Zamonaviy kompyuterlar va ularning arxitekturasi.

3-mavzu. Zamonaviy kompyuter tarixi, ishlash prinsiplari va arxitekturasi.

Hisoblash texnikasining rivojlanish tarixi.

Qadim zamonlardan beri insonlar o’z mehnatini yengillashtirishga, avtomatlashtirishga yoki mexanizasiyalashtirishga harakat qilishgan. Bu harakatlarning barchasi jismoniy kuchlarga yoki mehnatga qaratilgan bo’lib, insonlar aqliy ish faoliyatida hyech qanday mexanizasiyadan (texnikadan) foydalanishga ehtiyoj sezmaganlar. Ilm-fanning va jamiyatning rivoj-lanishi natijasida katta hajmdagi axborotlarni qayta ishlashga yoki murakkab ko’rinishdagi arifmetik amallarni bajarishga zarurat tug’ildi, ya’ni murakkab hisoblash jarayonlarini bajarish uchun maxsus texnik vosi-talar yaratishga ehtiyoj sezildi.

Tarixda birinchi hisoblash texnikasining yaratilishi fransuz filosofi, yozuvchisi, matematigi va fizigi Blez Paskal nomi bilan bog’langan. U 1641 yilda qo’shish va ayirish amallarini bajaradigan mexanik hisoblagichni yaratdi.

1673 yilda mashhur nemis olimi Gorfrid Leybnis to’rt arifmetik amalni bajaradigan hisoblash mashinasini qurdi. G.Leybnis yaratgan mashinaning asosiy mexanizmlari XX asrning o’rtalarigacha ham ba’zi bir mashinalarda qo’llanilib kelindi.

Leybnis yaratgan mashina turiga, ko’paytirish amalni ko’p martalab qo’shish, bo’lish amalini ko’p martalab ayirish kabi bajaradigan barcha mashinalarni, shu jumladan birinchi EHM larini kiritish mumkin. Bu mashinalarning eng asosiy xususiyati insonlarga nisbatan hisoblashlarni juda yuqori aniqlikda va tezlikda amalga oshirishdan iborat edi. Bu mashinalarning yaratilishi insonlarning intellektual faoliyatini mexanizasiyalashtirish mumkinligini namoyish qildi.

Hisoblash mashinalarini yaratish va ularni mukammaltirish fan- texnikaning asosiy muammolaridan biriga aylandi.

Birinchi hisoblash mashinalarining paydo bo’lishi va ularga bo’lgan talabning oshishi, ularni yaratilish texnologiyasini mukammaltirish ishla-rini tezlatib yubordi.

1821 yil Tomas degan konstruktor hisoblash vosita-larini ko’plab ishlab chiqarishni yo’lga qo’ydi va bu asboblar arifmometrlar deb atala boshlandi.

Arifmometrlar boshqa mashinalarga nisbatan yuqori hisoblash tezligiga ega bo’lib, ikkita sakkiz raqamli sonlarni 18 sekundda ko’paytirish imkoniga ega bo’lgan.

XX asrda ko’plab hisoblash vositalari yaratildi, ularning ishonchliligi, hisoblash aniqligi va tezligi, ular bilan muloqot qilish imkoniyatlari oshirildi.

Hisoblash mashinalarini mukammallashtirishda va yaratishda rus olimlarining ham xizmatlari beqiyosdir. XVIII asr oxirlarida Ye.Yakobsonning mashinasi tayyorlandi, 1828 yilda F.M.Slobodskiy hisoblash vositasini yaratdi, 1846 yilda Kummer, P.L.Chebishev mashinalari yaratildi. Peterburglik injener V.Odner tomonidan yaratilgan tishli arifmometr hisoblash texnikasining rivojlanishida muhim rol o’ynadi.

1873 yildan boshlab ishlab chiqarila boshlangan bunday asboblar, shunchalik mukammal tuzilishga ega bo’lib, ko’p yillar davomida o’zgarishsiz qo’llanib kelindi.

