Электронды есептеуіш машиналар

 

КІРІСПЕ

      Менің зерттеу жұмысымның зерттеу  обьектісі – электронды есептеу машинасының даму тарихы.

     Зерттеу мақсаты: Электронды есептеуіш машиналарының даму тарихы мен кезеңдерін талдау, дамуына үлес қосқан ғалымдардың еңбектерін қарастыру.

     Осы мақсаттан мындай міндеттер туындайды:

• Зерттеу проблемасы  бойынша теориялық мәселелерді терең оқып үйрену және оларға жан-жақты талдау жасау;
• ЭЕМ дамуы буындарының бір-бірінен ерекшеліктерін ашып көрсету;
• Алдыңғы қатарлы үлес қосқан ғалымдардың іс тәжірибесін талдау және жинақтау

Ғылыми болжам: егер қазіргі есептеуіш машиналар дамуы дәл осындай қарқынмен дамып жүйелі пайдаланса, заман талабына сай дамыған есептеуіш техника уақыт өткен сайын жаңарып, біздің де жаңа технологиямен бірге алға өрлей береріміз сөзсіз.

Зерттеу көздері: Зерттеу проблемасы бойынша философтардың, физик-математик және бағдарламашылардың  еңбектері, интернет беттері, «Информатика негіздері» журналы, оқулықтар, оқу құралдары, сонымен автордың зерттеу жұмысы.

Адамзат баласы дамудың барлық тарихи кезеңдерінде есептеу жұмыстарын жүргізіп отыруға  әрқашан мұқтаж болды. Алғашқы кезеңдерде  қол-аяқ саусақтары секілді қарапайым  құралдар жеткілікті болды. Ғылым мен  техника дамуына байланысты есептеу  жұмыстарының  қажеттілігі артып, оны жеңілдету үшін арнайы құралдар –абак, есепшот, арифмометр, арнаулы  математикалық кестелер шығарыла бастады. ХХ ғасырдың ортасында  информацияны өңдеуді  автоматтандыру ісінің  қажеттілігі электрондық техника  мен  технологияның қарқынды дамуына  себепші боды.

 Электроника  табыстары нәтижесінде  жасалынған  техникалық аспаптар электрондық   есептеуіш машиналар(ЭЕМ) деп  атала бастады.

    Информатика пәні оқушыларға  әлемдік ақпараттық  бейнені қалыптастыру  мен компьютерлік техниканы дамытудың  теориялық негізі болып табылады.

Қазіргі кезде мектептер жаппай компьютерлендіріп  жатыр. Сол себептен  компьютердің тарихын толық білген дұрыс  деп  ойлаймын. Өйткені, компьютердің даму тарихы, тек қана қызықтырып қоймай, оның бізге қанша ғасырлар және қандай ғалымдардың еңбегімен келгенін білеміз.

• Есептерді жерге сызу арқылы есептеу.
• Түйіншектер арқылы түсіндіру.
• ”Абақ” есепшот арқылы есептеу.
• Логарифм сызғышы арқылы есептеу.
• Арифмометр арқылы есептеу.
• Қазіргі ЭЕМ-ді пайдалану.

Күрделілігі  осы шамалас механизмдерді құру үшін, адамзатқа  бір жарым мыңжыл қажет болды.

     1623-жылы Вильгельм Шиккард «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»,1642ж.) және Готфрид Вильгельм өз  машиналарын шығарды.  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 құрамдығы  заттардың санын есептеу қажет  болмайтын. Бұл мақсаттарда қарапайым балансирлік шеккілер қолданылатын, олар массаны анықтауға арналған алғашқы құрылғы болды.

   Эквиваленттік принципі «абак»деп  аталатын құралда да пайдаланылды.Заттарды  санау үшін,бұл құралдағы сүйектерді  қозғау қажет болатын.

 

 

І тарау. Ертедегі есептеу құралдары.

