Σύνθεση τεχνολογίας υπολογιστών. Τα κύρια χαρακτηριστικά της τεχνολογίας υπολογιστών. Ιστορία της ανάπτυξης της υπολογιστικής τεχνολογίας

Η έννοια της τεχνολογίας υπολογιστών - ένα σύνολο τεχνικών και μαθηματικών εργαλείων, μεθόδων και τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τη μηχανοποίηση και την αυτοματοποίηση των διαδικασιών υπολογιστών και επεξεργασίας πληροφοριών. Η βάση των τεχνικών μέσων της σύγχρονης υπολογιστικής τεχνολογίας αποτελείται από ηλεκτρονικούς υπολογιστές (υπολογιστές, υπολογιστές), συσκευές εισόδου, εξόδου, παρουσίασης και μετάδοσης δεδομένων (σαρωτές, εκτυπωτές, μόντεμ, οθόνες, plotter, πληκτρολόγια, μαγνητικές ταινίες και μονάδες δίσκου, κ.λπ.), φορητούς υπολογιστές, αριθμομηχανές, ηλεκτρονικά σημειωματάρια κ.λπ.

Ένας προσωπικός υπολογιστής είναι ένας επιτραπέζιος ή φορητός μικροϋπολογιστής ενός χρήστη που πληροί την απαίτηση γενικής διαθεσιμότητας και καθολικότητας.

Η βάση ενός υπολογιστή είναι ένας μικροεπεξεργαστής. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας και της τεχνολογίας των μικροεπεξεργαστών καθόρισε την αλλαγή των γενεών των Η/Υ:

1η γενιά (1975 - 1980) - βασισμένη σε 8 - και bit MP.

2η γενιά (1981 - 1985) - με βάση 16 - και bit MP.

3η γενιά (1986 - 1992) - βασίζεται σε MP 32-bit.

4η γενιά (από το 1993) - βασίζεται σε MP 64-bit.

Σήμερα, ο κόσμος των υπολογιστών βρίσκεται στα πρόθυρα μιας επανάστασης: CPU με τρανζίστορ επόμενης γενιάς και ισχυροί τσιπ για κινητάθα αυξήσει την απόδοση των φορητών υπολογιστών, tablet και smartphone κατά μια τάξη μεγέθους.

Τα στοιχεία επεξεργαστή των 10 και 12 nm το επόμενο έτος θα αλλάξουν εντελώς τον κόσμο των υπολογιστών: είναι 10.000 φορές μικρότερα από μια ανθρώπινη τρίχα (100.000 nm) σε πάχος και προσεγγίζουν άτομα πυριτίου (0,3 nm) σε διάμετρο.

Οι κύριοι κατασκευαστές μικροεπεξεργαστών για υπολογιστές είναι επί του παρόντος:

Η Intel είναι πρωτοπόρος στη δημιουργία και παραγωγή σύγχρονων επεξεργαστών. Μέχρι σήμερα, στην αγορά ακριβών υπολογιστών, οι πιο δημοφιλείς υπολογιστές με επεξεργαστές βασισμένους σε αρχιτεκτονική πολλαπλών πυρήνων Intel Core.

Τον Απρίλιο του 2012, η ​​Intel παρουσίασε την 3η γενιά της οικογένειας επεξεργαστών Intel® Core™ Quad-Core, διαθέσιμη σε ισχυρά επιτραπέζιων συστημάτωνεπαγγελματικού επιπέδου και φορητοί και λεπτοί υπολογιστές all-in-one, που είναι τα πρώτα τσιπ στον κόσμο που κατασκευάστηκαν με τεχνολογία κατασκευής 22 nm και χρησιμοποιώντας τρανζίστορ 3D Tri-Gate.

Η AMD (Advanced Micro Deviced) είναι ο πιο πραγματικός ανταγωνιστής της Intel. Μέχρι πρόσφατα, κατείχε τη θέση των φθηνών αλλά γρήγορων επεξεργαστών στην αγορά υπολογιστών, που προορίζονταν κυρίως για φθηνούς υπολογιστές και αναβαθμίσεις.

