УДИРТГАЛ

Мэдээллийн технологи, мэдээллийн систем

Зорилго Goal

Мэдээллийн технологийн ерөнхий түвшний суурь ухагдахуунуудыг ойлгож авах.

Мэдээлэл, мэдээллийн технологи, мэдээллийн системийн талаарх үндсэн ойлголттой болох.

Түүнчлэн компьютерийн бүтэц зохион байгуулалт, ажиллах зарчим болон компьютерийн ангилал түүний үүсэл хөгжлийг судлах

Гарах үр дүнResult

Мэдээллийн зуунд амьдарч байгаа хүний мэдэж байвал зохих ерөнхий суурь ойлголтуудыг мэдэхээс гадна өөрийн хэрэгцээ, шаардлага, боломжоор сонголт, өөрчлөлт хийх чадвартай болно.

АгуулгаContent

Мэдээлэл гэж юу вэ? Мэдээлэл, мэдээллийг хэмжих нэгжийг мэдэх Мэдээлэлтэй ажиллах Мэдээлэл боловсруулах

Мэдээллийн технологи гэж юу вэ?Мэдээллийн систем гэж юу вэ?Компьютер гэж юу вэ?Компьютерын бүтэц-зохион байгуулалт, ажиллах

зарчим Компьютерын ангилалГэрийн даалгавар

Мэдээлэл гэж юу вэ?

Мэдээлэл зүйн шинжлэх ухааны хамгийн анхдагч язгуур ухагдхуун нь мэдээлэл юм. Бидний эргэн тойронд байгаа бүх зүйлс, тэдгээрийн шинж чанар, үзэгдэл, үйл явцыг илэрхийлсэн аливаа дохио нь мэдээлэл юм. Ганц тэмдэгтээс авахуулаад зузаан зузаан боть ном, жижигхэн дүрснээс авахуулаад эргэн тойрны зураг дүрслэл, бяцхан анираас авахуулаад бүхэл бүтэн найрал хөгжим, эгэл үйлдлээс авахуулаад иж бүрэн хувьсал хувирал хүртэл, бүхий л үнэр, өнгө, тоо, тэмдэгтийг хамарсан өргөн ойлголт бол мэдээлэл.

Мэдээлэл гэж юу вэ?

"Хүний гадаад орчноос тусгагдаж мэдрэгдэж байгаа аливаа зүйл нь мэдээлэл болно. Тэрхүү мэдээллийг хүний хэл яриа, дохио зангаа, дуу авиа, зураг дүрслэлээр дүрслэн тодорхойлж болно. Зураг, дүрс, дуу, авиа, хөгжим, бичиг, тоо, үйл явдал, үзэгдэл, шинж чанар, хэмжээ хэлбэр бүгд л мэдээллийн дүрслэл юм. Тэр ч байтугай өнгө, үсэг, цифр, чимээ анир, зэргээс авахуулаад үүх түүх, байгаль дэлхий, цаг хугацаа, орон зай хүртэл мэдээлэл билээ." гэж мэдээллийн тухай ойлголтуудыг хялбаршуулан тодорхойлсон байдаг. Тэгвэл зарим ном товхимолд мэдээлэл нь өгөгдөл ба түүнийг хувиргах арга хоёрын харилцан үйлчлэлийн үр дүн гэж тодорхойлсон.

Мэдээлэл гэж юу вэ?

Хамгийн энгийнээр хэлбэл, тодорхой эх үүсвэр бүхий дуу авиа, дүрс, зураг, тоо, үсэг, тэмдэгт, үг г.м. зүйлсийг мэдээлэл буюу мэдээллийн хэлбэрүүд гэнэ.

Мэдээлэл нь тоо хэмжээтэй байх ба хэмжих нэгж нь бит (bit) юм. Бит нь адил магадлалтай хоёр өөр мэдээллийг хооронд нь ялгахад шаардагдах хамгийн бага тоо хэмжээ юм. Ж.нь: үнэн ба худал, сүлд ба тоо г.м. мэдээллүүдийг нэг битээр ялгаж (илэрхийлж) болно.

Энэ нь хэтэрхий бага нэгж. Тиймээс практикт байт (byte) хэмээх нэгжийг түлхүү ашигладаг.

1 байт = 8 бит байна. Өөр бусад нэгжүүд:

1 килобайт=1024 байт=210 байт (1Kbyte) 1 мегабайт=1024 Kb=220 байт (1Mbyte) 1 гигабайт=1024 Mb=230 байт (1Gbyte) 1 терабайт=1024 Gb=240 байт (1Tbyte) 1 петабайт=1024 Tb=250 байт (1Pbyte)

Мэдээлэлтэй ажиллах гэж юу вэ?

Мэдээллийн систем мэдээлэлтэй ажиллана гэдэг нь: Мэдээллийг шинээр үүсгэх Мэдээллийг дамжуулах Мэдээллийг хүлээж авах Мэдээллийг хадгалах Мэдээллийг хамгаалах Мэдээллийг хувилах Мэдээллийг ангилах Мэдээллийн төрлийг өөрчлөх Мэдээллүүдийг нэгтгэх Мэдээллийг боловсруулах Мэдээллүүдийг салгах Мэдээллийг хайх Мэдээллийг хэмжих Мэдээллийг устгах г.м. үйл ажиллагаа, эсвэл эдгээрийн цогцыг хэлнэ.

