3. Компьютердің даму тарихы

Компьютердің даму тарихы қарапайым есептеулер жүргізу кезеңінен басталады. Есептеулер жүргізуді жеңілдету мақсатында арнайы құралдар жасалды. XVI ғасырда испан монахы Раймунд Луллит логикалық машина жасап шығаруды ұсынды. Бірақ, бұл ұсыныс көптеген жылдардан кейін ғана жүзеге асты.

Қосу мен алу амалдарын орындайтын ең қарапайым есептеу машинасын 1623 жылы астроном Уильям Шикард ойлап шығарды. Ол алты орынды сандармен ғана есептеулер жүргізе алды. Егер нәтиже машинаның мүмкіндігінен асып кетсе, онда арнайы қондырылған қоңырау соғылатын.

1642 жылы француз оқымыстысы Блез Паскаль ең алғашқы арнайы сақталатын программасы бар «Паскалин» немесе «Паскаль дөңгелектерi» деп аталатын есептеу машинасын жасады.

Неміс математигі Готфрид Лейбництің 1672 жылы жасаған механикалық машинасы қосу және алу амалдарымен қатар, көбейту және бөлу амалдарын да орындады. 1770 жылы Е.Якобсон 5-орынды санмен жұмыс жасауға қабiлеттi қосу машинасын ұсынса, 1770 жылы Ган астрономиялық есептеулерге негiзделген бiрнеше машинаны құрастырды. 1820 жылы Карл Ксавье Томас алғаш рет арифмометрдi ойлап тапты. Ол әлем бойынша өндiрiс салаларында қолданыла бастады.

1823 жылы ағылшын ғалымы Чарльз Бэббидж программалық басқару машиналарының алғашқы нұсқасы саналатын «Аналитикалық машинаны» ойлап тапты. Ол 4 бөлiктен: сандарды сақтауға арналған «қоймадан», оларға қолданыла-тын амалдарды орындайтын құрылғыдан, басқару құрылғы-сы мен енгiзу-шығару құрылғы-ларынан тұрады.

Бэббидж машинасының барлық қондырғылары механикалық қондырғылар болатын және перфокартаға жазылған кез-келген программаларды орындайтын. Өнертапқышқа алғашқы программист Ада Лавлейс (Ада Августа Кинг) көмектесті. Кейіннен Ада құрметіне Ada программалау тілі аталған.

1828 жылы орыс армиясының генерал-майоры Ф. М. Слободская арнайы кестемен қосу мен көбейту сияқты арифметикалық амалдарды орындайтын есептегiш приборларды ойлап шығарды. 1834 жылы француз академигi, физигi, әрi математигi Андре Мари Ампер «кибернетика» терминiн алғаш рет қолданған кiтап шығарды. 1847 жылы ағылшын математигi, математикалық логиканың негiзiн қалаушылардың бiрi Джордж Буль «Логиканың математикалық талдауы» еңбегiнде Буль алгебрасының негiзiн қалады.

1867 жылы Ресей ғылым академиясының вице-президентi Владимир Яковлевич Буняковский орыс шоттарын есептеуге негiзделген есептегiш механизм құрды. 1867 жылы американ топографы К. Шоулз алғаш рет басу машинкасының негiзiн қалады. 1878 жылы орыс математик-механигi П.Л.Чебышев қосу аппаратын ойлап тапты.

1880 жылы Петербург инженерi Т. Однер арифмометр құрылғысын ұсынды. Ол 50-жылдарға дейiн «Феликс» модификациясымен шық-ты.

1885 жылы американдық ғалым У.Берроуз цифрлар мен оның нәтижелерiн есептеп, баспаға шығаратын машинаны ойлап тапты. Осы елдің ғалымы Г.Холлерит 1888 жылы табулятор деп аталатын құрылғыны ойлап тапты. Онда ақпараттар электр токтарымен кодталатын перфоркарталарға енгiзiледi.

1897 ж. ағылшын физигi Дж.Томсон электронды-сәулелiк түтiкшенiң құрылымын ұсынды. 1918 ж. Ресей ғалымы М.А.Бонч-Бруевич лампалық триггердi ұсынды.

1928 ж. американ математигi Дж. Нейман ойындар теориясының негiзiн ұсынды. Аталған теория машиналық модельдеу практикасында кеңiнен қолданылады.

XX ғасыр үлкен көлемді есептеулер жүргізетін есептеу машиналарын қажет етті. Ағылшын ғалымы Ален Тьюринг 1938 жылы «Машина ойлана алады ма» (Может ли машина мыслить) мақаласында есептеуіш машина мүмкіндігін арттыратын абстрактылы схема ұсынды. Аталған мақала оқымыстылар арасында үлкен пікірталас тудырды. Тьюринг машинасы –үздiксiз ақпараттарды әмбебап түрлендiрушi құрал, әрi теориялық есептегiш жүйе.

1938 жылы Америка математигi, әрi инженерi Клод Шеннон болашақ ЭЕМ-ның негiзiн қалады. Осы жылы Кондрад Цузе Германияда екілік код негізінде жұмыс істейтін және еске сақтау құрылғысы бар Z1 есептеу машинасын жасап шығарды.