Bunday hisoblash mashinalari insonlarning hisoblash ishlarini yengillashtirishi bilan birga, ularsiz mashina hisoblash ishlarini bajara olmas ham edi.

XIX asrning boshlarida ingliz matematigi Charlz Bebbdj prinsipial yangi turdagi hisoblash mashinasining asosini yaratdi va uning asosiy holatlari (xususiyatlari)ni bayon qilib berdi:

1. Mashina raqamli axborotlarni saqlash uchun “ombor”ga ega bo’lishi kerak (hozirgi kompyuterlarda bu xotira qurilmasi).

2. Mashinada “ombor”dan olingan sonlar ustida amallar bajaruvchi qurilma mavjud bo’lishi kerak (Zamonaviy kompyuterlarda bu arifmetik qurilma hisoblanadi).

3. Mashinada amallarning bajarilishi ketma-ketligini boshqaruvchi qurilma, ya’ni boshqarish qurilmasi bo’lishi kerak.

Mashinada boshlang’ich ma’lumotlarni kiritish va hosil bo’lgan natijalarni chiqaruvchi qurilmalari, ya’ni kiritish – chiqarish qurilmalari mavjud. Bundan 150 yil ilgari surilgan bu g’oyalarni XIX asrda ro’yobga chiqarib bo’lmagan bo’lsada, lekin zamonaviy kompyuterlarda bularning barchasi o’z aksini topgan. Bebbedj mexanik arifmometrlar asosida shunday turdagi mashinalarni yaratishga harakat qilgan. Lekin mexanizmlarning yo’qligi va juda qimmatligi tufayli bu ishni oxiriga yetkaza olmadi.

XX asrning 40-50 yillarida elektronika, avtomatika va matematik mantiq sohasida juda katta yutuqlarga erishildi, ya’ni birinchi elektron hisoblash mashinalari yaratildi.

1944 yilda amerikalik fizik G.Ayken loyihasi asosida avtomatik hisoblash mashinasi Mark-1 ni yaratish bo’yicha ishlar tugallandi. Bu mashinada asosan elektron mexanizmlardan foydalanilgan. Katta hajmga va og’irlikka ega bo’lgan bu mashina bor yo’g’i 10 ta arifmometr kuchiga ega edi. Ishlash tezligining va imkoniyat darajasining pastligi tufayli bu mashinadan amaliyotda foydalanish mumkin bo’lmadi.

Releli mashinalarning ishlash tezligining pastligi tufayli ular hisoblash ishlashlarini avtomatlashtirish ishida unchalik muhim o’rinni egallamadi. Lekin faqatgina elektronika hisoblash texnikasiga, oldingi yaratilgan elementlarga nisbatan juda yuqori tezlikda sifatli ishlash imkoniyatini yaratdi. Elektron sxemalar asosida yaratilgan hisoblash mashinalari, hisoblash texnikasini yaratishda yangi yo’nalishlarni ochib berdi. Bu mashinalar elektron hisoblash mashinalari (EHM) deb atala boshlandi.

1946 yilning boshlarida Amerika Qo’shma Shtatlarida, asosiy elementi elektron lampalardan iborat bo’lgan, dunyoda birinchi elektron hisoblash mashinasi namoyish qilindi. Bu mashina ENIAK deb nomlanib, ikkita o’n raqamli sonlarning ko’paytmasini 0,0028 sekundda bajarish tezligiga ega edi.

ENIAKning yaratilishi hisoblash texnikasini rivojlantirish bo’yicha izlanish va va imkoniyatlar uchun yo’l ochib berdi.

Elektron hisoblash texnikasining rivojlanishida amerikalik mashhur matematik Jon fon Neymanning xizmatlari juda katta bo’ldi. Neyman tomonidan bildirilgan, sonlarni ifodalashda ikkilik sanoq sistemasidan foydalanish va foydalanilayotgan axborotlarni saqlash kabi g’oyalar hozirgi zamon hisoblash mashinalarida o’zining amaliy aksini topgan. 1949 yilda Angliyada Jon fon Neyman prinsiplari asosida elektron hisoblash mashinasi –EDSAK yaratildi va amaliyotda qo’llanildi.

