Кәсіби оқытуда арнайы пәндерін оқыту әдістемесі

 Біздің елімізде алғашқы ЭЕМ-дер 1951 жылы - МЭСМ (Малая электронная счетная машина) және 1952 жылдары - БЭСМ (Большая электронная счетная машина) пайда болды. Бұл екі машинаны да КСРО-ныњ көрнекті ғалымы Сергей Алексеевич Лебедев құрастырды. БЭСМ сериясыныњ компьютерлері сол кездегі ең қуатты компьютерлердің қатарында болатын.   

 Бірінші кезеңнің электронды-есептеуіш машиналары он мыңдаған электронды шамдардан тұратын. Сондықтан олар жүздеген киловатт электр энергиясын пайдаланып, жүздеген шаршы метр жер аумағын алып жатты. Салмағы бірнеше тоннаға дейін жететін. Ал олардың жылдамдығы секундына 20 мың операциядан аспайтын. Бұндай машиналарға программаларды енгізу үшін перфокарталар мен перфоленталар қолданылды. Бұл компьютерлер тек инженерлік жғне ғылыми есептеулер жүргізу үшін қолданылды. Бұл машиналарға қажетті программалар машиналық командалар тілінде жазылатын. Бұл  өте қиын іс болғандықтан программалауға таңдаулы мамандар ғана алынып оқытылатын.       

 

 

       ІІ кезең (1955-1965 жылдар)  

 Электронды шамдардан тұратын бірінші кезеңнің электронды-есептеуіш машиналары 50-жылдардың соңына дейін қолданылып келді. 1959 жылдан бастап жартылай өткізгіш транзисторлардан тұратын ЭЕМ-дер дүниеге келді. Транзисторлар электронды шамдармен салыстырғанда әлдеқайда сенімді болатын, олар электр энергиясын көп пайдаланбайтын және орынды көп алмайтын. Ал бұндай элементтерден жасалған компьютерлердің жылдамдығы секундына 200 мың операцияға дейін артып, ішкі жадының  көлемі де бірінші кезеңнің компьютерлерімен салыстырѓанда жүздеген есе көбейді. Бұл компьютерлердің жадындағы барлық мәліметті сақтау үшін магниттік дискілер мен магниттік ленталар қолданыла бастады.   Осы кезеңнен бастап Фортран, Алгол секілді алғашқы программалау тілдері пайда болып, программалау  тілдері әлдеқайда түсінікті, қарапайым және қолайлы бола бастады.      

 

 

       ІІІ кезең (1965-1980 жылдар)    

1958 жылы америкалық мамандар  өте күрделі технологияны қолдана отырып ауданы 1 см-ден аспайтын жіңішке пластинаға ондаған, кейін жүздеген  электронды схемаларды орналастыруды үйренді. Бұларды интегралды схемалар (ИС) деп атады. Интегралды схемалардың пайда болуы компьютерлік техниканыњ дамуына үлкен әсерін тигізді. Интегралды схемалар компьютерлердің жылдамдығын айтарлықтай арттырды (секундына 1 млн операциядан жоғары), оперативті жадының да көлемі жүздеген мың байтпен өлшенетін болды, компьютерде бір мезгілде бірнеше жұмыс атқару мүмкіндігі пайда болды. Осы кезеңнен бастап ЭЕМ-дерді қолдану аясы да артты. Бұрынғы ЭЕМ-дер тек күрделі инженерлік есептеулер үшін және соғыстық мақсатта қолданылса, ендігі компьютерлер өндірістің барлық саласында: зауыттарда, білім беру мекемелерінде, денсаулық сақтау саласында т.б жерлерде қолданыла бастады. Паскаль, Си, Бейсик секілді жоғары дәрежелі программалау тілдері осы кезеңде пайда болды. Программалау ісі білім беру мекемелерінде кеңінен оқытыла бастады. Алғашқы мәліметтер базасы, жасанды интеллект жүйелері, автоматтандырылған жобалау жүйелері т.б.  пайда болды.  

