ЭЕМ-нің даму тарихы. ЭЕМ-нің буындары

Төрт арифметикалық амалдарлы автоматты түрде орындайтын бірінші машина XVII ғасырда пайда болды. 1623 жылы сандарды қосып не азайтып қана қоймай, оларды кейде көбейтіп және бөле алатындай машинаны өнертапқыш Вильгельм Шиккард жасап шығарды. 1642 жылы француздың философы және ғалымы Блез паскаль кеңсенің есептерін механикалық тұрғыдан есептеуге арналған арифмометр жасады. 1674 жылы немістің философы және математигі Готфрид Лейбниц Паскаль машинасының мүмкіндігін кеңейтті. Ол жасаған "Лейбництің тісті дөңгелегі" деп аталатын машинасы екілік санау жүйесінде көбейту, бөлу және түбір табу амалдарын орындайтын еді. XIX ғасырда ағылшын математигі Ч.Бэббидж "Аналитикалық машина" деп аталатын программаланатын автоматты есептеу құрылғысының нұсқасын жасады. Программалар кодталып перфокарталарға түсірілді. Бұл әдісті Бэббидж тоқыма станоктарындағы амалдарды бақылауға алғаш пайдаланған француз өнертапқышы Ж.Жаккардтан алды. Бэббидждің ойынша бұл командалар жұбын және мәліметтерден тұратын топтарын бірте-бірте енгізгенде автоматты түрде әр түрлі есептеулер орындауы тиіс еді. Картадағы тесіктердің орналасу тәртібін және карталардың келу ретін өзгертіп, есептеу ретін өзгертуге болатын еді (басқаруды шартты түрде беру идеясы!). Жобаның меценаты (қамқоршысы) – белгілі ақын Джорж Байронның қызы графиня Ада Лавлейс (Ada Lovelace) осы "аналитикалық машинаның" программисті болды. Ондық жүйенің орнына екілік жүйені қолдану қажеттілігіне Бэббидждің көзін жеткізген сол Ада Лавлейс болды. Ол осы күнге дейін көкейтесті болып келетін программалаудың негізгі принциптерін жасады. Оның құрметіне 1979 жылы жасап шығарған алгоритмдік тіл Ada – деп аталды. ХІХ ғасырдың екінші жартысында Герман Холлерит перфокарталарды сұрыптауға және санауға арналған бірінші электромеханикалық машинаны жасап шығарды. Табулятор деп аталатын бұл машина реледен, санағыштан және сұрыптаушы жәшіктен тұрды. Бұл машина 1890 жылы Америкада тұрғындардың санағын өңдеуге қолданылды. Холлерит 1896 жылы әйгілі IBM фирмасының негізі болатын фирманы ашты. Екінші дүниежүзілік соғыс есептеу құрылғыларын және оларды өндіру технологиясын жетілдіруге дем берді. 1944 жылы Говард Айкен IBM-нің бір топ зерттеушілері релелік логикалық элементтерге негізделген электрлік есептеуіш машинасын жасады. 1943 жылдан 1946 жылға дейін Пенсильвания қаласындағы (АҚШ) университетте ENIAK деп аталатын түгелімен бірінші электронды – цифрлық ЭЕМ құрастырылды. Машина 30 тонна тартты, 200 кв.м. жерді алып жатты, 18 мың лампадан тұрды. Оның жұмыс істеуінде ондық жүйе қолданылды. Программадағы командалар қолмен енгізілді; программаны енгізгеннен кейін орындалу тәртібі тек бүкіл программа орындалып болғаннан кейін ғана өзгертуге болатын еді. Әрбір жаңа программа ажыратқыштарды және алынып-салынатын коммуникацияларды орнату арқылы жүзеге асатын жаңа сигналдар комбинациясын қажет етті. Нәтижесінде ең қарапайым программаны құрып, орындау үшін өте көп уақыт қажет болды. ENIAK машинасында программалаудағы қиындықтар осы жобаның бұрынғы консультанты Джон фон Нейманның (1903-1957) ЭЕМ архитектурасын жасаудың жаңа принциптерін жасауына түрткі болды. Ол программаны, басқару командаларының тізбегін ЭЕМ-нің жадысында сақтауды ұсынды. Өз баяндамасында фон Нейман компьютердің бес базалық элементін атап көрсетті: арифметикалы-логикалық құрылғы (АЛҚ), басқару құрылғысы (БҚ), есте сақтау құрылғысы (ЕСҚ), ақпаратты енгізу және шығару құрылғылары. ЭЕМ-нің осы құрлысын фон Нейман архитектурасы деп атау келісілген. Бұл принциптер жаңа EDVAC ЭЕМ-де жасалды. Мұнда екілік арифметика қолданылды, негізгі жады 102444 - разрядты сөзді сақтай алатын болды. Бұл ЭЕМ 1951 жылы пайдалануға берілді. ЭЕМ-нің буындары түсінігі есептеуіш машиналарының даму тарихымен тығыз байланысты, яғни қолданылатын элементтік базасы бойынша анықталады. ЭЕМ-нің бірінші буынында элементтік база ретінде электрондық лампа мен реле қолданылды. 1948 жылы транзисторлар мен магниттік жүрекшелерге сақтау құрылғыларының ойлап табылуы есептеуіш техникасына үлкен әсерін тигізді. Катодты қыздыру үшін үлкен қуатты қажет ететін және сенімсіздеу болып келетін вакуумдық лампалар кішкене кремнилік транзистормен алмастырылды. Олар екінші буын машиналарының элементтік базасы ретінде қолданылды. Компьютерлердің миниатюрасын және сенімділігін көтерудің революциялық кезеңі 1958 жылы болды. Американдық инженер Д.Килби бірінші интегралдық схеманы ойлап тапты. 60-шы жылдардың ортасынан бастап элементтік базасы интеграциясы кіші және орта дәрежедегі интегралдық схемалар болатын үшінші буын машиналары шыға бастады. Тағы бір технологиялық революция микропроцессорларды жасауға алып келді. 1971 жылы американдық инженер М.Хофф бір кремнилік кристаллда –микропроцессорда – компьютердің негізгі элементтерін біріктірді. ЭЕМ-нің төртінші буынында интеграция дәрежесі жоғарғы интегралдық схемалар – үлкен интегралдық схемалар (ҮИС) құрыла бастады. Үлкен интегралдық схеманың кристалында он мыңға дейін элементтер қамтылады. Қазіргі кездегі кең қолдау тапқан дербес компьютерлер төртінші буынға жатады. Қазіргі уақытта ЭЕМ-нің бесінші буынын дайындау мәселесі қаралуда. Оның ерекшелігі дыбысты енгізіп және шығаруға қатысты өз бетінше оқып үйрену қабілеті болмақ.