Με τη δημιουργία του επεξεργαστή Athlon το 1999, των επεξεργαστών Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton και μετά το 2003 των επεξεργαστών της σειράς K8, άρχισε να ανταγωνίζεται σοβαρά την Intel. Σήμερα, και οι δύο εταιρείες παράγουν ένα προϊόν καλής ποιότητας που μπορεί να ικανοποιήσει τις ανάγκες σχεδόν κάθε απαιτητικού χρήστη.

Επί του παρόντος, περίπου το 85% των υπολογιστών παράγονται με βάση αυτούς τους επεξεργαστές. Ανάλογα με τον σκοπό, μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

Οικιακό, που προορίζεται για μαζική κατανάλωση και έχει την απλούστερη βασική διαμόρφωση.

Γενικού σκοπού, σχεδιασμένο για την επίλυση επιστημονικών, τεχνικών, οικονομικών και άλλων εργασιών και εκπαίδευσης. Αυτή η κατηγορία έχει λάβει τη μεγαλύτερη διανομή και εξυπηρετείται, κατά κανόνα, από μη επαγγελματίες χρήστες.

Επαγγελματική, που χρησιμοποιείται στον επιστημονικό τομέα, για την επίλυση σύνθετων πληροφοριών και καθήκοντα παραγωγής. Έχουν υψηλή απόδοση και εξυπηρετούνται από επαγγελματίες χρήστες.

Επιπλέον, σύμφωνα με το σχεδιασμό του υπολογιστή, χωρίζονται σε:

LAPTOP υπολογιστές (υπολογιστής «γόνατος»). Στο Laptop, το πληκτρολόγιο και η μονάδα συστήματος είναι κατασκευασμένα σε μία θήκη, η οποία κλείνει από πάνω με ένα καπάκι με οθόνη LCD. Τα περισσότερα μοντέλα δεν διαφέρουν προς το καλύτερο στις τεχνικές τους παραμέτρους και έχουν μονόχρωμες οθόνες.

NOTEBOOK («τετράδια»). Τα τελευταία μοντέλα έχουν μάλλον υψηλές τεχνικές παραμέτρους συγκρίσιμες με έναν υπολογιστή γενικής χρήσης ( Βασικοί επεξεργαστές i7-3612QM, βίντεο έως 6144 Mb, σκληροί δίσκοι - HDD άνω των 600 GB ή SSD έως 256 GB.

ULTRABOOK (eng. Ultrabook) - ένας εξαιρετικά λεπτός και ελαφρύς φορητός υπολογιστής, ο οποίος έχει ακόμη μικρότερες διαστάσεις και βάρος σε σύγκριση με τα συμβατικά υποnotebook, αλλά ταυτόχρονα - τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ενός πλήρους φορητού υπολογιστή. Ο όρος έγινε ευρέως διαδεδομένος το 2011, αφού η Intel εισήγαγε μια νέα κατηγορία φορητών υπολογιστών - ultrabook, την έννοια της Intel και της Apple, που αναπτύχθηκε με βάση το 2008 Φορητός υπολογιστής Apple MacBook air. Τα Ultrabook είναι μικρότερα από τους κανονικούς φορητούς υπολογιστές, αλλά ελαφρώς μεγαλύτερα από τα netbook. Είναι εξοπλισμένα με μια μικρή οθόνη υγρών κρυστάλλων από 11 έως 13,3 ίντσες, είναι συμπαγή - πάχος έως 20 mm και ζυγίζουν έως 2 κιλά. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, τα ultrabook έχουν λίγες εξωτερικές θύρες και τα περισσότερα από αυτά δεν διαθέτουν μονάδα DVD.

Netbook (eng. Netbook) - φορητός υπολογιστής με σχετικά χαμηλή απόδοση, σχεδιασμένος κυρίως για πρόσβαση στο Διαδίκτυο και εργασία με εφαρμογές γραφείου. Έχει μικρό μέγεθος οθόνης 7-12 ιντσών, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, μικρό βάρος και σχετικά χαμηλό κόστος.

