Дәріс. Деректерді компьютерде өңдеу және өңдеу құралдары

Ақпаратпен жұмыс істеудің негізгісі – оны өңдеу, оның көлемін өзгертіп, әртүрлі түрге келтіру. Ақпаратты өңдеу үшін техникалық құралдардың көмегімен формалды түрге немесе деректер құрылымына келтіру қажет.

Ақпаратты өңдеу – белгілі бір алгоритмдерді орындау арқылы ақпараттың бір түрінен деректер құрылымын алу.

Алгоритмді орындаушы – алгоритм бойынша көрсетілген амалдарды орындай алатын белгілі бір жүйе. Алгоритмді орындаушы ретінде әртүрлі есептегіш машиналар: электрондық, электрлік, механикалық, оптикалық және т.б. қолданылады. Әрине, қазіргі кезде негізінен электрондық есептегіш машиналар (ЭЕМ) немесе компьютерлер (computer - есептеуші) қолднылады.

ЭЕМ (электронды есептегіш машина)- алгоритм бойынша автоматты түрде ақпаратты өңдейтін әрі есептеулерді орындайтын электронды құрылғы.

Өңделінетін ақпараттың бейнелену формасына байланысты есептегіш машиналар негізінен үш топқа бөлінеді:

- цифрлы есептегіш машина (ЦВМ-ЦЕМ) цифр түрінде бейнеленген ақпаратты өңдейді;

- аналог есептегіш машинасы (АВМ) үзіліссіз ақпаратты өңдеуге арналған; үзіліссіз ақпарат ретінде электр тогы немесе оның кернеуі және т.б. болуы мүмкін;

- гибрид есептегіш машинасы (ГВМ-ГЕМ) цифр түріндегі де, аналог түріндегі де құрылғысы бар машина.

Қазіргі кезде көбірек қолданыста цифрлы есептегіш машиналар, себебі оның мүмкіншіліктері мен қолданысқа жеңілдігі олардың кеңірек таралуына жағдай жасады. Заманауи компьютерлердің негізін екі құрама бөлік құрайды:

HardWare – электронды және электрлі элементтер мен құрылғылардың жиыны немесе аппаратура;

SoftWare – ақпарат өңдеуді алгоритм бойынша орындауды қамтамасыз ететін және басқаратын командалар тізбегі түріндегі программалар жиыны.

Команда дегеніміз есептегіш машинаның белгілі бір операцияны орындауын анықтайтын екілік жүйедегі код.

Операция дегеніміз программаның бір командасының ақпаратқа қолданылатын амалдарының кешені.

Ақпаратты өңдеу үшін компьютерде орындалатын негізгі операциялар:

- арифметикалық;

- логикалық.

Арифметикалық операцияларға бүтін, бөлшек, жылжымалы үтірлі сандардың барлық түрлеріне қолданылатын барлық математикалық амалдар жатады.

Логикалық операциялар логикалық шамаларға қолданылады және одан логикалық нәтижелер алады.

Ақпаратты өңдеуге бағытталған амалдардың тізбегін есептеу жүйелерінде процесс деп атайды.

Компьютерде орындалатын есептеу процестерін ұйымдастырудың бірнеше режимдері болады:

- бір программалық бір пайдаланушы режимі;

- көп есепті (мультиесепті) режим;

- көп пайдаланушы режимі;

- көп процессорлы (мультипроцессорлы) режим.

Бір программалы бір пайдаланушы режимінде компьютердің барлық ресурстары бөлінбейді; есептеулер белгілі тізбек түрінде орындалады. Көп есепті режимде бірнеше программа бірінен соң бірі орындалады; бұл жерде компьютердің аппараттық және программалық ресурстары бөлінуі мүмкін. Көп пайдаланушы режимінде әрбір пайдаланушыға белгілі бір уақыт аралығы (квант) бөлінеді; бұл жерде компьютердің ресурстары бөлінеді; әсіресе қиындық туғызатыны компьютердің процессорының уақыты мен жад көлемін бөлу кезінде болады. Мультипроцессор режимінде есептеу жүйесінде бірнеше процессор болады; оларда параллель процестер орындалады. Әрине, бұл жағдайда ресурстарды бөлу аса қиындық туғызады.