 

 

     IV кезең (1980 жылдан бері қарай) 

 Өткен ғасырдыњ 70-жылдары мини-ЭЕМ-дер жедел дами бастады. Бұл компьютерлер үлкен  ЭЕМ-дерге қарағанда көлемі шағын және бағасы арзан болатын. 1971 жылы американдық Intel фирмасы өзінің микропроцессорды ойлап тапқанын мәлімдеді. Микропроцессор - бір пластинада миллиондаған электронды схемаларды өзара байланыстыратын үлкен интегралды схемалардан жасалды. Микропроцессор компьютерлердің жылдамдығын секундына бірнеше миллиард операцияға дейін арттырды. Микропроцессорды енгізу-шығару, сыртқы есте сақтау құрылғыларымен байланыстырудың нәтижесінде компьютерлердің жаңа түрі – микро-ЭЕМ-дер дүниеге келді. Үлкен интегралды схемалармен немесе микропроцессормен жұмыс жасайтын қазіргі компьютерлер ЭЕМ-дердің IV кезеңіне жатады. Қазіргі ЭЕМ-дердің ең көп таралған түрі - дербес компьютерлер болып есептеледі. Алғашқы дербес компьютер 1976 жылы пайда болды. Apple-1 деп аталған бұл компьютерді американдық Стив Джобс пен Стив Возняк ойлап тапты. 

Apple-1 дербес компьютері

 

   Қазіргі дербес компьютерлер дисплей, жүйелік блок, пернетақта секілді көптеген құрылғылардан тұрады және алғашқы пайда болған дербес компьютерлерге мүлдем ұқсамайды десе де болады. Қазіргі дербес компьютерлердің жұмыс істеу жылдамдығы да осыдан отыз жыл бұрынғы компьютерлермен салыстырғанда мыңдаған есе артты.  Егер 1977 жылы пайда болған Apple-2 компьютеріндегі микропроцессордың тактілік жиілігі 1 МГц болса (1 МГц – секундына 1 миллион операция орындайды деген сөз) қазіргі компьютерлерде қолданылатын Pentium-4 микропроцессорларының тактілік жиілігі 3,4 ГГц-ке дейін жетеді.   Қазіргі компьютерлердің программалық жабдықтамалары қолданушыларға программалау тілдерін білмей-ақ олармен (компьютерлермен) жеңіл қарым-қатынас жасауға мүмкіндік береді. Бұны Windows, Macintosh OS секілді танымал операциялық жүйелердің пайда болуымен байланыстыруға болады. Қазір әлемде дербес компьютерлердің жылына миллиондаған данасы сатылады.       

 

 

       V-кезең  

V кезеңнің ЭЕМ-дері деп жақын болашақта пайда болатын компьютерлерді айтуға болады. Ғалымдар болашақтың компьютерлері  бүгінгі компьютерлермен салыстырғанда әлдеқайда қуатты, қолданыста ыңғайлы және интеллектуалдық қабілеті өте жоғары болады деп болжамдайды. Бұл компьютерлерге барлық мәліметті қазіргідей пернетақтамен емес, дауыстап командалар беру арқылы енгізіп, олардың адам секілді машиналық «көру», «есту», «иіс сезу» қабілеті болады деп болжамдалуда.     

Арифмометр

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Ертедегі есептеу құрылғылары

Адамзат қарапайым есептеу  құралдарын қолдануды мыңдаған жылдар бұрын бастады. Есептеудің ең көп тараған түрі - айырбас саудасында қолданылатын тауарлардың санын анықтау болатын. Ең қарапайым шешім ретінде айырбасталатын тауардың салмақ эквивалентін пайдалануды айтуға болады, себебі бұл жағдайда, тауардың құрамындағы заттардың санын есептеу қажет болмайтын. Бұл мақсаттарда қарапайым балансирлік шеккілер қолданылатын, олар массаны анықтауға арналған алғашқы құрылғы болды.

Эквиваленттілік принципі "абак" деп аталатын құралда  да пайдаланылды. Заттарды санау үшін, бұл құралдағы сүйектерді қозғау қажет болатын.

Тісті сақиналарды ойлап  табуға байланысты, есептеулерді орындауға  арналған құрылғылар күрделене түсті. ХХ ғасырдың басында табылған антикитерлік механизм (б.з.д. І ғасырда батып  кеткен антикалық кемеден табылған) ғаламшарлардың қозғалысының үлгісін көрсете алатын еді. Болжам бойынша, бұл құралды діни мақсаттарда күнтізбелік есептеулер жүргізу, күн және ай тұтылуын болжау, егін егу және жинау уақыттарын анықтау үшін қолданған. Есептеулер жүргізу үшін 30-дан астам қола сақиналар және бірнеше циферблаттар қолданылды. Ай фазаларын есептеу үшін, диффернциалдық тасымал пайдаланылды (ғалымдар бұл тәсілді ХVI ғасырда ойлап табылған деген болатын). Антика мәдениеті құлдыраған соң, бұндай құралдар жойылып кетті. Күрделілігі осы шамалас механизмдерді құру үшін, адамзатқа бір жарым мыңжыл қажет болды.