 

Есептеу құрылғылары пайда болмай тұрып  адамдар әртүрлі есептеуді жүргізу  мүмкіндіктерін іздеді.Бұл үшін олар қол саусақтарын, тастарды, ағаш таяқшаларды  пайдаланды. Олар тастарды үйіп немесе қатарлап тізіп есептеулер жүргізді. Заттардың саны жерге сызылған сызықшалармен, ағаш таяқшалардан   жасалған кертіктермен немесе жіптерге түйілген түйіршіктермен есептеледі(түйіншектер мен плакатқа салынған суреттер көрсетіледі).

Бұл санау  құралын  гректер мен Батыс  Еуропалықтар “Абақ” деп, қытайлықтар  “Сунпан”,жапондықтар “Серобян”  деп атаған. Бұл құралдар мен есептеулер оның шұңғыл  тақтада орналасқан тастарды жылжыту арқылы жүргізілген.

 Ең  ерте заманғы және бәрімізге  белгілі есептеу құралдары есепшот  болып табылады. Есепшотың пайда  болған уақытын осы кезге дейін  ешкім айта алмайды. Деректерге  қарағанда есепшоттың жасы 2000-5000 жылдар шамасында, пайда болған  жері ертедегі Қытай немесе  ертедегі Египет, тіпті ежелгі  Греция болуы да мүмкін. Оның  өзгертілген түрі осы күнге  дейін қолданылып келеді. Есепшот  Ресейде XVI-XVII ғасырларда пайда  болған.

XVI ғасырдың  басында Шотландиялық математик  Джон Непер “логарифм” түсінігін  енгізді және өзінің логарифм  кестесін жариялады. Екі  ғасыр  бойы әр елдің оқымыстылары  логарифм функциясының  негізінде  жасалған есептеу құралын жетілдірумен  шұғылданды. Тек 1761 жылы ғана ағылшын Д.Робертсон жүгіртпесі  бар новигациялық есептеулер жүргізуге арналған логарифм сызғышын жасады. Мұндай құрал жасау идеясын 1660-жылдары Исаак Ньютон ұсынған болатын.

Тісті сақиналарды  ойлап табуға байланысты, есептеулерді орындауға арналған құрылғылар күрделене  түсті. XX ғасырдың  басында табылған антикикитерлік механизм (б.з.д.I ғасырда  батып кеткен антикикалық 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 бірнеше циферблаттар қолданылды. Ай фазаларын есептеу  үшін, диффернциалдық тасымал пайдаланылады (ғалымдар бұл тәсілді XVI ғасырда  ойлап табылған деген болатын). Антика мәдениеті құлдыраған соң, бұндай құралдар жойылып арын жасап шығарды. 1820-жылы Charles Xavier Thomos төрт арифметикалық амалды орындай алатын механикалық калькуляторды (Томос 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 компьютерлелдің  негізі  болып табылатын екілік санақ  жүйесін сипаттады. Бірақ,1940-жылдарға  дейінгі шыққан машиналардың  басым бөлігі (Чарльз Бэббидждің  машинасы және ЕНИАК)ондық жүйені  қолданған болатын.

   XXIIғасырдың басында  шотландиялық  математик Джон Непер  логарифм  түсінігін енгізді. Және логарифм  кестесін  жариялады.  Д.Робертсон  жүгіртпесі бар навигациялық  есептеулер жүргізуге арналған  логарифм сызғышын ойлап тапты.  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 ессептеулерінде логарифмдік сызғыштарды пайдаланған болатын.

 

                   

ІІ.1.  Алғашқы есептеуіш машиналар

Есептеуіш техника есептеу және мәліметтерді өңдеу процессінің маңызды компоненті болып табылады. Есептеуге арналған алғашқы құрал ретінде есептеу  таяқшаларын атауға болады, бұл құрал  қазіргі кезде де бастауыш сынып  оқушыларын есепке үйрету үшін қолданылады. Даму жолында бұл құралдар күрделене  түсті(мысалы,финикиялық саз фигуралары). Уақыт өте келе, қарапайым құрылғылардан  күрделі құралдар пайда бола бастады: абак, логарифмдік сызғыш, механикалық  арифмометр, електронды компьютер. Алғашқы  есептеуіш құрылғылардың қарапайымдылығына  қарамастан, олармен жұмыс істеуге  үйренген адам, қазіргі заманғы калькуляторды  пайдаланғаннан да жылдам есептер  жүргізе алады.  