Эдгээр үйл ажиллагаанууд бүгд мэдээллийн системийн, түүн дотор компьютер хэмээх зүйлийн оршихуйн шалтгааныг илэрхийлнэ. Ө.х. хүн компьютерыг ямар зорилгоор бүтээсэн юм бэ гэсэн асуултын хариултууд юм.

Эдгээр олон зорилгын хамгийн анхдагч нь мэдээллийг боловсруулах явдал юм.

Мэдээлэл боловсруулах

Мэдээлэл боловсруулах – Data processing – Обработка информации. Мэдээллийг боловсруулна гэдэг нь, хэрэглэгчийн тавьсан зорилгын

дагуу компьютер өгөгдсөн мэдээллийг хувирган өөрчилж өөр мэдээлэл болгох процесс юм.

Мэдээлэл боловсруулалтын үр дүнд мэдээлэл устаж алга болохгүй. Мэдээллийг боловсруулах үйл ажиллагааны энгийн жишээ бол математик

тооцоо. Мэдээлэл боловсруулах процессыг бас дараах нэр томъёонуудаар

илэрхийлж болно. Боловсруулалтанд орох чиглэлээр “урсаж” буй мэдээллийг өгөгдөл (data),

боловсруулалтаас гарах чиглэлд “урсаж” буй мэдээллийг үр дүн (result) хэмээн нэрлэж болно.

Заримдаа боловсруулах гэж буй мэдээллийг бодлого (task) хэмээн нэрлэж болно.

Тэгвэл “мэдээлэл боловсруулах” гэдгийг “бодлого бодох” гэсэн үгээр сольж болно.

Заримдаа боловсруулах гэж буй мэдээллийг асуудал (problem) хэмээн нэрийдэж болно.

Тэгвэл “мэдээлэл боловсруулах” гэдгийг “асуудал шийдвэрлэх” (problem solving) хэмээн нэрийдэж болно.

Мэдээллийн технологи (IT)гэж юу вэ?

Мэдээллийн технологи буюу IT (Information Technology) гэдэг нь: Компьютерт суурилсан мэдээллийн системд (Computer-

based information system) мэдээлэлтэй хэрхэн ажиллах вэ Мөн энэ мэдээллийн системийг өөрийг нь хэрхэн хөгжүүлэх вэ

гэсэн үндсэн асуудлуудыг авч үздэг сургалт, судалгаа, технологийн салбар юм. Энд дурдсан мэдээллийн системийг өөрийг нь хөгжүүлэх тухай асуудлыг авч үздэг дэд салбарыг компьютерын шинжлэх ухаан (computer science) гэнэ: Computer science нь компьютерын техникийн математик-логик

үндэс, компьютерын бүтэц зохион байгуулалт, ажиллах зарчмыг судална.

Мэдээллийн систем гэж юу вэ?

Компьютерт суурилсан мэдээллийн систем (computer-based information system) гэдэг нь: Компьютерын техник хангамж Компьютерын програм хангамж Мэдээлэл Хүн

г.м. үндсэн бүрдэл хэсгүүдээс тогтох цогц юм.Энэ системд, хэрэглэгч нь компьютерын техникийг

ашиглан програм хангамжийн тусламжтайгаар мэдээлэлтэй ажилладаг.

Компьютер гэж юу вэ?

Компьютер бол мэдээллийн технологийн үндсэн судлагдахуун. Бас

хэрэглэгдэхүүн.

Компьютер бол мэдээллийн системийн үндсэн бүрдэл хэсэг.

Компьютер бол асар өндөр хурдаар мэдээлэлтэй ажилладаг,

програмчлагдагч (!) электрон (!) машин юм.

Гэхдээ компьютер бол оюун ухаангүй учраас өөрийн дур зориг гэж байхгүй.

Тиймээс үргэлж ямар нэг зааврын (instruction, command) дагуу мэдээлэлтэй

ажиллана.

Ийм заавруудын цогцыг компьютерын програм (computer programm) гэнэ.

Програмыг хүн зохионо. Тиймээс хүн бол даалгаврыг төлөвлөгч юм. Харин

компьютер бол зөвхөн гүйцэтгэгч.

Програмуудын цогцыг програм хангамж гэнэ. Програм хангамж нь

мэдээллийн системийн үндсэн бүрдэл хэсгийн нэг юм.

13

Фон Нейманы зарчим - 1

1945 онд ENIAC хэмээх компьютер АНУ-д бүтээгдсэн байна. Уг компьютерын сул болон давуу талуудыг судалсан унгар гаралтай америк

математикч Жон Фон Нейман (John von Neumann) болон түүний хамтрагчид Голдштейн (Goldstain) ба Беркс (Berks) нар “The preliminary discussion of the logical design of the electronic computing device" буюу “Тооцоолох электрон төхөөрөмжийн ажиллах зарчмын тухайд” нэртэй судалгааны тайлангаа 1946 онд хэвлүүлсэн байна.

Энэ тайланд дурдаж, дэвшүүлсэн санаанууд нь орчин үеийн компьютерын хөгжлийн үндсийг тавьсан юм. Эдгээрийг Фон Нейманы зарчим (von Neumann principles) гэдэг.