Η αρχή της λειτουργίας των σύγχρονων υπολογιστών μπορεί να περιγραφεί από τον ακόλουθο αλγόριθμο:

ΕΓΩ. Αρχικοποίηση

Μετά την ενεργοποίηση του υπολογιστή, τη φόρτωση του λειτουργικού συστήματος και του απαραίτητου προγράμματος, στον μετρητή προγράμματος εκχωρείται μια αρχική τιμή ίση με τη διεύθυνση της πρώτης εντολής αυτού του προγράμματος.

II. Ανάκτηση ομάδας

Η CPU εκτελεί τη λειτουργία ανάγνωσης της εντολής από τη μνήμη. Τα περιεχόμενα του μετρητή προγράμματος χρησιμοποιούνται ως διεύθυνση του κελιού μνήμης.

III. Ερμηνεία της εντολής και αύξηση του μετρητή προγράμματος

Το περιεχόμενο της θέσης μνήμης ανάγνωσης ερμηνεύεται από την CPU ως εντολή και τοποθετείται στον καταχωρητή εντολών. Η CU προχωρά στην ερμηνεία της εντολής. Από το πεδίο του κωδικού λειτουργίας από την πρώτη λέξη της εντολής, η CU καθορίζει το μήκος της και, εάν είναι απαραίτητο, οργανώνει πρόσθετες λειτουργίες ανάγνωσης μέχρι να διαβαστεί ολόκληρη η εντολή από την CPU. Το μήκος της εντολής προστίθεται στα περιεχόμενα του μετρητή προγράμματος και όταν η εντολή διαβαστεί πλήρως, η διεύθυνση της επόμενης εντολής σχηματίζεται στον μετρητή προγράμματος.

IV. Αποκρυπτογράφηση εντολών και εκτέλεση εντολών

Από τα πεδία διευθύνσεων της εντολής, η CU καθορίζει εάν η εντολή έχει τελεστές στη μνήμη. Εάν έχει, τότε με βάση τους τρόπους διευθυνσιοδότησης που καθορίζονται στα πεδία διευθύνσεων, υπολογίζονται οι διευθύνσεις των τελεστών και εκτελούνται λειτουργίες ανάγνωσης μνήμης για την ανάγνωση των τελεστών.

Η CU και η ALU εκτελούν τη λειτουργία που καθορίζεται στο πεδίο κωδικοποίησης της εντολής. Στον καταχωρητή σημαίας του επεξεργαστή, αποθηκεύονται τα σημάδια της λειτουργίας.

V. Εάν είναι απαραίτητο, εκτελεί η ΜΑ τη λειτουργία εγγραφής του αποτελέσματος στη μνήμη.

Εάν η τελευταία εντολή δεν ήταν "διακοπή του επεξεργαστή", τότε εκτελείται ξανά η περιγραφόμενη ακολουθία λειτουργιών. Αυτή η ακολουθία πράξεων ονομάζεται κύκλου επεξεργαστή .

Σε συγκεκριμένους υπολογιστές, η εφαρμογή αυτού του αλγορίθμου ενδέχεται να διαφέρει ελαφρώς. Αλλά κατ 'αρχήν, η λειτουργία οποιουδήποτε υπολογιστή von Neumann περιγράφεται από έναν παρόμοιο αλγόριθμο και είναι μια ακολουθία αρκετά απλών πράξεων.

Ένας υπολογιστής περιλαμβάνει τρεις κύριες συσκευές: μονάδα συστήματος, πληκτρολόγιο και οθόνη . Για επέκταση της λειτουργικότητας του υπολογιστή, συνδέονται επιπλέον περιφερειακές συσκευές: εκτυπωτής, σαρωτής, χειριστές κ.λπ. Αυτές οι συσκευές είτε συνδέονται στη μονάδα συστήματος χρησιμοποιώντας καλώδια μέσω των βυσμάτων που βρίσκονται στο πίσω τοίχωμα της μονάδας συστήματος είτε εισάγονται απευθείας στη μονάδα συστήματος. Ο υπολογιστής έχει μια αρθρωτή δομή. Όλες οι μονάδες είναι συνδεδεμένες στο δίαυλο συστήματος.

Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο εξωτερικών συσκευών ελεγκτές (προσαρμογείς VU) . Μετά τη λήψη εντολής από το MP, ο ελεγκτής, λειτουργώντας αυτόνομα, απαλλάσσει το MP από την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών για τη συντήρηση μιας εξωτερικής συσκευής.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αύξηση της ταχύτητας των σύγχρονων MP και μεμονωμένων συσκευών εξωτερικών σε αυτό (κύρια και εξωτερική μνήμη, συστήματα βίντεο κ.λπ.) έχει οδηγήσει στο πρόβλημα της αύξησης εύρος ζώνηςδίαυλο συστήματος κατά τη σύνδεση αυτών των συσκευών. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, αναπτύχθηκαν τοπικά λεωφορεία που συνδέονται απευθείας με το δίαυλο MP.

Η κύρια συσκευή σε έναν υπολογιστή είναι μονάδα του συστήματος . Αποτελείται από CPU, συνεπεξεργαστή, σταθερό και μνήμη τυχαίας προσπέλασης, ελεγκτές, μαγνητικές μονάδες δίσκου, τροφοδοτικό και άλλες λειτουργικές μονάδες. Η διαμόρφωση του υπολογιστή μπορεί να αλλάξει συνδέοντας πρόσθετες μονάδες. Για να διασφαλιστεί η συνεπής λειτουργία των συσκευών Η/Υ μητρική πλακέταπεριέχει ένα chipset, δηλ. ένα σετ μικροκυκλωμάτων (τσιπ).

Το chipset ορίζει τα κύρια χαρακτηριστικά της πλακέτας:

τύποι υποστηριζόμενων CPU.

Η μέγιστη συχνότητα του διαύλου συστήματος.

Λογική μεταγωγής συσκευής.

υποστηριζόμενοι τύποι και μέγιστο μέγεθοςκύρια μνήμη?

ταχύτητα εργασίας με κάθε τύπο μνήμης.

υποστήριξη για θύρα επιταχυνόμενων γραφικών.

τύπος διεπαφής δίσκου και οι τρόποι λειτουργίας του.

ο μέγιστος αριθμός θυρίδων επέκτασης·

Παρακολούθηση Η/Υ.

Το chipset ενός σύγχρονου υπολογιστή αποτελείται συνήθως από δύο τσιπ: τη βόρεια γέφυρα (North Bridge) ή τον διανομέα ελεγκτή μνήμης (eng. Memory Controller Hub, MCH), που εξυπηρετεί τις κεντρικές συσκευές και περιέχει τους ελεγκτές της κύριας μνήμης, δίαυλο γραφικών, δίαυλος συστήματος και δίαυλος μνήμης και η νότια γέφυρα (South Bridge) ή I/O Controller Hub (ICH), που περιέχει ελεγκτές για συσκευές I/O και τυπικά περιφερειακά.

Λειτουργικό διάγραμμα υπολογιστή-Σύμφωνα με το σκοπό του υπολογιστή - είναι μια καθολική συσκευή για εργασία με πληροφορίες.Σύμφωνα με τις αρχές της συσκευής του, ένας υπολογιστής είναι ένα μοντέλο ατόμου που εργάζεται με πληροφορίες.

Προσωπικός υπολογιστής(PC) είναι ένας υπολογιστής που έχει σχεδιαστεί για να εξυπηρετεί έναν χώρο εργασίας. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του, μπορεί να διαφέρει από τους μεγάλους υπολογιστές, αλλά είναι λειτουργικά ικανό να εκτελεί παρόμοιες λειτουργίες. Σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας, διακρίνονται τα μοντέλα επιτραπέζιου (desktop), φορητού (laptop και notebook) και τσέπης (palmtop).