1623 жылы Вильгельм Шикард "Есептеуіш сағаттар" - төрт  арифметикалық амалды орындай  алатын механикалық калькуляторды  ойлап тапты. Құрылғының бұлай  аталу себебі, сағаттардағы сияқты, бұл құралда да тісті сақиналар мен жұлдызшалар қолданылды. Бұл құрылғыны іс жүзінде алғаш рет Шикардтың досы, философ және астроном Иоганн Кеплер пайдаланды.

Бұдан соң Блез Паскаль ("Паскалина", 1642 ж.) және Готфрид  Вильгельм Лейбниц өз машиналарын жасап шығарды. 1820 жылы Charles Xavier Thomas төрт арифметикалық амалды орындай алатын механикалық калькуляторларды (Томас арифмометрі деп аталатын құрал Лейбниц жұмыстарына негізделген) жасап, саудаға шығарды. Ондық сандарды есептеуге арналған механикалық калькуляторлар 1970-жылдарға дейін қолданылды.

Сонымен қатар, Лейбниц  қазіргі заманғы компьютерлердің  негізі болып табылатын екілік санақ  жүйесін де сипаттады. Бірақ, 1940-жылдарға дейінгі шыққан машиналардың басым  бөлігі (Чарльз Бэббидждің машинасы және ЭНИАК) ондық жүйені қолданған болатын.

Сандарды көбейту және бөлу амалдарын осы сандардың  логарифмдерін қосу және азайту арқылы орындауға болады (Джон Непер). Нақты  сандарды сызғыштағы ұзындық интервалдары көмегімен көрсетуге болады, бұл  жаңалық логарифмдік сызғыштарды ойлап табуға негіз болды, бұл құрал көмегімен көбейту және бөлу амалдарын оңай орындауға болатын еді. Логарифмдік сызғыштар қалта калькуляторлары пайда болғанға дейін қолданылды. Айға адам жіберген "Аполлон" бағдарламасының инженерлері өз есептеулерінде логарифмдік сызғыштарды пайдаланған болатын.

1801: Перфокарталардың пайда болуы

1801 жылы Жозеф Мари  Жаккар перфокарталар арқылы  өрнек салып, жұмыс жасайтын  тігін станогын ойлап тапты.  Перфокарталарды ауыстыру арқылы, матаға түсірілетін өрнекті өзгертуге болатын еді. Бұл құрал бағдарламалау тарихында маңызды орын алды.

1838 жылы Чарльз Бэббидж  жасап бастаған аналитикалық  машинаның бағдарламалау принциптері  Жаккардың перфокарталарына байланысты  болатын.

1890 жылы АҚШ Халық  Санағы, он жыл бойы жүргізілген халық санағының нәтижесін өңдеу үшін, Герман Холлерит ойлап тапқан сұрыптау тәсілдерімен қатар, перфокарталарды пайдаланды. Холлерит компаниясы IBM корпорациясының ядросына айналды. Бұл корпорация перфокарталар технологиясын мәліметтерді өңдеудің қуатты құралына айналдырып, оларды жазуға арналған құрылғыларды көптеп шығарды. 1950 жылы IBM технологиясы өнеркәсіпте және үкіметте кең тарады. Карталардың көпшілігінде жазылған "бұруға, мыжыруға және жыртуға болмайды" деген ескерту соғыстан кейінгі көпшіліктің есінде болатын.

Көптеген компьютерлерде перфокарталар 1970-жылдардың соңдарына  дейін қолданылды. Мысалы, дүние  жүзіндегі көптеген университеттердің  инженерлік және ғылыми мамандықтарында  оқитын студенттер бағдарламалар жазу үшін перфокарталар қолданды.

1835 – 1900: алғашқы бағдарламаланатын машиналар

"Әмбебап компьютердің" негізгі ерекшелігі - бағдарламалау  мүмкіндігі, яғни компьютер жұмысын  өзгерту үшін тек оған енгізілетін  бұйрықтар тізбегін өзгерту ғана  қажет.

1835 жылы Чарльз Бэббидж өзінің аналитикалық машинасын жарыққа шығарды. Бұл машина - жалпы мақсаттағы компьютер болып саналады, енгізілетін мәліметтер және бағдарламалар үшін перфокарталар қолданылды, ал энергия көзі ретінде бу қозғалтқышы пайдаланылды. Математикалық амалдар үшін тісті сақиналар қолданылды.

Бастапқыда, Бэббидждің идеясы бойынша, жоғары дәлдікпен логарифмдік  кестелерді басып шығаратын машина құру қажет болатын. Содан соң  ғана, перфокарталарды қолдану арқылы, бұл идея "аналитикалық машинаға" дейін дамытылды.