Фон Нейманы зарчмуудаас дурдвал:1. Компьютер нь хоёртын тооллын системд ажилладаг байх нь зүйтэй юм.2. Програм ба өгөгдөл нь компьютерын санах байгууламжид хамтдаа хадгалагдах байх нь

зүйтэй юм.3. Програм ба өгөгдөл нь санах байгууламжид хоёртын тоогоор кодлогдон хадгалагдана.

Тиймээс хадгалалтын төвшиндөө, програм ба өгөгдлийн хооронд ялгаа байхгүй.4. Компьютерын тооцоо хийдэг хэсгийн шууд гүйцэтгэж чадах арифметик үйлдэл нь

зөвхөн нэмэх үйлдэл байх нь зүйтэй юм. Бусад үйлдлүүд нэмэх үйлдлээр илэрхийлэгддэг байна.

5. Байттай ажиллахдаа бүх биттэй нь нэгэн зэрэг харьцдаг байх нь зүйтэй юм. Үүнийг тооцооны параллель зарчим гэнэ.

6. Санах байгууламжийн мэдээлэл унших, бичих хурд нь компьютерын тооцоо хийх хэсгийн мэдээлэл боловсруулах хурдаас олон дахин бага байдаг. Адил эрэмбийн хурд бүхий санах байгууламж бүтээх нь бэрхшээлтэй юм. Тиймээс санах байгууламжийг олон давхаргат зохион байгуулалт (hierarchic organization) бүхий хийх нь зүйтэй юм.

Фон Нейман (1903-1957)

14

Фон Нейманы зарчим - 2

2-тын тооллын систем (Binary digit system) гэж юу вэ? Тооллын систем гэдэг нь ямар нэгэн тоог илэрхийлэх арга ба дүрмийн цогц байдаг. Эрт

цагаас хүмүүс хуруугаараа юмыг тоолдог байсан, харин хурууны тоо нь 10 байдаг болохоор бид 10-тын тооллыг хэрэглэдэг байх. Харин компьютер бол хамгийн энгийндээ, тог байна, тог байхгүй гэсэн 2 тогтвортой төлөвт оршдог. Тэгвэл тог байна гэсэн төлөвийг 1, байхгүй гэсэн төлөвийг 0-ээр илэрхийлэхэд хангалттай бөгөөд компьютерын хийж буй бүх үйлдлийг энэ хоёр тооны комбинациар дүрсэлж болно. Үүнийг 2-тын тооллын систем гэнэ.

10-тын тоололд 10 буюу түүний бүхэл зэрэгт суурьтай 0-9 хүртэлх арван цифрийг хэрэглэдэг бол 2-тын тоололд 2 буюу түүний бүхэл зэрэгт суурьтай 0 ба 1 гэсэн хоёрхон цифрийг хэрэглэдэг. Ө.х. 2-тын тооны нэг орон зөвхөн 1 юм уу эсвэл 0 утга авна. Тиймээс 2-тын тооны нэг орноор битийг тэмдэглэхэд тохиромжтой байдаг байна.

Олон давхаргат зохион байгуулалт (hierarchic organization) бүхий санах байгууламж гэдэг нь харилцан адилгүй унших, бичих хурд ба харилцан адилгүй агуулах багтаамж бүхий хэд хэдэн санах ойнуудаас тогтох систем юм. Нэг хэсэг санах ой нь өндөр хурдтай, гэхдээ багтаамж багатай бол нөгөө хэсэг нь бага хурдтай гэхдээ багтаамж ихтэй байдаг.

Компьютерын мэдээлэл боловсруулах хэсэгтэй харьцангуйгаар санах байгууламж нь их хурдтай, багтаамж багатай давхаргаасаа бага хурдтай, багтаамж ихтэй давхарга руу “чиглэж” байрлана.

Ингэснээр компьютерын мэдээлэл боловсруулах хурд ба үндсэн санах ойн мэдээлэл дамжуулах хурдны зөрөөг “компенсацладаг” байна.

15

Компьютерын бүтэц-зохион байгуулалт, ажиллах зарчим - 1

Өнөөдөр ихэнх компьютер Фон Нейманы зарчмын дагуу бүтээгдсэн байдаг. Ж.нь PC.

PC нь үндсэн 4 блок хэсэг буюу “эрхтнээс” тогтоно: Санах ой (Memory) Процессор (Processor) - CPU Оролтын төхөөрөмж (Input device) Гаралтын төхөөрөмж (Output device).Эдгээр блок хэсгүүд нь өөр хоорондоо мэдээлэл дамжуулах шугамаар холбогдсон байна.

Компьютер нь мэдээллийг оролт, гаралтын хэрэгслээрээ гадаад ертөнцтэй солилцож, санах ойдоо хадгалж, процессороороо боловсруулдаг.

Энэ утгаараа хүнтэй адил. Хүн ч гэсэн мэдрэхүйн эрхтнүүдээрээ мэдээллийг гадаад ертөнцтэй солилцож, ой санамжиндаа хадгалж, уураг тархиараа боловсруулдаг.

Зурагт, компьютерын бүтцийг схемчлэн харуулав. Схемийн элементүүдтэй товч танилцъя.