Σκεύη, εξαρτήματα.Δεδομένου ότι ο υπολογιστής παρέχει και τις τρεις κατηγορίες μεθόδων πληροφοριών για την εργασία με δεδομένα (υλισμικό, λογισμικό και φυσικό), συνηθίζεται να μιλάμε για ένα σύστημα υπολογιστή που αποτελείται από υλικό και λογισμικό που συνεργάζονται. Τα μέρη που συνθέτουν το υλικό ενός υπολογιστή ονομάζονται υλικό. Εκτελούν όλη τη φυσική εργασία με δεδομένα: εγγραφή, αποθήκευση, μεταφορά και μετασχηματισμό τόσο σε μορφή όσο και σε περιεχόμενο και επίσης τα παρουσιάζουν σε μια μορφή κατάλληλη για αλληλεπίδραση με φυσικούς πόρους. μεθόδους πληροφόρησηςπρόσωπο.

Το σύνολο του υλικού ενός υπολογιστή ονομάζεται διαμόρφωση υλικού του.

Λογισμικό.Τα προγράμματα μπορούν να είναι σε δύο καταστάσεις: ενεργό και παθητικό. Στην παθητική κατάσταση, το πρόγραμμα δεν λειτουργεί και μοιάζει με δεδομένα, το περιεχόμενο των οποίων είναι πληροφορίες. Σε αυτήν την κατάσταση, τα περιεχόμενα του προγράμματος μπορούν να «διαβαστούν» με άλλα προγράμματα, καθώς διαβάζονται τα βιβλία και τροποποιούνται. Από αυτό μπορείτε να μάθετε τον σκοπό του προγράμματος και πώς λειτουργεί. Στην παθητική κατάσταση, τα προγράμματα δημιουργούνται, επεξεργάζονται, αποθηκεύονται και μεταφέρονται. Η διαδικασία δημιουργίας και επεξεργασίας προγραμμάτων ονομάζεται προγραμματισμός.

Όταν το πρόγραμμα βρίσκεται σε ενεργή κατάσταση, το περιεχόμενο των δεδομένων του αντιμετωπίζεται ως εντολές σύμφωνα με τις οποίες λειτουργεί το υλικό του υπολογιστή. Για να αλλάξετε τη σειρά της εργασίας τους, αρκεί να διακόψετε την εκτέλεση ενός προγράμματος και να ξεκινήσετε την εκτέλεση ενός άλλου που περιέχει διαφορετικό σύνολο εντολών.

Το σύνολο των προγραμμάτων που είναι αποθηκευμένα σε έναν υπολογιστή το κάνει λογισμικό. Το σύνολο των προγραμμάτων που προετοιμάζονται για εργασία ονομάζεται εγκατεστημένο λογισμικό. Το σύνολο των προγραμμάτων που εκτελούνται κάθε φορά ονομάζεται διαμόρφωση προγράμματος.

Συσκευή υπολογιστή.Κάθε υπολογιστής (ακόμη και ο μεγαλύτερος) αποτελείται από τέσσερα μέρη:

• συσκευές εισόδου
• συσκευές επεξεργασίας πληροφοριών
• συσκευές αποθήκευσης
• συσκευές εξόδου.

Δομικά, αυτά τα μέρη μπορούν να συνδυαστούν σε μια περίπτωση στο μέγεθος ενός βιβλίου ή κάθε μέρος μπορεί να αποτελείται από πολλές μάλλον ογκώδεις συσκευές.

Βασική διαμόρφωση υλικού υπολογιστή.Η βασική διαμόρφωση υλικού ενός προσωπικού υπολογιστή ονομάζεται το ελάχιστο σύνολο υλικού που επαρκεί για να ξεκινήσει η εργασία με έναν υπολογιστή. Με την πάροδο του χρόνου, η έννοια της βασικής διαμόρφωσης αλλάζει σταδιακά.

Τις περισσότερες φορές, ένας προσωπικός υπολογιστής αποτελείται από τις ακόλουθες συσκευές:

• Μονάδα του συστήματος
• Οθόνη
• Πληκτρολόγιο

Επιπλέον, μπορούν να συνδεθούν και άλλες συσκευές εισόδου και εξόδου, για παράδειγμα ηχεία ήχου, εκτυπωτής, σαρωτής...