Жоспарлар анықталып, жобаны жүзеге асыру мүмкін екендігіне көз жеткізілгенімен, машинаны құру кезінде белгілі бір қиындықтар болды. Бэббидж өзінің идеяларымен келіспеген әрбір адаммен дискуссияға түсіп отыратын. Машинаның барлық бөліктері қолмен жасалу керек болды. Мыңдаған детальдардан тұратын машина үшін, әрбір детальда кеткен қатенің құны қымбат болатын, сондықтан, детальдарды жасау кезінде аса жоғары дәлдік қажет болды. Нәтижесінде, жобаның авторы мен детальдарды жасайтын маман арасындағы келіспеушілікке, және мемлекеттік қаржыландырудың жетіспеушілігіне байланысты, жоба аяқталмай қалды.

Атақты ақын лорд Байронның  қызы Ада Лавлейс 1843 жылы итальян  математигі және инженері Луиджи Федерико Менабреаның 1842 жылы жазылған "Notions sur la machine analytique de Charles Babbage" ("Elements of Charles Babbage's Analytical Machine") еңбегін ағылшыншаға аударып, өз түсініктемелерімен толтырды. Ада Лавлейстің аты Бэббидждің атымен қатар аталады.

"Айырмалық машинаның" 2-нұсқасының қалпына келтірілген  нұсқасы 1991 жылдан бері Лондондық ғылым мұражайында сақталуда. Бұл машина Бэббидж көрсеткен жоба бойынша жұмыс жасайды, сондықтан Бэббидждің теориясы дұрыс болғандығына көз жеткіземіз. Қажетті бөліктерді құру үшін, мұражай сол уақыттағы деталь жасаушы маманның мүмкіндігімен шектелген машинаны қолданды. Кейбіреулердің айтуы бойынша, сол уақыттағы технология қажетті дәлдіктегі детальдарды құруға мүмкіндік бермеген, бірақ бұл болжам расталмады. Сондықтан Бэббидждің машина жасау кезіндегі сәтсіздікке ұшырауының негізгі себебі ретінде саяси және қаржылық қиындықтар аталады.

Бэббидждің ізі бойынша, оның жұмыстары туралы білмесе де, дублиндік бухгалтер Перси Ладгейт  жұмыс жасады. Ол 1909 жылы өзі жасап  шығарған бағдарламаланатын механикалық  компьютерді жасап шығарды.

1930 — 1960: стол калькуляторлары

1900-жылдары механикалық  калькуляторлар, кассалық аппараттар  және есептеуіш машиналар электр  қозғалтқыштарын қолдана отырып  жасалған болатын. Бұл құрылғыларда  тісті сақинаның күйі айнымалыны  сипаттайтын еді. 1930-жылдардан бастап, Friden, Marchant және Monro сияқты компаниялар арифметикалық төрт амалды орындай алатын механикалық стол калькуляторларын жасап шығара бастады. "Компьютер" ("есептеуіш") сөзі қызметке байланысты айтылды (математикалық есептеулерді орындау үшін калькуляторларды қолданатын адамдарды солай атаған). Манхэттендік жоба барысында болашақ Нобель сыйлығының лауреаты Ричард Фейнман әскери мақсаттарға қажет дифференциалдық есептерді шешетін математик-әйелдерді басқарған болатын. Атақта Станислав Мартин Улам соғыс аяқталған соң, сутегі бомбасының жобасына қажетті есептерді шығарумен айналысты.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Микропроцессор туралы мәлімет

Микропроцессор —жүйелік тақтаның ең маңызды құраласы, ол деректерді тікелей өңдейді, атап айтқанда, бөлектелген деректермен арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды.

Микропроцессор бір  мезгілде қатарынан 8, 16 немесе 32 биттік деректерді өңдей алады. 8 биттік процессор  бір мезгілде небары бір бит дерекпен ғана жұмыс істей алады. 16 биттік процессор бір мезгілде 2 байт, ал 32 биттік процессор — 4 байт өңдейді.

Жалпы алғанда 16 биттік компьютер 8 биттік жүйеден жылдамдырақ жұмыс  істейді, ал 32 биттік компьютер 8 және 16 биттік үлгілерден жылдамырақ. Микропроцессор, жады және периферия құрылғылардың  арасында дерек беру үрдісі шина арқылы жүзеге асырылады. Қазіргі заманғы процессорлардың көпшілігінде 32 биттік шина қолданылады, яғни бір мезетте 32 биттік дерек беруге болады. 64 биттік шиналы компьютер де болады, бірақ олар әлі кең тарай қойған жоқ.