16

Компьютерын бүтэц-зохион байгуулалт, ажиллах зарчим - 2

Санах ой (СО) бол дугаарлагдсан үүрнүүдээс (эгэл хэсгүүдээс) тогтсон хадгалах байгууламж юм. Үүрийн дугаарыг хаяг (address) гэнэ. Процессор хугацааны дурын агшинд санах ойн дурын үүрэнд хандах боломжтой байдаг. Ой бол компьютерын салшгүй чухал хэсэг бөгөөд: бусад хэсгүүдээс мэдээлэл хүлээж авах мэдээллийг хадгалах бусад хэсгүүдэд мэдээлэл дамжуулах үүрэгтэй.

Програм бол тодорхой командуудын дараалал юм. Харин команд (instruction) бол процессорын гүйцэтгэх ёстой эгэл үйлдлийн заавар юм. Уг заавар нь гүйцэтгэх үйлдлийг илэрхийлсэн бичиглэл, уг үйлдэлд шаардагдах өгөгдлүүдийн санах ойн хаяг, үйлдлийн үр дүнг хадгалах санах ойн хаяг зэргийг агуулсан 2-тын код байна.

Фон Нейманы зарчмын дагуу програм ба өгөгдөл СО-д хамтдаа хадгалагддаг нь зургаас харагдаж байгаа. Тиймээс тухайн нүдэнд тоо, текст юм уу командын аль нь хадгалагдаж буйг компьютер ялгахгүй. Энэ нь олон давуу боломжийг компьютерт олгодог байна. Тухайлбал, програмыг биелж байхад нь түүний аль нэг хэсэгт өөрчлөлт хийх боломжтой болно.

Процессор нь удирдах төхөөрөмж (УТ), арифметик-логик төхөөрөмж (АЛТ) гэсэн 2 хэсгээс тогтоно. УТ нь компьютерын хэсгүүдийг удирдах үүрэгтэй бол АЛТ нь команд биелүүлдэг хэсэг. Ө.х. процессор бол: өгөгдсөн програмын дагуу, арифметик ба логик үйлдлүүд хийх замаар мэдээллийг боловсруулах компьютерын хэсгүүдийн ажиллагааг програмын төвшинд удирдахүүрэгтэй.

17

Мэдээлэл дамжуулах шугам буюу System bus

Өмнө үзүүлсэн компьютерын бүтцийн схемээс харахад CPU, СО болон оролт, гаралтын блокууд өөр хоорондоо тусгай шугамууд холбосон байгаа. Эдгээр шугамыг system bus гэнэ. Энэ нь мэдээлэл дамжуулах шугам юм. Физик бүтцийн хувьд эдгээр нь эд ангиудыг холбосон цахилгаан “утаснууд” байна.

Мэдээлэл дамжуулах шугамыг 3 ангилдаг байна: Хаягийн шугам (Address bus) Удирдах шугам (Control bus) Өгөгдлийн шугам Data bus

Хаягийн шугамаар СО-н нүдний хаягийн талаарх мэдээлэл дамжина. Удирдах шугамаар CPU-ийн УТ-ийн гаргасан удирдах дохионууд дамжина. Өгөгдлийн шугамаар өгөгдөл юм уу програмын хэсгүүд дамжина. Бүтцийн схем дээр, тод хар сумаар хаягийн болон өгөгдлийн шугамыг, нарийн сумаар удирдах дохиог

тэмдэглэсэн гэж ойлгоорой. Систем шугамууд нь урьдаас тодорхойлогдсон “дамжуулах өргөн”-тэй байдаг. Энэ “өргөн”-ийг data

bandwidth гэдэг. Энэ нь нэг удаадаа хэр хэмжээний мэдээлэл дамжуулах вэ гэдгийг үзүүлдэг хэмжээ юм. Тиймээс data bandwidth их байх тусам мэдээлэл дамжих хурд өндөр байж таарна. 8 бит, 16 бит, 32 бит, 64 битийн систем шугамууд байдаг.

18

Регистрүүд

Тусгай үүрэгтэй, нэмэлт санах байгууламжууд процессорт өөрт нь байдаг. Тэдгээрийг регистр (register) гэдэг. Фон Нейманы зарчмын ёсоор регистр нь олон үет санах ойн процессортой харьцангуй хамгийн ойрын давхарга юм. Регистр нь өгөгдөл юм уу командыг богино хугацааны туршид хадгалах үүрэгтэй, өндөр хурдтай санах ой.

Регистр нь өөрөө триггер хэмээх илүү эгэл хэсгүүдээс тогтоно. Триггер бол мэдээллийн хамгийн жижиг хэсгийг хадгалдаг, электрон схем юм.

Бүтцийн схем дээр үзүүлсэн сумматор (accummulator register), командын тоолуур (instruction counter), командын регистр (instruction register) зэрэг нь тус тусын үүрэгтэй регистрүүд болно.

19Процессор командыг хэрхэн биелүүлдэг вэ?