Μονάδα του συστήματος- κύρια μονάδα σύστημα υπολογιστή. Περιέχει συσκευές που θεωρούνται εσωτερικές. Οι συσκευές που συνδέονται με τη μονάδα συστήματος από το εξωτερικό θεωρούνται εξωτερικές. Για εξωτερικές συσκευές χρησιμοποιείται επίσης ο όρος περιφερειακός εξοπλισμός.
Οθόνη- μια συσκευή για την οπτική αναπαραγωγή του χαρακτήρα και γραφικές πληροφορίες. Λειτουργεί ως συσκευή εξόδου. Για επιτραπέζιους υπολογιστές, οι οθόνες που βασίζονται σε καθοδικούς σωλήνες είναι επί του παρόντος οι πιο συνηθισμένες. Μοιάζουν αόριστα με οικιακές τηλεοράσεις.
Πληκτρολόγιο- μια συσκευή πληκτρολογίου σχεδιασμένη να ελέγχει τη λειτουργία ενός υπολογιστή και να εισάγει πληροφορίες σε αυτόν. Οι πληροφορίες εισάγονται ως δεδομένα αλφαριθμητικών χαρακτήρων.
Ποντίκι- "γραφική" συσκευή ελέγχου.

Εσωτερικές συσκευές ενός προσωπικού υπολογιστή.
Οι συσκευές που βρίσκονται στη μονάδα συστήματος θεωρούνται εσωτερικές. Ορισμένα από αυτά είναι προσβάσιμα από τον μπροστινό πίνακα, που είναι βολικό για γρήγορες αλλαγές. φορείς πληροφοριώνόπως δισκέτες. Οι υποδοχές ορισμένων συσκευών εμφανίζονται στον πίσω τοίχο - χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση περιφερειακού εξοπλισμού. Δεν παρέχεται πρόσβαση σε ορισμένες συσκευές της μονάδας συστήματος - δεν απαιτείται για κανονική λειτουργία.

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ.Ο μικροεπεξεργαστής είναι το κύριο μικροκύκλωμα ενός προσωπικού υπολογιστή. Όλοι οι υπολογισμοί εκτελούνται σε αυτό. Το κύριο χαρακτηριστικό του επεξεργαστή είναι η συχνότητα ρολογιού (μετρούμενη σε megahertz, MHz). Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του ρολογιού, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση του επεξεργαστή. Έτσι, για παράδειγμα, σε συχνότητα ρολογιού 500 MHz, ο επεξεργαστής μπορεί να την αλλάξει
κατάσταση 500 εκατομμύρια φορές. Για τις περισσότερες λειτουργίες, ένας κύκλος δεν είναι αρκετός, επομένως ο αριθμός των λειτουργιών που μπορεί να εκτελέσει ο επεξεργαστής ανά δευτερόλεπτο εξαρτάται όχι μόνο από τη συχνότητα του ρολογιού, αλλά και από την πολυπλοκότητα των λειτουργιών.

Η μόνη συσκευή για την οποία ο επεξεργαστής "γνωρίζει από τη γέννησή του" είναι η RAM - λειτουργεί μαζί της. Από εδώ προέρχονται τα δεδομένα και οι εντολές. Τα δεδομένα αντιγράφονται σε κελιά επεξεργαστή (ονομάζονται καταχωρητές) και στη συνέχεια μετατρέπονται σύμφωνα με το περιεχόμενο των οδηγιών. Για μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του πώς αλληλεπιδρά ο επεξεργαστής με τη μνήμη RAM, θα βρείτε στα κεφάλαια για τα βασικά του προγραμματισμού.

ΕΜΒΟΛΟ.Η μνήμη RAM μπορεί να θεωρηθεί ως μια τεράστια σειρά κελιών που αποθηκεύουν αριθμητικά δεδομένα και εντολές ενώ ο υπολογιστής είναι ενεργοποιημένος. Η ποσότητα της μνήμης RAM μετριέται σε εκατομμύρια byte - megabyte (MB).

