «йығына » одан сайын күрделі, оданда үлкен жауапкершілік және де еңбек сыйымдалық ілінеді).
Дамыған және дамып жатырған елдердің ғылыми техникалық прогресстің стратегиялық бағыттарында кең масштабты информацияландыру мен өндірістің,ғылымның, техниканың, басқарулың автоматизациялану комплексі алдыңғы орында алады.
Сондықтан есептеуіш техниканың дамуының деңгейі әлемде теңі жоқ. Барлық класстардың, гигант көпмашиналық және көппроцессорлық жүйелер мен комплекстарынан бастап персоналды ЭЕМ (ПК)дейін жаңа жаңа электрондық есептеуіш машиналар пайда болуда , индивидуалды қолдануға және ішіне жасалған микро-ЭЕМ-ге арналған .
Есептеуіш жүйе дегеніміз техникалық амалдардың комплексі, тапсырманы шешу процессінде берілген алгоритм бойынша кірістегі информацияны өңдеуге арналған .
Есептеуіш техниканың жинақталып қорытылған схемасы 1 суретте көрсетілген. Жалпы түрде есептеуіш жүйе төрт құрылғы топтарынан тұрады: арифметика-логикалық құрылғы, жады, енгізу-шығару құрылғы тобы, басқару құрылғысы.
АЛҚ- арифметика-логикалық құрылғыны қолдануға арналған:
Арифметикалық операцияларды (қосу,азайту, көбейту,бөлу - нұсқаларымен)
Логикалық операцияларды (логикалық қосу және азайту, 2 модуль бойынша қосу,инверсия және т.б.)
Өзгерту операциясы (солға,оңға, логикалық, арифметикалық, циклдық және т.б.)
БҚ (ОБҚ) басқару құрылығысы (орталық басқару құрылғысы)
Басқа қалған құрылғылардың жұмысын басқаруға арналған. АЛҚ БҚ(ОБК) –мен ПРОЦЕССОРДЫ құрады.
Е септеуіш машиналардың классификациясы
Есептеуіш жүйелер мен желілердің негізін есептеуіш машина негізін қалайды. Сондықтан әрбір есептеуіш жүйенің тағайындауын және мүмкіншілтерін анықтайды, бірінші кезекте есептеуіш машина тұрады.
Есептеуіш машинаның классификацияларының түрлерін танып білу:
ЕМ–дегі сигналдардың циркуляцияланып түрінен бөліп:
АЕМ – аналогты есептеуіш машина – информация үздіксіз (аналогты) түрде беріледі. Жоғарыжылдамдығымен, тар тапсырма классының шешіміне бағытталған(әрбір тапсырманы шешуге арналған аппаратураның настройкасында жиі пайда болады );
ЭЦЕМ (ЭЕМ) – электронды цифрлық еспетеуіш машина (электронды есептеуіш машина) –информация дискретті (екілік ) түрде беріледі. АЭМ–мен салыстырғанда жылдамдығымен әрқалай төмен, бірақ кең шеңбердегі тапсырмаларды қосымша аппаратуралардың настройкаларысыз шешуге болады.
ГЕМ гибридты есептеуіш машина (құрамдастырылған есептеуіш машина) өзіне аналогты сияқты да, цифрлық блоктарды қосады.
Есептеуіш қуатына байланысты айырады:
Есептеуіш жүйе алуан түрлі алуан түрлі біртекті және біртекті емес есептеуіш машиналардың құрамынан тұрады – олар бірнеше тапсырмаларды (бір уақытта) әр түрлі программалардың нәтижелердің корреляциясымен болу мүмкін шешімдерге арналған.
Қуатты ЕМ (үлкен жіне өте үлкен ЕМ) – желілер структурасының жұмысын басқаруға қажет ететін үлкен көлемді ғылыми–техникалық тапсырмаларды шешуге арналған.
Орташа қуатты есептеуіш машиналар біршама ықшам тапсырмаларды (ғылыми–өндірістік), локальды желілер жұмысын басқаруды (файл–сервер),басқару тапсырмаларын шешуге арналған.
Персоналды ЭЕМ (ПЭЕМ,компьютерлер) бір ғана пайдаланушымен жұмыс жасауға арналған.
Ішкі ЭЕМ (микроЭЕМ) өте шектелген шеңбердің тапсырмаларын шешуге арналған– автомобильды компьютерлер, ЧПУ становктары және т.б.
Қызметі бойынша:
Универсалды ЕМ әртүрлі кең шеңберлі тапсырмаларды шешуге арналған.
Арнайы ЕМ белгілі бір арнайы тапсырмаларды шешуге арналған (мысалы: ЕМ жасанды интеллектпен байланысты тапсырмаларды шешуге арналған).
Бағдарламалы басқару принциптері
ЕМ–дағы тапсырманы шешу процесстің автоматты басқаруын бағдарламалық басқару принциптердің (алғашқы Дж.фон Нейман ұсынған)көмегімен жетеді. Қазіргі уақытта замандас ЕМ–дағы басқарудың негізгі принципі болып табылады.