Процессор өгөгдсөн програмын командыг хэрхэн биелүүлдэг вэ? Ерөнхийд нь томъёолбол:1. Командын тоолуурт тухайн командын хаяг агуулагдаж байх болно. УТ энэ хаягийг хаягийн шугамаар, харин

тухайн хаягаар байрлах өгөгдлийг унших дохиог удирдах шугамаар СО-д өгдөг.2. СО тухайн хаягаар орших өгөгдлийг өгөгдлийн шугамаар УТ рүү дамжуулна.3. УТ энэ өгөгдлийг (2-тын кодыг) команд гэж үзээд түүнийг тайлж уншин, операндуудын хаягууд болон командын

өөрийнх нь кодыг ялгаж авна. Командын кодыг командын регистрт хадгална. Харин операндуудын хаягийг хаягийн шугамаар, операндуудыг уншиж АЛТ-д дамжуул гэсэн дохиог удирдах шугамаар СО-д өгнө.

4. СО тухайн хаягуудаар орших операндуудыг өгөгдлийн шугамаар АЛТ рүү дамжуулна. Операндууд операндын регистрт хадгалагдана.

5. УТ командыг биелүүлэх дохиог АЛТ-д өгнө.6. АЛТ командыг биелүүлнэ.7. Биелэлтийн үр дүн сумматорт хадгалагдагдана эсвэл СО руу бичигдэнэ.Энэ цогц үйл ажиллагааг процесс (process) хэмээн нэрийддэг байна. Процессын нэг алхмыг эгэл үйлдэл буюу такт гэнэ.

Процессыг илүү товчоор бас илэрхийлж болно: I-II алхам - команд сонгох (fetch) III-IV алхам - команд унших (decode) V-VI алхам - команд биелүүлэх (execute) VII алхам - хадгалах (store).

Нэг процесс хийгдсэний дараа командын тоолуурт орших утга “биелсэн командын хаяг + биелсэн командын урт” гэсэн зарчмаар өөрчлөгдөж, дараачийн командын хаяг гарч ирнэ. Ингээд 1-р алхмаас дахин давтагдана. Ийм маягаар аливаа програмыг бүрдүүлэгч командууд дараалан биелэгддэг. Өөрөөр хэлбэл процессор, програмыг хүний оролцоогүй автоматаар биелүүлдэг.

Процессын нэг тактаас дараагийн тактад шилжих хурд нь процессорын мэдээлэл боловсруулах хурдыг тодорхойлдог байна. Ө.х. процессор нэгж хугацаанд хэдий чинээ олон тактыг гүйцэтгэж байна гэдэг нь түүний хурдны хэмжүүр болно. Үүнийг давтамжаар илэрхийлдэг (clock frequency).

20

Компьютерыг ангилах

Компьютерыг олон янзаар ангилж болно. Ж.нь: хөгжлийн төвшнөөр буюу үеэр бүтэц-зохион байгуулалт, ажиллах зарчимаар (архитектураар) бүтээмжээр ашиглагдах байдлаар процессорын тоогоорг.м.

Тухайлбал архитектураар нь компьютерыг хэрхэн ангилж болох вэ? Фон Нейманы буюу сонгодог архитектур: Фон Нейманы зарчим бүхий компьютер (санах ой хаяглагдсан

үүрүүдээс тогтдог, програм ба өгөгдөл хамтдаа хадгалагддаг, програм автоматаар биелэгддэг г.м.) ийм архитектурт хамаарна. Энэ нь нэг процессорт компьютер юм.

Олон процессорт архитектур: Энэ нь нэг ерөнхий ойтой, олон процессор байх тул нэг бодлогын хэд хэдэн хэсгүүдийг зэрэг шийдэх боломжтой болно.

Мультикомпьютерын систем: Энэ нь сонгодог архитекуртай хэд хэдэн компьютерээс тогтох систем. Өргөн хэрэглэгддэг системийн нэг. Нэг том бодлогын хэсгүүд боловч өөр хоорондоо сул хамааралтай, тус бүрдээ цаг хугацаа шаардсан бодлогуудыг шийдэхэд ашиглагдана.

Параллель процессоруудтай архитектур: Нэг ой, нэг УТ, олон АЛТ бүхий систем. Нэг бодлогыг өөр өөр нөхцөлд шийдэхэд хэрэглэгдэнэ.

Хүчин чадал буюу бүтээмж, ашиглагдах байдлаар бол дараах маягаар ангилагдана. Үүнд: Микрокомпьютер Уоркстейшн миникомпьютер мейнфрейм буюу универсал компьютер Суперкомпьютерг.м.

21

Микрокомпьютер

1971 онд АНУ-ын Intel компани Intel-4004 хэмээх анхны микропроцессор (microprocessor) үйлдвэрлэснээр компьютерын шинжлэх ухаанд нэгэн шинэ үеийг эхлүүлсэн.

Микропроцессор бол овор хэмжээний хувьд тун бага мөртлөө асар өндөр төвшинд интегралчлагдсан логик электрон схем юм. Ийм схемийг микросхем буюу чип (chip) гэдэг. Физик бүтцийн хувьд микропроцессорын чип нь өөртөө асар олон тооны транзистор (transistor) хэмээх хагас дамжуулагч элементийг агуулсан хэдхэн см2 талбай бүхий цахиурын (silicon) талст байдаг.

Микропроцессор бүхий компьютерыг микрокомпьютер (microcomputer) гэдэг.

Өнөөдөр хамгийн түгээмэл хэрэглэгдэж буй микрокомпьютер бол персонал компьютер (personal computer - PC) юм. Персонал компьютерын микропроцессорын чипийг төв үйлдлийн нэгж буюу central processing unit (CPU) гэдэг.

