Компьютер

Компьютер эсвэл Тооцоолуур гэдэг нь нэг буюу хэд хэдэн төв процессор өгөгдсөн заавар буюу програмын дагуу өөрийн системийн төхөөрөмжүүдтэй мэдээлэл дамжуулах шугамуудаар харилцаж, мэдээллийг солилцох ба боловсруулан, тэдгээрийн үйл ажиллагааг удирдах цогц байгууламж юм.

Компьютер нь маш олон дүрс, хэлбэрээр байдаг. Орчин үеийн компьютертой төстэй төхөөрөмжүүд нь 20-р зууны дунд үед (1940 - 1941 оны үе) гарсан боловч компьютер гэдэг ухагдахуун ба компьютертой төстэй машинууд урьд нь байсан. Анхны цахилгаан компьютерууд нь бүтэн өрөөг дүүргэхээр хэмжээтэй байсан ба энэ нь хэдэн зуун персонал компьютерын иддэг хүчээр ажилладаг байжээ.^[1] Орчин үеийн компьютерууд нь өмнөх үеийнхтэй харьцуулахад маш жижиг төхөөрөмжүүдтэй ба үүнээс сая, тэрбум дахин илүү хүчин чадалтай. ^[2]Өнөө үед бол энгийн компьютерууд нь бугуйн цаганд таарахаар жижиг хэмжээтэй байж болох бөгөөд цагны зайгаас хүчээ авах боломжтой болсон. Монголд 1990-ээд онд үүнийг "Тооцолон бодох машин" гэж нэрлэж байсан.

Персонал компьютерууд нь мэдээллийн эрин үеийн бэлгэ тэмдэг болсон ба ихэнх хүмүүсийн "компьютер" гэхээр санаанд ордог зүйл болсон. Харин өнөө үед хамгийн өргөн тархсан компьютерын төрөл нь тусгай зориулалтын компьютерууд юм. Эдгээр нь бусад төхөөрөмжийг удирддаг маш жижиг төхөөрөмжүүд юм. Жишээ нь, тусгай зориулалтын компьютерууд нь үйлдвэрийн машинууд, дижитал аппаратууд, хүүхдийн тоглоомуудад байдаг.

Компьютеруудын програмууд гэдэг нэртэй заавруудыг хадгалах ба үйлдэж чадах явдал нь тэдгээрийг маш олон чадвартай болгодог ба тооны машинуудаас ялгадаг. Чурч-Турингын онол нь энэ чадварыг тодорхойлсон математикийн баримт юм:

"Бага ч хамаагүй хүчин чадалтай ямар нэг компьютер бол өөр ямар ч компьютертай ижил үүрэг даалгаврыг биелүүлж чадна."

Энэ нь персонал дижитал туслагчаас авахуулаад суперкомпьютер хүртэлх хүчин чадал ба багтаамжтай компьютерууд бол нэгэн адил үүрэг даалгаврыг хэрэгцээт багтаамж, цаг хугацаатайгаар биелүүлж чадна гэсэн үг юм.

Төрлүүд

Микро компьютер (Micro computer)
Уоркстейшн (Workstation)
Мэйнфрэйм (Mainframe computer)
Сервэр (Servers)
Мини компьютер (Mini computers)
Зөөврийн мэдээлэл хүлээн авагч (Portable data entry terminal)
Тусгай зориулалтын компьютер (Embedded computer)
Супер компьютер (Super computer)
Зөөврийн компьютер (Notebook,Laptop)

Компьютерын хөгжлийн үе шатууд

Компьютерын хөгжлийн үе шат (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.

I үе (1945-1958) – 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.

II үе (1959-1964) – транзистор

Энэ үеийн компьютеруудад 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.

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 эрсдэлийг 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 ихсэж, 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 эхэлснээс хойш өнөөдрийг хүртэлх болон цаашдын түүний хөгжлийн төлвийг Мурын хууль үзүүлдэг.

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 ашиглагдаж байжээ.

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

Энэ үеэс микропроцессорыг компьютерын үндсэн бүрэлдхүүн 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 Возниак, Стив Жобс 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.

Эшлэл

↑ In 1946, ENIAC consumed an estimated 174 kW. By comparison, a typical personal computer may use around 400 W; over four hundred times less. (Kempf, Karl (1961). "Historical Monograph: Electronic Computers Within the Ordnance Corps". Aberdeen Proving Ground (United States Army). 1961)
↑ Early computers such as Colossus and ENIAC were able to process between 5 and 100 operations per second. A modern "commodity" microprocessor (as of 2007) can process billions of operations per second, and many of these operations are more complicated and useful than early computer operations.

[1] In 1946, ENIAC consumed an estimated 174 kW. By comparison, a typical personal computer may use around 400 W; over four hundred times less. (Kempf, Karl (1961). "Historical Monograph: Electronic Computers Within the Ordnance Corps". Aberdeen Proving Ground (United States Army). 1961)

[2] Early computers such as Colossus and ENIAC were able to process between 5 and 100 operations per second. A modern "commodity" microprocessor (as of 2007) can process billions of operations per second, and many of these operations are more complicated and useful than early computer operations.

[1]

[2]