1642-жылы  француз математигі Блез Паскаль  бірінші рет қосу машинасы  деген атпен белгілі,жетектер  мен дөңгелектерден тұратын механикалық  есептеу машинасын құрастырды.

Паскальдің  машинасында көп мәнді сандарды қосу мүмкін болды.

Есептеуіш техникалардың қарқынды дамуы XIX ғасырдан басталынды.

«Адамсыз  есептеулер автоматының» авторы Чарлз  Бэббидж еді, оны қазіргі компьютердің атасы деп атайды.

    Дүние жүзі бойынша алғашқы  1846-жылы Бэббидж машинасына бағдарлама  жазған  Ада Лавлейс бірінші  бағдарламашы деп саналды.

   XIX ғасырдың сонында американдық  Герман Холлерит есепші-перфорциялық  машинаны құрастырды. Перфокарталар  бағдарламаны көрсету үшін емес, сандық аппараттарды сақтау үшін қолданылады.Ол 1880-жылы АҚШ-та жүргізілген халық санағының құжаттарын санауға пайдаланылды.

    Өз машинасының көмегімен Холлерит  көп адамдар жеті жыл бойы  есептейтін есептеулерді жасап  шығаратын фирманың негізін қалайды,  кейін дүние жүзінде әйгілі  компьютер шығаратын  IBM Фирмасына  айналды. 1944-жылы американ математигі  Говард Айкен «Говард» университетінде  бағдарламамен басқарылатын, релелік  және механикалық элементтерге  негізделген «МАРК-1» автоматты  есептеуіш машинасын құрастырды.

            

ІІ.2. Арифмометр.

1694-жылы  атақты неміс математигі Лейбниц  Паскальдің идеясын дамытып, өзінің  механикалық есептеу машинасын  –арифмометрді құрастырды. Дөңгелектің  орнына мұнда цифрлар жазылған  цилиндр қолданылды.  Бұл құрал  күрделі қосу мен алу есептеулерін  жүргізумен қатар, сандарды бөлу, көбейту, тіпті квадрат түбірлерін  табу амалдарын да орындайтын  болды. Кейін арифмометр бірнеше  рет жетілдірілді. Бұл бағытта  орыс өнертапқыштары  П.Л.Чебышев  пен В.Т.Однер көп еңбек етті. Арифмометр қазір әр оқушының  қолында жүретін калькулятордың  негізін салды. 

 

     ІІ.3. 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 корпарациясының   ядросына айналды. Бұл корпарация  перфокарталар 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.

 

ІІ.4. Аналитикалық машина.

Беббидждің  аналитикалық машинасы өз заманының  озық идеясы болатын. Ол техникалық жағынан  алғанда  өте күрделі құрылғы  болғандықтан , оны құрастыруға қажетті  техникалық базаның  сол кезде  болмауына байланысты Беббидждің машинасы 40жылдан астам уақыт  қағаздағы  сызба түрінде болды. Алайда осы  машинаның жобасында  ұсынылған  ізгі идеялар ХХғасырларда алғашқы  компьютерлерді құрастыру кезінде  босшылыққа алынған болатын. Сондықтан  аналитикалық машинаны  қазіргі  компьютерлердің «арғы атасы» десе де болады.

1833-жылы  ол бағдарлама арқылы басқарылатын  «Аналитикалық машина» жобасын  жасады. Деректерді енгізу мен  олардың құрылғылары болды. Басқару  бағдарламасы перфокарта деп  аталған қатырма қағаздардағы  тесіктердің көмегімен кодталды.

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІІ. ЭЕМ даму кезеңдері

 

ІІІ.1. 1835-1900-жылдардағы бағдарламаланатын  машиналар.

 «Әмбебап компьютердің» негізгі ерекшелігі–бағдарламалау мүмкіндігі, яғни  комьпютер  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, жоғарғы  дәлдікпен  логарифмдік кестелерді басып шығаратын машина құру қажет  болатын. Содан-соң ғана,перфокарталарды  қолдану арқылы, бұл идея   «аналитикалық  машинаға»  дейін дамытылды.