PC-ийн үйлдэл гүйцэтгэх хурд, мэдээлэл хадгалах багтаамж зэрэг нь өнөөдөр байнга л өсөн нэмэгдэж байна. Тиймээс түүний хэрэглээ ч гэсэн улам ихээр нэмэгдэж байгаа.

PC-д зориулсан олон төрлийн үйлдлийн системүүд байна. Олон төрөл зориулалтын програм хангамжууд PC дээр ашиглагдаж

байна.

Pentium-4 микропроцессор

22

Мурын хууль

Цахиурын талст дээр агуулагдах транзисторын тоо их байх тусам микропроцессорын хүчин чадал их байна. Өнөөгийн микропроцессорууд өөртөө хэдэн арван сая транзистор агуулж байна.

Жил ирэх тусам микропроцесорын транзисторын тоо улам олон болж байгаа. Ерөнхийдөө микросхем буюу чипэнд агуулагдах логик элементийн тоо ө.х. нягтшил ихэсч байгаа юм. Энэ чиг хандлагыг америкийн эрдэмтэн, Intel компанийг үндэслэгчдийн нэг Гордон Мур (Gordon Moore) ажиглаад дараах дүгнэлтийг хийжээ: чипэнд агуулагдах транзисторын тоо 1,5 - 2 жил тутамд 2 дахин нэмэгдэнэ. Үүнийг Мурын хууль гэдэг.

Нэг ширхэг транзисторын овор хэмжээ багассаны үр дүнд чипний нягтшил ихэсч байгаа нь ойлгомжтой. Хэрэв энэ байдлаар үргэлжлэвэл тодорхой хугацааны дараа технологийн мухардалд орох юм. Учир нь транзисторын овор хэмжээ багассаар байгаад атом, молекулын эрэмбэтэй болвол түүний хувьд бидний мэдэх классик механикийн биш харин огт өөр квант механикийн хуулиуд үйлчилж эхлэх юм (транзистор яг л эгэл бөөм шиг болж хувирна гэсэн үг ээ). Ж.нь тодорхойгүй харьцаа. Тиймээс уламжлалт технологиор ийм квант транзисторууд бүхий чип үйлдвэрлэх боломжгүй.

Үүнээс гарах арга зам нь мэдээж цоо шинэ технологи байж таарна. Тухайлбал нанотехнологийн тусламжтайгаар квант компьютер (quantum computers) гээчийг бүтээх боломжтой юм. Энэ нь уламжлалт электрон компьютер биш байх бөгөөд огт өөр бүтэц, зохион байгуулалт, ажиллах зарчимтай байх болно.

23

Мурын хууль: Зураг

Intel процессоруудын хувьд Мурын хуулийг авч үзсэн нь

(дээд шугам=1,5 жил; доод шугам=2 жил)

24

Workstation

Инженерийн, техникийн, шинжлэх ухааны тусгай хэрэглээнд зориулагдан бүтээгдсэн, өндөр хүчин чадалтай микрокомпьютерыг workstation гэнэ.

Workstation компьютерын графиктай ажиллах боломж, үйлдлийн хурд, санах ойн багтаамж, олон даалгавартай нэгэн зэрэг ажиллах чадвар зэрэг нь персонал компьютерээс илүү давуу байна.

Workstation компьютер нь ихэвчлэн нарийн төвөгтэй 3D график дизайн, инженер техникийн загварчлал, математик тооцооны дүрслэл хийхэд ашиглагдана.

Ер нь ямар компьютерыг workstation гэж үзэж болох вэ? Өндөр хүчин чадалтай CPU. Аппаратын төвшиндөө хөвөгч цэгтэй тоо буюу бодит тоотой ажиллах процессыг дэмждэг. Өндөр багтаамж бүхий СО. Unix буюу Unix-төст үйлдлийн систем. Аппаратын төвшиндөө 3D графикийг дэмждэг. Өндөр хурдтай сүлжээ (100мбит буюу түүнээс их). Том дэлгэц (17"-21") болон өндөр ялгах чадвар. Дээд зэргийн найдвартай эд анги, компонентууд. Workstation компьютерыг тусгай

зориулалтаар хэдэн цаг, хэдэн өдрийн туршид унтраалгүйгээр байнгын өндөр ачаалалтай горимд ашиглах учраас техник хангамж нь маш найдвартай, чанартай байх ёстой. Ийм эд ангиудыг хэрэглэгчийн зах зээл дээрээс олно гэдэг бэрхшээлтэй. Тийм ч учраас хувь хүн юм уу жижиг үйлдвэрлэгчдийн угсарсан workstation гэж бараг л байдаггүй. Ихэвчлэн Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems, Dell г.м. том компаниуд л workstation угсардаг.

Техник хангамж болон үйлдлийн системийн нягт уялдаа холбоо. Ихэнх үйлдвэрлэгчид workstation-ыхаа техник хангамж болон үйлдлийн системийг хоёуланг нь хийдэг.

PC-ийн эрчимтэй хөгжлөөс шалтгаалан PC болон workstation компьютерын хоорондох чанар ба үнийн ялгаа багасч байгаа юм. Дээр дурдсан үзүүлэлтүүдийн сүүлийн хоёр нь workstation компьютерын онцлогийг илтгэсэн үзүүлэлтүүд хэвээр байгаа юм.