Birinchi sovet EHMi 1950 yilda akademik S.A.Lebedev rahbarligida yaratildi.

U MESM (kichik elektron hisoblash mashinasi) deb ataldi. Bir yildan keyin S.A.Lebedev rahbarligida BESM (katta elektron hisoblash mashinasi) yaratildi.

EHM avlodlari. EHM larning rivojlanish tarixini o’rganishda ular bir nechta avlodlarga bo’linadi.

50-yillarda ishlab chiqarilgan birinchi EHMlar birinchi avlod mashinalari hisoblanadi. Ularning asosini elektron lampalar tashkil qilgan bo’lib, ishlash tezligi va ishonchliligi juda past bo’lgan.

1955 yildan boshlab, ikkinchi avlod EHMlari paydo bo’ldi. Ularda elektron lampalarning o’rniga – yarim o’tkazgichlar – tranzistorlar qo’llanilgan. EHMlari hajm jihatidan kichiklashgan, ularga kam miqdorda elektroenergiya kerak edi. Ularning ishlash tezligi esa katta bo’lib, sekundiga bir necha o’n ming amalni bajarar edi. Ana shu davrdan boshlab hisoblash mashinalarida dasturlash tillaridan foydalanila boshlandi.

Bir necha vaqt o’tgandan keyin elektron sanoati integral sxemalar ishlab chiqara boshladi. Integral sxemalar- bu uncha katta bo’lmagan yarim o’tkazgichli kristallar bo’lib, ular bir necha yuzlab tranzistorlardan tuzilgan. Integral sxemalardan iborat EHMlari uchinchi avlod mashinalari hisoblanadi. Bu EHM katta xotiraga va yuqori ishlash tezligiga ega bo’lib, sekundiga bir necha milliongacha amalni bajaradi.

Zamonaviy kompyuterlar – bular to’rtinchi avlod EHMlari hisoblanadi.

Ular 70-yillarning boshlarida yaratilgan. Ularning asosiy elementlari mikroprosessor va katta integral sxemalar (KIS) hisoblanadi. KISlar ham yarim o’tkazgichli kristallar bo’lib, bir necha yuz ming tranzis-torlardan tuzilgan.

Mikroprosessorlarning yaratilishi - informatika fanidagi buyuk o’zgarishlardan biri hisoblanadi. Uning natijasi sifatida shaxsiy kompyuterlar paydo bo’ldi. Bu kompyuterlar o’zining xotirasining hajmi va ishlash tezligi jihatidan bir necha minglab birinchi avlod mashinalariga teng keladi.

Yuqorida keltirilgan to’rt avlod EHMlari bir-biridan keskin farq qiladi, lekin hammasida ham bir xil kamchilik mavjud. Bu kompyuterlarda ishlash uchun, ya’ni kerakli masalalarni yechish uchun, maxsus tildan foydalanish kerak bo’ladi, aks holda kompyuter bilan muloqot qilib bo’lmaydi. Buning uchun yechiladigan masala biror dasturlash tilida yozilgan bo’lishi kerak.

Hozirgi vaqtda ko’plab mamlakatlarda beshinchi avlod EHMlarni yaratishga harakat qilinayapdi. Bu kompyuterlar inson tilini tushunadigan, tasvirlarni o’radigan bo’lishi kerak. Bunday kompyuterlar paydo bo’lgan paytda, yechiladigan masalalar tabiiy so’zlar orqali ifoda qilinadi, dastur tuzish va uni yechishni kompyuter o’zi bajaradi.