1944 жылы Гарвард университетiнде американдық математик Говард Айкен «Марк-1» автоматтандырылған есептегiш машинасын құрастырды. Ол релелiк және механикалық элементтерден құрастырылып, программалық басқару машинасы ретiнде қолданылды. «Марк-1» машинасының ұзындығы 17м, салмағы 5 тонна, онда 75000 электронды шам, 3000 механикалық реле қолданылған, ол көбейту амалын 3 секундта, ал бөлу амалын 12 секундта орындайтын.

3.1-сурет. «Марк-1» автоматтандырылған есептегiш машинасы

1945 жылы Джон фон Нейман компьютер құрылғылары өзара байланысының терориялық негізін, яғни компьютердің жұмыс жасау принципін ұсынды. Джон фон Нейман машинасы регистрлер жиынынан құралған жады, арифметикалық-логикалық құрылғы, енгізу-шығару құрылғысы және басқару құрылғысынан тұрады.

Джон фон Нейман принципі бойынша: енгізу құрылғысы программалар мен мәліметтерді арифметикалық-логикалық құрылғыға жібереді, одан компьютердің ішкі жадысына жазылады. Әрбір командада орындалуы қажет операция коды және осы командалар өңдейтін мәліметтер орналасқан ұяшықтардың адресі жазылған. Басқару құрылғысы «командалар санауышы» деп аталатын арнайы регистрді қамтиды. Программалар мен мәліметтер жүктелгеннен кейін программаның алғашқы командасының адресі жазылады. Басқару құрылғысы командада көрсетілген адреске сәйкес жады ұяшығының ішіндегі мәліметтерді оқиды және оны «команда регистріне» көшіреді. Командалар регистрі команданы орындалу кезеңінде сақтайды. Басқару құрылғысы команданы орындайды. Әрбір команда үшін басқару құрылғысының өзіндік өңдеу алгоритмі бар. Өз кезегінде әрбір алгоритм микрокомандалар жиынтығын беретін микропрограммалардан құралуы мүмкін. Команда орындалғаннан кейін командалар санауышы программаның келесі командасы орналасқан келесі ұяшыққа сілтейді. Осы процесс программаның орындалуын тоқтататын командаға дейін жалғасады.

1946 жылы американдық инженер Д.П.Эккерт және физик Д.У.Моучли Пенсильван университетiнде алғаш рет 20 мың электрондық лампадан тұратын ЭЕМ «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Computer) құрастырды. Электронды шамдармен жұмыс істейтін компьютердің ұзындығы 26м, салмағы 35 тонна болатын. «Эниак» қосу амалын 1/5000 сек, бөлу амалын 1/300 сек уақытта орындайтын. Онда ондық санау жүйесі қолданылған, басты қиындығы – программаларды енгізу.

3.2-сурет. «Эниак» электронды есептеуіш машинасы

1947–48 жылдары академик С.А.Лебедев кiшi электрондық есептегiш машинаны (КЭЕМ) жасақтау жұмысын бастады. 1949 жылы Кембридж университетiнде профессор М.Уилктің жетекшiлiгiмен программаларды сақтайтын ЭДСАК есептеуiш машина негiзi қаланды. Осы жылы Джон фон Нейманның жетекшiлiгiмен MANIAC (Mathematical Analyzer Numerical Integrator Antand Computer) компьютерi жасақталды.

1952 жылы С.А.Лебедевтiң жетекшiлiгiмен секундына өте үлкен жылдамдықпен 10 мың амал орындайтын үлкен электронды есептеуiш машинаны (ҮЭЕМ) жасақтау жұмысы аяқталды.

Ал, 1958 жылы ССРО-да секундына өте тез жылдам-дықпен 20 мың амал орын-дайтын М-20 ЭЕМ машинасы жасақталып, ұсынылды.

1963 жылы алғаш рет тышқан құрылғысы жасалды.

1

1972 жылы АҚШ-та шыққан «ILLIAC-IV» ма-шинасында секундына 20 млн. операция орындайтын көппроцессорлық жүйе орнатылған.

1976 жылғы «Cray-1» машинасы секундына 166 млн. операция орындайды, векторлық есептеулер жүргізеді, жады көлемі 8 Мбайт.

965 жылы АҚШ-та IBM/360 деп аталатын 3-буын машинасы шықты. 1971 жылғы ЕС-1020 машинасы секундына 20000 операция орындайтын, жады көлемі 256 Кбайт. 1977 жылғы ЕС-1060 машинасы секундына 1 млн. операция орындайтын, жады көлемі 8 Мбайт. 1984 жылғы ЕС-1066 машинасы секундына 5,5 млн. операция орындайтын, жады көлемі 16 Мбайт.

1980 жылы КСРО-да құрастырылған «Эльбрус-1» машинасы секундына 15 млн. операция орындайды, жады көлемі 64 Мбайт.

