Педагогикалық озат тәжірибедегі зерттеу және пайдалану жолдары

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ................................................................................................................... 3

І тарау. 1. Есептеуiш техниканың қысқаша даму тарихы……………………….. 

1.1. Компьютер жұмысының принципi..................................................................

1.2. Дербес компьютер архитектурасы…………………………………………...

1.3. Жүйелiк блок…………………………………………………………………..

ІІ тарау. 2. Компьютерлiк жүйелердiң құрылымдық ұйымдастырылуы………..

2.1. Процессор………………………………………………………………………

2.2. Микропроцессорлар…………………………………………………………...

2.3. Командалар жүйесiнiң архитектурасы……………………………………….

2.4. CISC және RISC процессорларының классификациясы……………………

2.5. Дербес компьютер шиналары…………………………………………………

2.6. Аналық тақшалардың негiзгi шиналық интерфейстерi……………………..

2.7. Жады……………………………………………………………………………

2.8. Қатты диск геометриясы………………………………………………………

2.9.Сыртқы қатты диск……………………………………………………………

2.10.Оптикалық дискілерді жинақтауыш…………………………………………

ІIІ тарау. 3. Енгiзу және шығару құрылымдары …………………………………

3.1. Монитор………………………………………………………………………..

3.2. Бейнеадаптер………………………………………………………………….

3.3. Пернетақта…………………………………………………………………….

3.4. Тінтуір..........…………………………………………………………………..

3.5. Принтер………………………………………………………………………..

3.6. Сканер………………………………………………………………………….

3.7. Модем …………………………………………………………………………

 

ҚОРЫТЫНДЫ...........................................................................................30

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

 «Компьютер» сөзі  ағылшын тілінен аударғанда «есептеуіш»,  яғни есептеуге арналған құрылғы дегенді білдіреді. Компьютерлер есептеу операцияларының күрделі қатарларын адамның қатысуынсыз, алдын ала көрсетілген нұсқаулық – бағдарлама бойынша жүргізуге мүмкіндік береді. Есептеуіш техниканың қазіргі тарихының негізі 1943 жылы «Марк-І» машинасының дүниеге келуінен бастап қаланды. Компьютерлердің алдыңғы буындары шамдық есептеуіш машиналар болатын, олардың орнын транзисторлы электронды есептеуіш машиналар (ЭЕМ), содан кейін – интегралды сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ және ең ақырында, қазіргі таңда аса үлкен интеграциялық деңгейлі сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ басты. Қазіргі кезде компьютерлер көмегімен сандық есептеулер жүргізіліп қана қоймайды, баспаға кітаптар әзірленеді, музыка, суреттер, кинофильмдер жасалады, заводтар мен ғарыштық кемелерді басқару жүзеге асырылады және т.б. Қазіргі заманғы компьютер – бұл ақпаратты іздеуге, жинауға, сақтауға, өңдеуге және сандық пішімде пайдалануға арналған құрылғы.  Бүгінде компьютерлердің бесінші буыны ЭЕМ-нің суперкомпьютерлер, мейнфреймдер, серверлер және дербес компьютерлер сияқты негізгі түрлерін ұсынады.  Алғашқы дербес компьютер, яғни жеке пайдалануға арналған компьютерді 1981 жылы IBM фирмасы ұсынды. IBM құрастырушыларының сәтті технологиялық шешімдері мен Microsoft фирмасының бағдарламалық жабдықтары арқасында компьютер жаппай пайдалануға лайықталып, IBM PC стандарты пайда болды1.  
Құрылысы бойынша компьютерлер бірнеше түрлі болады: үстел үстінде тұратын (DeskTop), ұтқыр (NoteBook), қалтаға салуға келетін (Pocket PC), алақанға сыятын (Palm PC) және т.б.  Бүгінгі күні дербес компьютерлер (ДК) көпшілік арасында кең тарады. Дербес компьютерлердің осылай аталу себебі — ол бір-ақ адам жұмыс істеуге арналған. Дербес компьютерлердің түрлері өте көп, бірақ олардың құрылысында ұқсастық та бар. Бұл тарауда біз дербес компьютер қандай құрылғылардан тұратынын, яғни дербес ЭЕМ-ның архитектурасын және олардың жұмыс істеу принциптерін қарастырамыз.