Hozirgi kunda kompyuterlarning imkoniyati kun sayin benihoya kengayib bormoqda. Ular barcha sohalarda: qishloq xo’jaligida, xalq xo’jaligida, sanoatda, ishlab chiqarishda, fan va texnikada, boshqarishda, o’quv dargohlarida va hokazolarda keng qo’llanilmoqda. Kompyuterlar orqali buxgalteriya hisoblari bajarilmoqda, bank faoliyati va ishlab chiqa-rish sistemalari boshqarilmoqda, hujjatlar chiroyli qilib chop etilmoqda, rasm va multfilmlar yaratilmoqda, musiqa yaratilib, ijro etilmoqda, banklararo aloqalar elektron pochtalar yordamida amalga oshirilmoqda, turli xil o’yinlar o’rnatilmoqda, turli predmetlar va chet tillari o’rganilmoqda va h.k. Kompyuter degani inglizcha “computer” so’zidan olingan bo’lib, “hisoblagich” degan ma’noni anglatadi.

Kompyuterlarning eng ko’p tarqalgan turlari quyidagilardan iborat:

Katta EHM – bu kompyuterlar katta hajmdagi axborotlarni qayta ishlash uchun mo’ljallangan bo’lib, o’zining ishonchliligi, yuqori ishlash tezligiga ega ekanligi bilan boshqa kompyuterlardan ajralib turadi. Ular asosan yirik korxonalarda, xalqaro miqyosdagi banklarda, davlat tashkilotlarida va boshqa joylarda ishlatiladi.

Ularga minglab displey va klaviaturalarni ham ulash mumkin.

Super EHM – bu kompyuterlar katta hajmdagi hisoblashlarga ega bo’lgan masalalarni yechish uchun mo’ljallangan. Ular asosan mudofa ishlarida, meteorologiya sohasida, geologiyada, astrologiya sohasida va hokazolarda ishlatiladi.

Mini EHM – bu kompyuterlar ham ma’lum bir sohaga tegishli masalalarni yechish uchun mo’ljallangan. Ular asosan davlat tashkilotlarida oliy o’quv yurtlarida, ma’lumotlarni qayta ishlash markazlarida qo’llaniladi. Ularga o’nlab, yuzlab displey va klaviaturalarni yoki shaxsiy kompyuterlarni qo’shish mumkin.

Shaxsiy kompyuterlar – bu kompyuterlar unchalik katta bo’lmagan hajmga va og’irlikka ega bo’lib, bitta kishi ishlashi uchun mo’jallangan. Shaxsiy kompyuterga qo’shimcha vosita sifatida: modem, faks-modem, multimedia vositalari, telefon, lokal va global tarmoq vositalarini va boshqa qurilmalarni ulash mumkin.

Hozirgi kunda IBM PC va Pentium turidagi kompyuterlar eng ko’p tarqalgan shaxsiy kompyuterlar hisoblanadi.

Cho’ntak kompyuterlari – bu kompyuter kichik hajmga va og’irlikka ega bo’lib, oddiy batareykalarda ishlashga mo’ljallangan. Ularda qattiq disk, disk yurituvchi yo’q bo’lib, minityur ko’rinishdagi klaviaturadan ma’lumotlarni kiritish uchun foydalaniladi.

Hozirgi vaqtda eng ko’p ishlab chiqarilayotgan va amaliyotga qo’llanilayotgan zamonaviy kompyuterlar shaxsiy kompyuterlar hisoblanadi.

Zamonaviy kompyuterlar asosan quyidagi asosiy qurilmalardan iborat bo’ladi:

1. Sistemali blok.

2. Monitor

3. Klaviatura

4. Sichqoncha.

1. Sistemali blok. Sistemali blok kompyuterning eng asosiy qurilmasi bo’lib, quyidagilarni o’ ichigga oladi:

- mikroprosessor – ko’p hollarda prosessor deb yuritiladi. U hisoblashlarni bajaradi va kompyuter ishini boshqaradi;

- xotira – ma’lumotlarni va hisoblash natijalarini saqlash uchun ishlatiladi;