Ақпаратты компьютерде өңдеу кезінде пайдаланушы (адам) мен компьютер арасында пакеттік және интерактивтік режимдер орнатылады.

Пакеттік режим дегеніміз бірнеше біртекті тапсырмалар топтама (пакет) түрінде біріктіріліп, компиляторға жүктеледі. Содан кейін пакеттегі барлық тапсырма бірінен соң бірі трансляцияланады. Трансляциядан өткен екілік код арқылы жазылған программалар орындалады. Сонда бірнеше программа бірақ рет жүктеледі. Осы арқылы уақытты үнемдеуге болады. Мұндай режим ерте кезде есептеу орталықтары (ВЦ-ЕО, ИВЦ-АЕО және т.б.) болған кезде кеңінен пайдаланылған болатын. Ондай жағдайда программа құрастырушы немесе пайдаланушы есептеу орталығына кіре алмайтын; прогграммаларды енгізу және орындауды есептеу орталығының мамандары орындайтын.

Интерактивтік режим кезінде пайдаланушы мен компьютер арасында диалог орнатылады. Егер ұжымдық есептеу орталығы болса, онда пайдаланушыға белгілі тәртіп бойынша есептеу орталығы уақыт белгілейді. Бұл режим қазіргі кезде негізгі режим болып есептеледі. Мысал ретінде пайдаланушы мен дербес компьютер арасындағы диалогты келтіруге болады.

Ақпарат өңдеу құралдарының классификациясы (HardWare). Ақпарат өңдеу құралдарының классификациясының әртүрлі жүйесін қарастыруға болады. Мысалы, компьютерлердің архитектурасы, өнімділігі процессорлар саны және т.б. көрсеткіштер арқылы классификация жасауға болады. Егер компьютерлерді өнімділігі бойынша түрлерге бөлетін болса, онда келесі шартты классифкацияны қабылдауға болады:

- микрокомпьютерлер;

- мэйнфреймдер;

- суперкомпьютерлер.

Компьютердің өнімділігі туралы. Жалпы компьютерлердің өнімділігін анықтау да кейбір қиындықтарды туғызады. Сондықтан компьютердің өнімділігін сипаттау үшін такт жиілігін пайдаланады. Компьютердің бұл сипаты оның операция орындаудағы жылдамдығын көрсетеді.

Такт дегеніміз логикалық элементтің бір рет іске қосылғанда жұмсалатын уақыт.

Барлық компьютерлерде арнайы такт жиілігінің генераторы деген құрылғы болады. Ол схеманың жұмысын жүргізу үшін импульс береді. Басқаша айтқанда, логикалық элемент қайтадан бір минифункцияны (микрооперацияны) орындау үшін белгілі бір уақыт күтуі тиіс. Ол уақыт такт деп аталынады. Такт жиілігі белгілі болса, машина орындайтын операцияға жұмсалынатынуақытты дәл білуге болады.

Такт жиілігінен басқа, компьютердің өнімділігін бағалау үшін басқа көрсеткіштер де пайдаланылады. Мысалы, MIPS (Mega Instruction Per Second – секундына миллион команда) немесе FLOPS (Floating Operations Per Second) –секундына жылжымалы нүктелі сандармен орындалатын операция саны. Оның MFLOPS (Mega Floating Operations Per Second - секундына жылжымалы нүктелі сандармен орындалатын миллион операция) және GFLOPS (Giga Floating Operations Per Second - секундына жылжымалы нүктелі сандармен орындалатын миллиард операция) деген өлшемдері болады.

Программалық жабдық (SoftWare). Жоғарыда айтылғандай, компьютердің жұмысын қамтамасыз ету үшін техникалық құрылғылармен қатар программалық жабдықтың болуы міндетті.

Программалық жабдық (SoftWare) дегеніміз есептеу системасының орындайтын программаларының жиыны мен оны пайдалануға қажетті құжаттар. Программалық жабдық компьютердің немесе компьютер жүйесінің құрылғыларының жұмысын, диагностикасы (тексеруді) мен тестілеуін, пайдаланушының тапсырмаларын орындауын және т.б. қамтамасыз ететін программалық құралдар.