25

Компьютерын үе - 1

Компьютерын үе (computer generation) гэдэг нь тооцоолох электрон техникийн хөгжлийн түүхийг илтгэдэг ойлголт юм.

Өнөөгийн байдлаар компьютерын хөгжлийн 4 үе шат өнгөрөөд байна. Үе солигдох болгонд компьютерын овор хэмжээ багасч, харин хүчин чадал нь нэмэгдэж байгаа юм. Үүнтэй холбоотойгоор мөн түүний програм хангамж улам боловсронгуй болж байгаа.

I үе (1946-1958) – электрон ламп: Энэ үеийн компьютерууд нүсэр том хэмжээтэй, удаан, бас өндөр өртөгтэй байв. Тэдгээрийн гол

төлөөлөгч нь 1946 онд Преспер Экерт (Presper Eckert), Жон Мохли(John Mauchly) нарын угсарсан ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) хэмээх анхны электрон тооцоолох төхөөрөмж юм. Энэ нь 10-тын тооллын системд ажилладаг компьютер байв. Түүний цахилгаан хэлхээнд электрон ламп (vacuum tube) хэмээх элементийг ашигласан байжээ. Энэ нь агаарыг нь соруулж, вакуумжуулсан шилэн хорго бөгөөд дотроо электродууд агуулна. Электродууд эсрэгээр цэнэглэгдсэн тохиолдолд энд электроны урсгал үүснэ. Энэ урсгалыг удирдан гүйдэл хүчдэлийн өсгөгч (amplifier) эсвэл логик түлхүүрийн (switch) горимд ажиллаж болдог байна. Ө.х. сул цахилгаан дохиог хүлээн аваад өсгөж гаргах, цахилгаан дохионы урсгалыг агшин зуур хаах/нээх боломжтой юм.

ENIAC компьютер ойролцоогоор 18 мянган электрон ламп агуулсан байжээ. Тухайн үеийн электрон ламп хүний эрхий хуруун чинээ хэмжээтэй байсан тул ENIAC овор хэмжээ маш том хэмжээтэй болсноос гадна маш их цахилгаан хэрэглэж, маш их халдаг байв. Тиймээс аварга том компьютерыг хөргөхийн тулд мөн аварга том хөргүүрүүдийг ашигладаг байжээ.

ENIAC-ийн дараагаар EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) , UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer) г.м. электрон ламп бүхий компьютерууд бүтээгдсэн билээ. Харин ENIAC-аас ялгаатай нь эдгээр компьютерууд Фон Нейманы зарчмуудыг хэрэгжүүлсэн байлаа (2-тын тоололд ажилладаг, програмаа өөртөө хадгалдаг г.м.).

Энэ үеийн компьютеруудын мэдээлэл боловсруулах хурд ойролцоогоор 10-20 khz.

ENIAC at Moore School, University of Pennsylvania

Manchester Mark I (1948)

28

Компьютерын үе - 2

II үе (1959-1964) – транзистор: Энэ үеийн компьютеруудэд транзистор хэмээх хагас

дамжуулагч элемент ашиглагдсан байв. Транзистор нь мөн л цахилгаан гүйдлийг өсгөж юм уу логик

түлхүүр мэтээр ажилладаг байна. Гэхдээ электрон лампыг бодвол илүү хурдан, илүү найдвартай, овор хэмжээ багатай бас үйлдвэрлэлийн өртөг хямд байв. Нэг транзистор ойролцоогоор 40 электрон лампыг орлох ажээ.

Транзисторыг цахиур г.м. хатуу материалаар хийдэг. Цахиур бол газрын гадаргын ¼-ийг бүрдүүлдэг, маш элбэг байдаг элемент юм. Тиймээс транзисторыг үйлдвэрлэх зардал маш хямд ажээ.

Транзистор нь электрон лампыг бодвол цахилгааныг илүү хурдан бас сайн дамжуулдаг байна.

Транзистор нь овор хэмжээгээр ч гэсэн электрон лампаас хамаагүй жижиг бөгөөд түүнтэй харьцуулахад бараг л халдаггүй гэж хэлж болно.

Ийнхүү компьютерын техникийн үйлдвэрлэлд транзистор нэвтэрснээр тооцоолох электрон техникийн хөгжлийн шинэ үе тавигджээ.

29

Компьютерын үе - 3

III үе (1965-1970) – интеграл схем: Транзистор хэрэглэх болсон нь компьютерын техникийн хөгжилд гарсан том

дэвшил байв. Аль болох олон транзистор агуулсан бол компьютерын хурд хүч нь төдий чинээ нэмэгдэж байв. Гэхдээ бас өөрийн гэсэн бэрхшээлийг бий болгосон.

Транзисторын тоо олшрох тусам цахилгаан хэлхээний бүтэц улам нарийн, төвөгтэй болж байв. Учир нь маш олон тооны тусдаа транзисторуудыг өөр хооронд нь болон бусад электрон эд ангиудтай холбож гагнан хэлхээнд байрлуулах хэрэгтэй болно. Энэ нь зардал ихтэй, бас схем алдаатай хийгдэх эрсдлийг нэмэгдүүлж байв.