Кез келген дербес компьютер  бірнеше құрылғылардан (блоктардан) тұрады. Бұл құрылғылардың кейбірі  өте маңызды — бұлар монитор, жүйелік блок пен пернетақта, өйткені компьютер оларсыз жұмыс істемейді. Басқа құрылғылар да пайдалы міндеттер атқарады, бірақ компьютер оларсыз да жұмыс істей алады.

Компьютердің барлық құрылғылары оның артқы тақтасындағы арнайы ажыратып-қосқыштар арқылы байланыстырғыш баулармен (шнур) өзара жалғастырылады .

Компьютердің негізгі  құрылғыларының блок-схемасы 1.2-суретте  көрсетілген. Блок-схемадан көріп отырғандай, дербес компьютердің процессоры мен  жедел жадынан басқалары оның сыртқы құрылғылары болып табылады. Олар: монитор, пернетақта, принтер, маус, модем т.б.

 

І тарау. 1. Есептеуiш техниканың қысқаша даму тарихы

1.1. Компьютер  жұмысының принципі

 
Компьютер информацияны арнайы құрылған программалар арқылы ғана өңдей алады. Жалпы, оның орындайтын негізгі жұмысы – информацияны енгізу, оны өңдеу, өңделген информацияны сыртқа шығару, сақтау. Программаны пайдаланып жұмыс істейтін ЭЕМ-дердің көпшілігінің құрылымы Американың кибернетика ғалымы Дж. Фон Нейманның еңбектерінде 1945 жылы жарық көрді. Төмендегі принциппен жұмыс істеу машинаның Нейман принципімен жұмыс істеу принципі делінеді.

Фон Нейман принциптері:

Фон Нейман машинасының  негізгі блоктары: басқару блогы, арифметикалық-логикалық құрылғы, жад  және енгізу – шығару құрылғылары;

Информация екілік жүйе бойынша  кодталады және сөз деп аталатын бірліктерге бөлінеді (екілік жүйе, сөз жөнінде келесі тақырыптарда түсініктеме берілген);

Алгоритм команда деп аталатын басқару қызметші сөздерінің тізбектерінен тұрады. Алгоритм құрайтын командалар жиынтығы программа деп аталады;

Программа мен деректер бір жадта  сақталады. Түрлі типті сөздер кодтау жолымен емес, пайдалану жолымен  ажыратылады; Басқару құрылғысы  мен арифметикалық құрылғы бір  құрылғыға біріктіріледі, оны орталық процессор деп атайды. Олар кезекпенен жадтан оқылған командаларды ашып, сәйкес түрде бір мәнді етіп орындайды. Информация машинаға оның жады (не ішкі жад, жылдам жаd) деп аталатын құрылғысына екілік жүйеде кодталған (шифрланған) күйде енгізіледі. Компьютер үшін пайдаланылатын код – 0 мен 1-ден тұратын тізбек. 0 мен 1 – екілік санау жүйесінің цифрлары. Информатикада код түзетін мұндай цифрлар бит деп аталады.Екілік санау жүйсінің сандары ондық сандар сияқты бір разрядты, екі разрядты не көп разрядты болып келуі мүмкін. Үшінші және одан жоғарғы буындық компьютерлерде бір символды кодтау үшін сегіз разрядты екілік код пайдаланылады. Мұның компьютер жадына жіберілу жүйесі мынадай: код жадқа берілгендер шинасы деп аталатын көптеген өткізгіш бойымен электр сигналдары арқылы жіберіледі де, жадтың электрондық схемалары қабылдайтын жоғарғы деңгейлі кернеу 1 арқылы, төменгі деңгейлі кернеу 0 арқылы кодталады.Жадта бір биттен тұратын информацияны сақтайтын электрондық қарапайым құрылғыны триггер деп атайды (Триггер – екі тұрақты қалыпты күйде болатын электронды логикалық схема. Онда кернеудің бар екені 1 санының, жоқ екені 0 санының ұғымына сәйкес келеді). Жад құрамы триггерлерден басқа вентильдерден де тұрады. Вентиль құрылымы едәуір күрделі, ол қарапайым арифметикалық және логикалық операциялар үшін пайдаланылады.Есептеуіш техникада информацияның өлшем бірлігі үшін бит және байт алынған. Байт – 8 биттен тұратын тізбек, бір символды белгілейтін код. Іс жүзінде байттан үлкен килобайт, мегабайт, гигабайт өлшемдері де пайдаланылады. Килобайт, мегабайт өлшемдерінің шамалары мынадай: жазу машинкасында терілген бір беттік құжат көлемі 2 Кбайттан сәл көптеу, ал осындай 500 беттік кітапқа енгізілген құжат көлемі шамамен 1 Мбайт. Компьютердің жұмыс істеуі үшін оны түрлі программалармен жабдықтау қажет. Машина түсіне алатын (Бейсик, Паскаль,т.б.) тілдердің бірінде сөз тіркесіп, құрылысын сақтап дайындалған, өзінше бір тиянақты нәтиже беретін реттелген нұсқаулар тізбегін программа деп атайды. Программалардың екі түрі бар. Біріншісі машина жұмысын басқаруға арналған, оларды жүйелік программалар не операциялық жүйе деп атайды. Екіншісі – информацияны өңдеп, нәтиже алу үшін пайдаланушылардың дайындаған програмалары. Оларды қолданбалы программалар деп атайды.