Ο επεξεργαστής μπορεί να έχει πρόσβαση σε οποιοδήποτε κελί RAM (byte) επειδή έχει μια μοναδική αριθμητική διεύθυνση. Ο επεξεργαστής δεν μπορεί να έχει πρόσβαση σε ένα μεμονωμένο bit της μνήμης RAM, καθώς το bit δεν έχει διεύθυνση. Ταυτόχρονα, ο επεξεργαστής μπορεί να αλλάξει την κατάσταση οποιουδήποτε bit, αλλά αυτό απαιτεί αρκετές ενέργειες.

Μητρική πλακέτα.Η μητρική πλακέτα είναι η μεγαλύτερη πλακέτα σε έναν προσωπικό υπολογιστή. Σε αυτό βρίσκονται οι αυτοκινητόδρομοι που συνδέουν τον επεξεργαστή με τη μνήμη RAM - τα λεγόμενα ελαστικά. Γίνεται διάκριση μεταξύ του διαύλου δεδομένων, μέσω του οποίου ο επεξεργαστής αντιγράφει δεδομένα από κελιά μνήμης, του διαύλου διευθύνσεων, μέσω του οποίου συνδέεται με συγκεκριμένα κελιά μνήμης, και του διαύλου εντολών, μέσω του οποίου ο επεξεργαστής λαμβάνει εντολές από προγράμματα. Όλες οι άλλες εσωτερικές συσκευές του υπολογιστή συνδέονται επίσης με τους διαύλους της μητρικής πλακέτας. Ελέγχει τη λειτουργία του chipset μικροεπεξεργαστή της μητρικής πλακέτας - το λεγόμενο chipset.

Προσαρμογέας βίντεο.Ένας προσαρμογέας βίντεο είναι μια εσωτερική συσκευή που είναι εγκατεστημένη σε μία από τις υποδοχές της μητρικής πλακέτας. Οι πρώτοι προσωπικοί υπολογιστές δεν είχαν προσαρμογείς βίντεο. Αντίθετα, διατέθηκε μια μικρή περιοχή στη μνήμη RAM για την αποθήκευση δεδομένων βίντεο. Ένα ειδικό μικροκύκλωμα (ελεγκτής βίντεο) διάβαζε δεδομένα από κελιά μνήμης βίντεο και έλεγχε την οθόνη σύμφωνα με αυτά.

Καθώς βελτιώθηκαν οι δυνατότητες γραφικών των υπολογιστών, η περιοχή της μνήμης βίντεο διαχωρίστηκε από την κύρια μνήμη RAM και, μαζί με τον ελεγκτή βίντεο, κατανεμήθηκε σε μια ξεχωριστή συσκευή, η οποία ονομαζόταν προσαρμογέας βίντεο. Οι σύγχρονοι προσαρμογείς βίντεο έχουν τον δικό τους υπολογιστικό επεξεργαστή (επεξεργαστής βίντεο), ο οποίος έχει μειώσει το φορτίο στον κύριο επεξεργαστή κατά τη δημιουργία σύνθετων εικόνων. Ο επεξεργαστής βίντεο παίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο κατά την κατασκευή σε επίπεδη οθόνη. τρισδιάστατες εικόνες. Κατά τη διάρκεια τέτοιων εργασιών, πρέπει να εκτελέσει ιδιαίτερα πολλούς μαθηματικούς υπολογισμούς.

Σε ορισμένα μοντέλα μητρικών πλακών, οι λειτουργίες του προσαρμογέα βίντεο εκτελούνται από chipset - σε αυτήν την περίπτωση, λένε ότι ο προσαρμογέας βίντεο είναι ενσωματωμένος με μητρική πλακέτα. Εάν ο προσαρμογέας βίντεο είναι κατασκευασμένος ως ξεχωριστή συσκευή, ονομάζεται κάρτα βίντεο. Η υποδοχή της κάρτας γραφικών βρίσκεται στον πίσω τοίχο. Μια οθόνη είναι συνδεδεμένη σε αυτό.