- kiritish chiqarishni nazoratchilar – bu qurilma displey, magnit disklar, sichqoncha va boshqa qurilmalar ishini nazorat qiladi;

- kiritish-chiqarish portlari – kompyuter va tashqi quril-malar orasida ma’lumotlarni almashtirib turish uchun ishlatiladi;

- vinchester (qattiq magnit disk) – ma’lumotlarni doimiy saqlash uchun ishlatiladi;

- yupqa magnit disklar (disketlar)- ma’lumotlarni doimiy saqlash hamda ularni bir kompyuterdan boshqa kompyuterga o’tkazish uchun ishlatiladi.

Disketlarga vinchesterga nisbatan ancha kam miqdordagi axborotlar joylashadi.

Mikroprosessor. Mikroprosessor shaxsiy kompyuterlarning asosiy qurilmasi hisoblanadi. Bu qurilma asosiy “intelektual” ishlarni bajaradi, arifmetik va mantiqiy hisoblashlarni bajaradi. Shu bilan birga kompyuter ishini nazorat qilib boradi.

IBM PC va Pentium kompyuterlarida asosan Intel Corporation of Santa Klara firmasi tomonidan yaratilgan mikroprosessorlardan foydalaniladi.

Ular zamonaviyligiga qarab, quyidagi turlarga bo’linadi: 086; 286;386; 486; Pentium P5, Pentium-Pro-P6, Pentium-II, Pentium-III, Pentium-IV va h.k.

Bu raqamlar Intel firmasi prosessorlarining nomini bildiradi. Raqamlarga qarab prosessorlarning quvvatini ham aniqlash mumkin.

Bundan tashqari “Epil (Apple) firmasi ham “Makintosh (Macintosh)” turidagi kompyuterlar ishlab chiqaradi. Bu kompyuterlar qo’shimcha ovoz berish qurilmasiga, mikrofonlar, dinamiklar, modellar bilan jihozlangan. Ayniqsa, hozirgi vaqtda bu firma juda baquvvat makintosh kompyuterlarini ishlab chiqarib, amaliyotga tadbiq etmoqda. Makintosh kompyuterlari IBM kompyuterlariga qaraganda narxini ancha qimmatliligi tufayli unchalik keng tarqalmagan.

Xotira. Kompyuterlarning xotira qurilmasi ichki va tashqi xotira qurilmalariga bo’linadi. Ichki xotira qurilmasi o’z navbatida 2 ga bo’li-nadi: doimiy (ROM) va tezkor xotira (RAM).

Doimiy xotiradan kompyuterning barcha imkoniyatlaridan to’liq foydalanish uchun ishlatiladigan dasturlar majmuasini doimiy saqlab turish uchun foydalaniladi. Doimiy xotirada saqlanayotgan ma’lumotlarni o’zgartirib bo’lmaydi.

Tezkor xotira (RAM) kompyuterning eng muhim elementlaridan biri bo’lib, ma’lumotlarni ma’lum vaqtga saqlab turish uchun ishlatiladi. Tezkor xotirada saqlanayotgan ma’lumotlar kompyuter o’chirilganda o’chib ketadi. Tezkor xotirada hisoblashlar juda tez bajariladi.

Kompyuterlarning imkoniyati tezkor xotiraning hajmi bilan belgilanadi.

Texkor xotiraning hajmi qancha katta bo’lsa, kompyuterning imkoniyati ham shunchalik yuqori bo’ladi. Zamonaviy kompyuterlar odatda 16 va 32 Mbayt hajmga ega bo’lgan tezkor xotira bilan ishlab chiqilmoqda.

Tashqi xotira qurilmasi ham ma’lumotlarni doimiy saqlash uchn ishlatiladi.

Tashqi xotira qurilmasi sifatida qattiq disk (HDD) va yupqa magnit disklar ishlatiladi.