 

                   1.2. Компьютердің құрамына кіретін негізгі құрылғылар

 

 

          1.2.-сурет Компьютердің құрамына  кіретін негізгі құрылғылар

Компьютердің құрамына кіретін негізгі құрылғылар – бұл бір ғана аспап емес, сыртқы және ішкі, негізгі және қосымша түрлі құрылғылардың жиынтығы (1.2-сурет). IBM PC негізгі құрылғыларына жүйелік қорап, монитор, пернетақта, тінтуір жатады. 
Қосымша немесе шеткері құрылғыларды бірнеше топқа бөліп қарастыруға болады: 
- ақпаратты енгізу құрылғылары (мәтіналғы (сканер), дигитайзер, сандық фотокамера, сызбалық планшет); 
- ақпаратты шығару құрылғылары (басып шығарғыш (принтер), плоттер); 
- енгізу және шығару қызметтерін бірге атқаратын құрылғылар (модем, дыбыстық бейімдеуіш, желілік бейімдеуіш).  
Жүйелік қорап компьютердің негізгі тораптарын қамтиды1: 
- жүйелік (аналық) тақша*; 
- процессор*; 
- оперативті жады*; 
- тұрғылықты диск*; 
- алмалы дискілермен жұмыс істеуге арналған диск жетегі; 
- CD және DVD диск жетектері; 
- бейнесызбалық бейімдеуіш; 
- дыбыстауыш (дыбыстық бейімдеуіш); 
- желілік тақша; 
- енгізу-шығару порттары (ажыратқыштар)*; 
- қоректендіру блогы*. Дербес компьютер архитектурасы. Дербес компьютерлер тұмыстық, оқу жүйесіне арналған және кәсіби деп аталатын үш түрге бөлінеді. Тұрмыстық компьютерлер – компьютерлердің қарапайым түрлері. Олардың жадтарының сыйымдылығы үлкен емес, орындайтын іс-әрекеттері де шамалы болатын.  80-жылдардың бас кезінен бастап 90-жылдардың бас кезіне дейін оқу орындарында информатика мен есептеуіш техника негіздері пәнін оқып-үйрену үшін жад көлемі 64, 128 Кбайт шамасындағы Корвет, Ямаха, т.б. оқулық компьютерлер пайдаланылып келді. Халық шаруашылығының түрлі салаларында пайдалануға болатын, қазіргі кезде оқу орындары толық қамтамасыз етілген, жұмыс істеу мүмкіндігі жоғары және әрекет жылдамдығы үлкен дербес компьютерлер әмбебап не кәсіби дербес компьютерлер деп аталады. Мұндай машиналарды және олардың негізгі құрылғысы – процессорларды шығарумен алғашқы рет дүние жүзінде Apple, IBM, Intel, т.б. фирмалар айналысқан болатын. Дербес компьютердің негізгі құрылғылары классикалық Нейман архитектурасына негізделген:                                                                                                          жүйелік блок (микропроцессор, жады, қоректену блогы, енгізу/шығару порттары, сағат таймер);                                                                                        пернетақта;                                                                                                                 монитор;                                                                                                                        принтер;                                                                                                                              магниттік дискіде жинақтауыш (дискжетек, CD-ROM).                                     Енгізу және шығару порттары компьютердің сыртқы баспа, модем сияқты құрылғылармен жалғастыру үшін арналған. Порттар жалпы мақсаттық параллель және асинхронды тізбекті болып екі түрге бөлінеді. Олардың сәйкес түрде белгіленуі: LPT1–LPT3, COM1–COM3. Таймер – кәдімгі сағат рөлін атқаратын интегралдық схема. Оның қызметінің бірі – монитор экранында кескіндерді қалпына келтірудің уақытша аралықтарын беру, яғни синхрондау, т.б. Информацияны жазу және сақтау компьютердің жеке дискілерінде не қатты магниттік дискіде орындалады. Жазу құрылғыларын дискжетек не дискі жүргізуші деп, жинақты дискілерге жазатын не олардан оқитын құрылғыны CD-ROM деп атайды. Винчестер компьютердің ішіне орналастырылған дискжетекке бекітіліп қойылған, сондықтан ол дискжетектен алынып-салынбайды. Дербес компьютерлердің құрамында бұларға қоса тышқан құрылғысы да бар. Тышқан – көрсеткіші (курсоры) екі не үш түймесі бар, компьютерге электр өткізгіш сым арқылы жалғастырылатын төртбұрышты кішкене пластмассалық қорап. Магниттік дискіде жинақтауыш – информацияны қатты дискіге немесе иілгіш магниттік дискіге жазу не онда жазылған информацияны машина жадына енгізу құрылғылары. Компьютер құрамында сызбаны қағазға басып шығару, суреттерді және графикалық информацияны компьютерге енгізу, компьютерді бір-бірімен телефон жүйесі арқылы жалғастыру құрылғыларының болуы да мүмкін. Пернетақта арқылы компьютер жадына берілген түрлі программа, мәтіндер және т.б. енгізіледі. Жады оларды және өңдеу кезіндегі аралық мәндер мен өңдеу нәтижесін уақытша сақтап тұрады. Монитор жүйелік блоктан келген информацияны электрондық экран бетіне, ал принтер оны қағазға басып шығарады. Монитор құрылғысын дисплей деп, ал оны пернетақтамен бірге терминал деп те атайды.  Дербес компьютердің жұмысын басқарушы операциялық жүйенің түрлері көп. Олардың ішінде IBM PC компьютерлерінде пайдаланылатын жүйелердің бірін MS DOS деп атайды. Олардан кейін MS WINDOWS атаулы операциялық жүйе жарыққа шықты. Компьютермен жұмыс істеуді жеңілдету үшін бұл операциялық жүйеде тышқан құрылғысы пайдаланылады.

1.3 Жүйелік  блок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2- сурет Жүйелік блок

 