Интеграл схем (Integrated Circuit - IC) буюу микросхем хэрэглэх болсноор дээрх бэрхшээлийг даван туулсан төдийгүй компьютерын техникийн хөгжлийн шинэ үеийг эхлүүлсэн гэж үздэг байна.

ИС гэдэг нь өөр дээрээ асар олон тооны бичил транзисторыг агуулсан, маш бага хэмжээтэй (хэдэн см2) цахиурын ялтас юм. Заримдаа микросхем, заримдаа хагас дамжуулагч чип гэж нэрлэнэ. Технологийн хувьд, олон тооны бичил транзистор болон бусад электрон эд ангиудыг урьдчилан тодорхойлсон схемийн (загварын) дагуу цахиурын ялтас дээр “хэвлэх” ө.х. “ургуулах” замаар ИС-ийг гаргаж авдаг байна.

Ингэж маш бага орон зайд асар олон логик элементийг цуглуулж чадсанаар нэг элементээс нөгөө рүү цахилгаан дохио дамжихад зарцуулах хугацаа эрс багасна. Үр дүнд нь мэдээж компьютерын тооцоо хийх хурд ихэсч, нэг секундэд гүйцэтгэх үйлдлийн тоо нэмэгдэнэ. Мөн шаардагдах тэжээлийн хэмжээ багасч, энергийн алдагдал багасч, зардал буурсан байна.

Компьютерын овор хэмжээ эрс багасч жижиг шүүгээний эрэмбэтэй болсон байна.

Орчин үеийн компьютер нэг биш харин түүнээс олон ИС-үүдийг агуулдаг. Эдгээр ИС-үүд нь хамтдаа эх хавтан (motherboard) дээр байрлаж байдаг.

ИС анх компьютерын техникт ашиглагдаж эхэлнээс хойш өнөөдрийг хүртэлх болон цаашдын түүний хөгжлийн төлвийг Мурын хуулиас харж болно.

PDP-11 (1970)

31

Компьютерын үе - 4

IV үе (1971-одоо) – микропроцессор: Компьютерын хөгжлийн 4 дэхь үе бол микропроцессорын эрин үе юм. Микропроцессор бол процессорын үүрэг гүйцэтгэдэг интеграл схем юм. 1970-аад оны эхээр Intel компанийн ажилтан Эдвард Хофф (Edward Hoff)

харандааны балруулын чинээ хэмжээтэй, тооцон бодох болон логик үйлдэл хийж чадах схем агуулсан Intel-4004 хэмээх чип бүтээсэн нь анхны микропроцессор хэмээн өнөөдөр тооцогддог байна. Энэ нь 2300 транзистор агуулсан, секундэд ойролцоогоор 108 мянган үйлдэл хийдэг процессор байсан байна. Intel-4004 микропроцессорын дараагаар Intel-8008 микропроцессор бүтээгдсэн байна. Эдгээр микропроцессорууд компьютерт биш харин тооны машинд ашиглагдсан байжээ.

1974 онд Intel-8080 микропроцессор бүтээгдсэн байна. Түүний чипэнд 4500 транзистор агуулагдсан байв.

Энэ үеэс микропроцессорыг компьютерын үндсэн компонент болгон ашиглах эхлэл тавигдсан гэж үздэг байна. Микропроцессор бүхий компьютерыг микрокомпьютер хэмээн нэрлэх болсон байна.

Мөнхүү 1974 онд Эдвард Робертс хэмээх инженер Altair-8800 хэмээх микрокомпьютерыг угсарсан байна. Энэ компьютер худалдаанд гармагцаа маш их эрэлттэй болж чаджээ. Уг компьютерт Intel-8080 микропроцессорыг ашигласан байна.

Овор хэмжээ багатай микрокомпьютерууд бий болсон нь хувь хүмүүс өөртөө зориулж тэдгээрийг худалдаж авах боломжийг бүрдүүлж, харгалзах зах зээлийг бас нээж өгчээ.

1976 онд Стив Возняк (Steve Wozniak), Стив Джобс (Steve Jobs) нар Apple компанийг үүсгэн байгуулж, Apple-I микрокомпьютерыг угсарсан байна. 1977 онд Apple-II микрокомпьютер худалдаанд гарсан байна.

1981 онд IBM компани, тухайн үед Intel-ээс гаргаад байсан Intel-8088 микропроцессор бүхий IBM PC хэмээх микрокомпьютерыг худалдаанд гаргаснаар хэн бүхний мэдэх персонал компьютерын эрин үе эхэлжээ.

Компьютерын хөгжлийн шинэ үе хэзээ эхлэх вэ? Персонал компьютер дээр тухайлан авч үзвэл, өнөөдөр ашиглагдаж буй компьютеруудаас илүү “ухаалаг” тийм компьютерууд зах зээлд гарч ирсэн тохиолдолд болов уу. Ийм компьютер нь мэдээлэлтэй ажилладаг биш харин мэдлэгтэй ажилладаг байх болов уу.

ДаалгаварHomework

Компьютерийн тоног төхөөрөмжийн тухай дэлгэрэнгүй мэдэх

Мэдээлэл, мэдээллийн технологи, системийн талаар дэлгэрэнгүй судлах

Сүүлийн үеийн технологийн ололт амжилтаас судлан мэдээ мэдээлэл бэлтгэн ирэх.