Qattiq disk (HDD). Qattiq disklar (vinchester) kompyuter bilan ishlash jarayonida foydalaniladigan ma’lumotlarni doimiy saqlash uchun ishlatiladi. Bu ma’lumotlar operasion sistema dasturlari, ko’p qo’lla-niladigan amaliy dasturlar majmuasi, hujjatlar muharriri, dasturlash tillari translyatorlari va hokazolardan iborat bo’lishi mumkin. Qattiq disklar boshqa xotira qurilmalaridan ishonchliligi; hajmining kattaligi va axborotlarni o’qish tezligining yuqoriligi bilan farq qiladi.

Hozirgi vaqtda kompyuterlar 800 Mbaytdan 2,2 Gbaytgacha va undan ham kattaroq hajmga ega bo’lgan disklar bilan ta’minlanmoqda.

2. Monitor. Monitor (displey) ekranga sonli, matnli va grafik ma’lumotlarni chiqarish uchun ishlatiladi. Monitor oq-qora va rangli bo’lishi mumkin. Ular rangi va ekranining o’lchovi bilan bir-biridan farq qiladi. Monitor matnli va grafik tartibida ishlashi mumkin.

Matnli tartibida monitor ekrani 25 satr va har bir satrda 80 ta o’ringa ajratiladi.

Jami o’rinlar soni ixtiyoriy belgini yoki harfni hosil qilish mumkin. Matnli tartibda barcha amallar tez bajariladi.

Grafik tartibda ekranda alohida nuqtalardan iborat bo’lgan tasvirlar oq-qora yoki rangli ko’rinishda ifodalanadi. Grafik tartibida ekranda matnlarni, rasmlarni, grafiklarni va hokazolarni hosil qilish mumkin.

Hozirgi kunda eng ko’p tarqalgan quyidagi rangli monitorlar ishlatiladi:

• EGA – ekranda gorizontal bo’yicha 640 nuqta va vertikal bo’yicha 350 nuqta hosil qiladi;
• VGA – gorizontal bo’yicha 640 nuqta va vertikal bo’icha 480 nuqta;
• SVGA – 640x480, 800x600, 1024x768 ta nuqta hosil qiladi.
• LCD –

3. Klaviatura. Klaviatura ma’lumotlarni kiritish va kompyuter ishini boshqarish uchun ishlatiladi. Kompyuterlar odatda 101 tugmachali standart klaviatura bilan ta’minlanadi. Klaviaturani shartli ravishda 4 guruh klavish (tugmacha)lariga bo’lish mumkin:

1. Harfli –raqamli va belgili tugmachalar. (bo’shliq, 0-9 raqamlari, lotin harflari, ruscha harflar, +,-,*,/ maxsus belgilar va boshqalar).

2. Funksional tushmachalar: F1, F2, … , F10.

3. Xizmatchi tugmachalar: Enter, Esc, Tab, kursorni boshqarish tugmachalari Shift, Ctrl, Alt, PgUp, PgDn, Home, End va boshqalar.

4. Klaviaturaning yordamchi (o’ng klaviatura) tugmachalari.

Sichqoncha. Sichqoncha zamonaviy kompyuterlarning ajralmas qismi bo’lib qoldi. Ular kompyuterda ishlashni va uning ishini boshqarishni ancha yengillashtiradi.

Zamonaviy operasion sistemalar muhiti va DOS ning ko’plab dasturlari bilan ishlash uchun sichqonchadan keng foydalaniladi. Sichqoncha ikkita yoki uchta tugmacha bilan ta’minlangan bo’ladi. Sichqonchaning ostida turli yo’nalishlar bo’yicha harkatlantirish uchun sharikcha qo’llaniladi. Sichqonchani stol ustida harakatlantirganda unga mos ravishda ekranda sichqoncha ko’rsatkichi (strelka) harakat qiladi. Agar kerakli biror amalni bajarish kerak bo’lsa, sichqoncha ko’rsatkichi kerakli joyga keltiriladi va u yoki bu tugmachasi bosiladi.