Жүйелік блок – процессор, жады, адаптер, жүйелік шина, таймер, қоректену блогы мен енгізу және шығару порттары орналастырылған компьютердің негізгі бөлімі. Олар орналастырылатын тақшаны аналық тақша не жүйелік тақша деп атайды. Жүйелік блоктың ішінде орналасқан құрылғылар компьютердің ішкі құрылғылары деп,ал басқалары (пернетақта, монитор, принтер, ..) сыртқы құрылғылар деп аталады. Пернетақтаны енгізу құрылғысы деп, монитор мен принтерді шығару құрылғылары деп те атайды. Енгізу және шығару құрылғылары мен процессор арасында алмастырылатын информация алмасу алдында адаптер деп аталатын осы құрылғылардың жұмысын үйлестіруші интегралдық схемаға келіп түседі. Адаптердің жұмысына мысал: екілік кодтарды жадтан мониторға жіберу кезінде сәйкес адаптер алдымен оларды түрлі символдарға аударатын сигналдарға айналдырады; кез келген пернені басып, қоя берген кезде пернетақта сәйкес екілік кодтың сигналдарын процессорға, жадыға бірінен соң бірін ретімен жібере бастайды. Бұл кодты алдымен пернетақта адаптері қабылдайды да, оны процессор жұмыс істей алатын параллель кодқа айналдырады. Адаптерлердің өздері қабылдаған ағымдық команданы не деректерді жазып қоятын ұяшықтары бар. Оларды порт регистрлері деп атайды. Адаптерлер процессор, жады және басқа құрылғылармен жүйелік шина немесе магистраль деп аталатын көп қабатты платаның ток өткізгіш желісі арқылы байланыстырылып қойылған. Байланыстыру шинаға дәнекерленіп қосылған порттар деп аталатын ажыратып қосқыштар арқылы орындалады. Шина үш бөлімді: адрестік, берілгендер және басқару шинасы. Адрестік шина арқылы информация жазылатын ұяшықтың адресі жіберіледі. Берілгендер шинасы арқылы информация, ал басқару шинасы арқылы «Информацияны жазу», «Информацияны оқу» сияқты түрлі командалар жіберіледі. Құрылғыларды бір-бірімен байланыстыратын жүйелер мен сигналдарды, пайдаланушы адам мен компьютердің қарым-қатынасын, техникалық, программалық құралдар жиынтығын және техникалық өзара келісімдерді интерфейс деп атайды. Мысалы, адаптерлер, жүйелік шина және құрылғылардың әрекеттерін байланыстыру – интерфейстер. Компьютердің ішкі және сыртқы құрылғыларының арасында мәліметтерді алмастыру драйверлер деп аталатын арнайы программалар арқылы орындалады. Әр сыртқы құрылғының өз жұмысын басқаратын арнайы программасы (драйвері) бар.

 

II тарау. 2. Компьютерлік жүйелердің құрылымдық ұйымдастырылуы

 