1984 жылы Apple Computer корпорациясы Macintosh компьютерiн шығарды. Ол қолданушының операциялық жүйемен жұмыс жасауына тиiмдi құрал болып табылды.

1985 жылы секундына 125 млн. операция орындайтын 8 процессорлы, жады көлемі 144 Мбайт, сумен салқындататын «Эльбрус-2» машинасы жасақталды. 1985 жылғы «Cray-2» машинасы секундына 2 млрд. операция, 1989 жылғы «Cray-3» машинасы секундына 5 млрд. операция орындайды.

1995 жылы Жапонияда шыққан «GRAPE-4» машинасы секундына 1,08 трлн. операция орындайды.

2002 жылы «Earth Simulator» (NEC) 5120 процессорлы, секундына 36 трлн. операция орындайтын машина жасалса, 2007 жылы шыққан «BlueGene/L» (IBM) 212992 процессорлы машинасы секундына 596 трлн. операцияға дейін орындайды.

Информатиктер компьютер дамуының 4 кезеңін (ұрпағын) атап көрсетеді. Енді соларға тоқтала кетейік.

1. Алғашқы кезеңі (ұрпағы) - электрондық шамдар. 1945-1955 жылдар аралығында электронды есептеуіш машиналар электрондық шамдар негізінде құрылды. Мысалы: «Минск-1», «Урал-1», «БЭСМ-1» есептеуіш машиналары. Электрондық шамдар, электромагниттік релемен салыстырғанда, логикалық элементтерді қосуды жылдам жүзеге асырды және олар әжептәуір ұзақ қызмет етті. Бірақ, электрондық шамдар энергияны өте көп жұмсайтын және олардың өлшемдері өте үлкен еді. Электрондық шамдар негізінде жұмыс жасайтын ЭЕМ-лардың жұмыс жасау жылдамдығы секундына бірнеше жүзден бірнеше мың операцияға дейін ауытқиды.

2. ЭЕМ дамуының екінші кезеңі (ұрпағы) – транзисторлар. 1955-1965 жылдар аралығы. Мысалы: «Минск-21», «Урал-14», «Наири» есептеуіш машиналары. Негізінен, жартылай өткізгіш құрал – транзистор 1948 жылы ойлап табылған. Олардың электрондық шамдарға қарағанда өлшемі кіші, тұтыну қуаты аз. ЭЕМ-лардың жұмыс жасау жылдамдығы секундына бірнеше мың операциядан тіпті бірнеше миллион операцияға дейін артты.

3. ЭЕМ дамуының үшінші кезеңі (ұрпағы) - интегралдық схемалар. 1965-1980 жылдар аралығы. Мысалы: IBM360 және IBM370, ЕС(Единая Система) есептеуіш машиналары. Интегралдық схема металдан немесе пластмассадан жасалған қорапқа салынған жартылай өткізгішті кристаллдардан тұрады. 1958 жылы ғалымдар кремнийден жасалған бір жартылай өткізгіштік кристаллға бір функциональдық тораптың барлық компоненттерін орналастырып көрді. Осының нәтижесінде интегралдық схемалар пайда болды. Олар жартылай өткізгіштердің көлемін кішірейтті және тұтыну қуатын жүз ваттқа дейін азайтты. ЭЕМ-лардың жұмыс жасау жылдамдығы секундына он миллион операцияға дейін артты.

4. ЭЕМ дамуының төртінші кезеңі (ұрпағы) – үлкен интегралдық схемалар. 1980 жылдан басталады. Физика, химия және т.б. ғылымдардың дамуымен байланысты өлшемі бірнеше шаршы миллиметр кристаллға алдымен жүз, кейіннен мың, тіпті миллион транзисторлар орналастыру мүмкіндігі туды. Мұны үлкен интегралдық схемалар деп атады. Осының нәтижесінде әлемде ең алғашқы дербес компьютерлер пайда болды.

50-ші жылдар соңына Фортран программалау тілі, 60-шы жылдары Кобол және Алгол программалау тілдері және ең алғашқы модем және тышқан құрылғылары пайда болды. 1964 жылы Бейсик программалау тілі, ал 1969 жылы Unix операциялық жүйесінің алғашқы нұсқасы пайда болды. Паскаль программалау тілі 1971 жылы ұсынылды. 1972 жылы Intel 8008 процессоры, 1978 жылы Intel 8086 процессоры пайда болды. Си программалау тілі және Intel 8080 процессоры 1974 жылы пайда болған. Принтер дамуы 1977 жылдан басталды. Алғашқы дербес компьютерлер 1980 жылы пайда болса, 1990-92 жылдары Интернет желісі, сканер, дыбыстық стереоплата, Ява программалау тілі пайда болған.

XX ғасыр соңғы онжылдығы DVD стандартын, Pentium және Celeron процессорларын, әртүрлі жинақтауыштар, Windows операциялық жүйесінің әртүрлі нұсқаларын ұсынды. USB шиналары, AGP порттары қолданыла бастады. Қазіргі уақытта компьютер дамуы, адамзат қызметінің ажырамас бөлшегі ретінде, қарқынды жүзеге асуда.