Дж.фон Нейман бойынша бағдарламалы басқару принципі келесі негізгі ережелермен негізделген:
ЭЕМдағы информация екелік күйде кодталған және бірліктерге бөлінген немесе сөздермен аталған информация элементтері, информацияның әр түрлі сөздерін қолдану тәсілдеріне қарай ажыратады.
Информация сөздері жады ұясында орналасады және сөздер адресі деп аталған ұя сандарымен теңестендіреді;
Команда деп басқаратын сөздердің реттелген күйде берілген алгоритмі, операция атауын анықтайтыны информация сөзі деп аталады. Машиналық комнадалар терминдерінде жазылған алгоритм бағдарлама деп аталады.
Белгілі алгоритмді есептеуін орындағанда, қатар бойынша реттік орындалуға алып келеді.
Нейман бойынша ЭЕМде тапсырманы шешу бастапқы мәліметтермен және аралық нәтижелермен жасалынатын арифметикалық және логикалық операциялардың орындалуына алып келеді. Алайда мәліметтер екілік кодта беріледі. ЭЕМде есеп шығарудың алдында шешім реттік басұару сөдер (командалар) т.рінде жазылады, яғни тапсырманы шешу бағдарламасы жазылады. Осы бағдарлама арқылы есептеу процессі командалар орындау реттінен тұрады.
Әрбір комнада екі бөліктен тұрады: операциялық және адрестік. Оперцаиялық бөлігінде оперция кодтары беріледі,ол ЕМның қандай да болмасын операцияны орындауының әрекетін анықтайды. Адрестік бөлігінде қай сөздердің (операндтардың ) үстінен қай әрекет болып жатырғанын анықтайды. Сонымен қатар адрестік бөлігінде жады ұясының номері (адресі) көрсетіледі, онда операцияларда қолданылған сөздер және есептеу шешімі сақталынады.
Бірінші болып бастапқы адресімен тапсырылған команда орындалады. Келесі комнада адресі реті бойынша орындалады немесе нақтылы логикалық шартпен анықталады.
Барлық арифметикалық және логикалық операциялар ЭЕМде арнайы схемалық–аппараттық әдістердің көмегімен немесе бағдарламалық тәсілмен жүзеге асырылады. Операциялар жиынтығы, аппараттық тәсілмен жүзеге асырылған, комнадалар жүйесін құрады. Программалық тісңлменн жүзеге асырғанда оперцаиялар көбінесе «күрделі» болады, қарапайым қатар комнадаларға ажыратылады және бірнеше кезеңге аппараттық тәсілмен жүзеге асырылады. Операциялар жиынтығы, бағдарламалы да, аппараттық тәсілмен де жүзеге асырылғанды ЭЦЕМның операциялық қоры дейді.
Дәріс № 2
Цифрлық құрылғылардың логикалық жобалаудың негізі. Бульдік алгебрасы.
Бір және екі айнымалылардың булдік функциясы.
Бульдік алгебра. Екілік сандарға түрлі операцияларды орындайтын құрылғыны функционалды екілік сандарды түрлендіргіш ретінде қарауға болады. Мұндай құрылығыны анализіне және синтезіне екілік цифрларға операциялар жасайтын математикалық аппарат қажет. Мұндай аппарат ретінде екілік алгебраны қолдануға болады. Негізін салушы ағылшын математигі Дж.Буль боп келеді.
f функциясы n айнымалысынан тәуелді болса, егер функция және оның қандай да бір аргументі xi {0,1} аралағының мәнін алса бульдік деп аталады. Бульдік функцияның аргументтері бульдік деп аталады. Бульдік функция үш тәсілдің біреуімен беріледі: матрицалық (кестелік), геометриялық және аналитикалық.
Матрицалық функцияда булдік функция кесте түрінде беріледі. Бульдік функция мысалы 2.1. кестесінде көрсетілген. Ал 2.2. кестеде осы функцияны кетеслік түрі көрсетілген, тек онда екілік жиынтықтың орнына ондық эквивалент жазылған.
Кесте 2.1.
х1,х2,х3 |
f |
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 |
0 1 0 1 0 1 0 1 |
Кесте 2.2.
Жиынтық номері |
F |
0 1 2 3 4 5 6 7 |
0 1 0 1 0 1 0 1 |
Графикалық тәсілмен бульдік функция n-өлшемді кубпен жазылады. Геометриялық мағынада әрбір екілік жиынтық n-өлшемді вектор, n-өлшемді кеңестіктің нүктесі анықтайды осыдан,функцияның n айнымалы анықталған жиынтықтар аралығы n-өлшемді кубтың төбелері болып табылады. Кубтың төбелерін анықтап, ондағы функциялар бірлік (немесе нольдік) мән қабылдағанда, геометриялық кеңестік функция аламыз, мысалы буль фукнциясы, 2.1. кестесінде берілгені геометриялық түрде 3-өлшемді куб болып берілді.