Қарапайым компьютерлер процессорлар, жады және енгізу-шығару құрылғыларынан құралады. Процессор  мәліметтерді өңдеуге арналады. Енгізу құрылғылары ақпаратты тасушылардан мәліметтерді оқу және оларды жадыға немесе процессорларға тасымалдау үшін арналған. Шығару құрылғылары өңделген мәліметтерді қайтарумен тығыз байланысты болып келеді. Ал жады мәліметтер мен командалардың сақталуын қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта компьютерлік жүйелердің әр түрлі архитектурасы болады. Бірақ олардың бәрінің де құрылымында қарастырылған элементтері болу керек және олар міндетті түрде компьютерлік жүйелердің функцияларының негізгі қағидаттарын қолданады. Ол қағидаттарға келесілерді жатқызуға болады: модульдік принципі, магистральдік, микропрограммалық. Модульдік – модульдер негізінде компьютерлерді құрастыру әдісі. Модул дегеніміз стандартты түрде жасалған конструктивті және функционалды түрде аяқталған электронды блок. Магистральдік дегеніміз – бұл әр түрлі компьютерлік модульдердің біріктірілуі. Бұл жерде кіріс және шығыс модуль құрылғылары бір сыммен қосылады, осылардың жиынтығы шина деп аталады. Компьютерлер магистралі бірнеше шина топтарынан құралады және олар функционалдық белгі бойынша ажыратылады – шина адресі,мәліметтер шинасы, басқару шинасы. Микропрограммалау дегеніміз – жүйені программалық басқару принципін жүзеге асыру тәсілі. Осы қарастырылған қағидаттар мен электрондық технология жетітіктері 3.1 -суретте көрсетілген жүйе құрылымына алып келеді. Дербес компьютерлердің негізгі аппараты және конструктивті модулі ретінде аналық немесе жүйелік тақша қарастырылады. Компьютерлік жүйе құрылымы келесідей құрылғылармен толықтырылуы мүмкін: сопроцессор, кэш-жады, ҮИҮ перифериялық жинақ (chipset).  Сопроцессор – орталық процессормен келісіп жұмыс істейтін және оған қосымша мүмкіндіктер беретін көмекші процессор. Сопроцессор программалық түрде жүзеге асыратын ақпаратық функцияларды жүзеге асырады. Сопроцессор негігі процессордың командаларының жүйесін кеңейтеді (графикалық, математикалық сопроцессорлар). Кэш-жады – негізгі жадыдан толтырылатын процессорларға жақын арада керек болады деген мәліметтерді сақтау үшін арналған тез әрекет ететін буферлік жады. Чипсет – бұл бір функционалдық жиынтығы бар ҮИҮ. Ал біздің жағдайымызда бұл перифериялық құрылғылармен қамтамасыз етілген ӨҮИҮ. Осы құрылғылардың кейбіреулері контроллер деп те аталады. Жүйелік тақшада орналастырылған жалпыланған құрылғылардың құрылымын келесідей үрдіден көруге болады.

 

2.1. Процессор

 

 

 

2.1.-сурет Процессор

 

 

 

Процессор – компьютерді  басқару құрылғысы. Ол жадыда орналасқан программалар арқылы компьютер жұмысын  автоматты түрде басқарады. Компьютердің жылдамдығы – процессордың бір секөнтте орындай алатын қарапайым операция санымен өлшенеді. Компьютерлік жүйелерде компьютер жұмысының жылдамдығы үшін, оған балама етіп, электрондық схемалардың жұмыс ритмін ұйымдастыратын электр импульстерінің тактілік жиілігі алынған. Импульс көзі – түрлі сигналдар арасындағы үзілістерді ұйымдастырушы микросхемадан тұратын импульс генераторы.

 

2.2.-сурет

 

2.3.-сурет

 

 

 

ОЕСҚ (оперативті есте сақтау құрылғысы). Оның басқаша атауы: RAM –  арифметикалық-логикалық операцияларды  орындау алдында және орындау процесінде деректер мен программалар уақытша сақталатын ішкі жадының негізгі бөлімі, оны жедел жады деп те атайды. ОЕСҚ-ның көлемі адрестік шинаның разрядтығына байланысты. Атап айтқанда, ол 2 санының адрестік шинаның разрядынан тұратын дәрежесі арқылы анықталады.

Жоғарғы жадының құрамында  компьютерді жасап шығарған зауытта DOS-тың бір бөлігі (BIOS) жазылып  қойылған бөлім бар. Оны тұрақты  есте сақтау құрылғысы (ТЕСҚ) деп атайды. Оның көлемі үлкен болмайды. Пайдаланушының ТЕСҚ-ға берілгендерді не өз программасын енгізуі мүмкін емес. Ондағы бейнежады – монитор адаптері (бейнеадаптер) пайдаланатын жады. Жалпы процессор төрт бөлімнен тұрады: арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ), басқару құрылғысы (БҚ), жалпы міндет атқаратын регистрлер және өте жылдам істейтін, аумағы үлкен емес кэш-жады. АЛҚ берілгендермен арифметикалық-логикалық амалдарды орындайды; БҚ-ға жалпы басқару программалары енгізіледі; регистрлерде негізгі жадыдан түсетін аралық мәндер сақталады; кэш-жады қойма сияқты, оған аралық деректер мен командалар келіп түседі. Көп мәліметтерді кэш-жадыдан алу әрекеті процессордың мәліметтерді алуына жеңілдік келтіріп, оның жылдамдығын арттыруға жәрдемдеседі.

Яғни кэш-жады компьютердің жалпы жұмыс өнімділігін арттыруға  арналған. Кэш-жады екі деңгейлі. Біріншісі процессор ішінде, екіншісі процессордан сырт (тақшада) орналастырылады.

 

2.2. Микропроцессорлар

 

 

2.4.-сурет Микропроцессорлар

 

Есптеу техникасының дамуы орталық процессорлардың  жетілдірілуімен бірге жүзеге асады. Процессорлардың жаңа модельдері тек өнімділіктің өте жоғарылылығымен ғана емес, сонымен қатар жаңа мүмкіндіктерімен де ерекшеленеді (жаңа регистрлар, архитектурадағы жаңа компьютерлік жинақтар және жаңа өзгертулер). Процессорлардың жаңа модельдерін жасаушылар қайтарымды сыйымдылық принципіне негізделеді, яғни процессорлардың жаңа моделі қолданыста бар архитектура негізінде жасалады. Дербес компьютерлердің орталық процессорлар нарығында қазіргі уақытта басты орынды Intel фирмасы иеленуде. 1993 жылы Pentium процессоры пайда болды.