Προσαρμογέας ήχου.Για υπολογιστές IBM PC, η εργασία με ήχο δεν παρέχεται αρχικά. Για τα πρώτα δέκα χρόνια της ύπαρξής της, οι υπολογιστές αυτής της πλατφόρμας θεωρούνταν εξοπλισμός γραφείου και δεν υπήρχαν συσκευές ήχου. Επί του παρόντος, τα εργαλεία για την εργασία με ήχο θεωρούνται στάνταρ. Για αυτό σε μητρική πλακέταέχει εγκατασταθεί ο προσαρμογέας ήχου. Μπορεί να ενσωματωθεί στο chipset της μητρικής πλακέτας ή να υλοποιηθεί ως ξεχωριστή πλακέτα plug-in που ονομάζεται κάρτα ήχου.
Οι υποδοχές της κάρτας ήχου βρίσκονται στο πίσω μέρος του υπολογιστή. Για αναπαραγωγή ήχου, συνδέστε τα ηχεία ή ακουστικά σε αυτά. Μια ξεχωριστή υποδοχή είναι για τη σύνδεση μικροφώνου. Υπό την παρουσία του ειδικό πρόγραμμααυτό σας επιτρέπει να εγγράψετε ήχο. Υπάρχει επίσης υποδοχή (έξοδος γραμμής) για σύνδεση σε εξωτερικό εξοπλισμό εγγραφής ή αναπαραγωγής ήχου (κασετόφωνο, ενισχυτές κ.λπ.).

HDD.Δεδομένου ότι η μνήμη RAM του υπολογιστή διαγράφεται όταν απενεργοποιείται η τροφοδοσία, απαιτείται μια συσκευή για μακροχρόνια αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων. Επί του παρόντος, οι λεγόμενοι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούνται ευρέως για αυτούς τους σκοπούς.
Λειτουργική αρχή σκληρός δίσκοςβασίζεται στην καταγραφή αλλαγών στο μαγνητικό πεδίο κοντά στην κεφαλή εγγραφής.

Κύριος σκληράδίσκος είναι η χωρητικότητα, μετρημένη σε gigabyte (δισεκατομμύρια byte), GB. Το μέσο μέγεθος ενός σύγχρονου σκληρού δίσκου είναι 80 - 160 GB και αυτή η παράμετρος αυξάνεται σταθερά.

Μονάδα δισκέτας.Για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ απομακρυσμένων υπολογιστών, χρησιμοποιούνται οι λεγόμενες δισκέτες. Μια τυπική δισκέτα (δισκέτα) έχει σχετικά μικρή χωρητικότητα 1,44 MB. Σύμφωνα με τα σύγχρονα πρότυπα, αυτό είναι εντελώς ανεπαρκές για τις περισσότερες εργασίες αποθήκευσης και μεταφοράς δεδομένων, αλλά το χαμηλό κόστος των μέσων και ο υψηλός βαθμός διαθεσιμότητας για εργασία έχουν καταστήσει τις δισκέτες τα πιο κοινά μέσα αποθήκευσης.

Για την εγγραφή και την ανάγνωση δεδομένων που τοποθετούνται σε δισκέτες, χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή - μια μονάδα δίσκου. Η οπή λήψης της μονάδας εμφανίζεται στον μπροστινό πίνακα της μονάδας συστήματος.

Μονάδα CD-ROM.Για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε CD-ROM. Αυτοί οι δίσκοι σάς επιτρέπουν μόνο να διαβάζετε προηγούμενα γραμμένα δεδομένα - δεν μπορείτε να γράψετε σε αυτούς. Η χωρητικότητα ενός δίσκου είναι περίπου 650-700 MB.

Οι μονάδες CD-ROM χρησιμοποιούνται για την ανάγνωση CD. Η κύρια παράμετρος μιας μονάδας CD-ROM είναι η ταχύτητα ανάγνωσης. Μετριέται σε πολλαπλές μονάδες. Η μονάδα είναι η ταχύτητα ανάγνωσης, εγκεκριμένη στα μέσα της δεκαετίας του '80. για μουσικά CD (CD ήχου). Οι σύγχρονες μονάδες CD-ROM παρέχουν ταχύτητα ανάγνωσης 40x - 52x.
Κύριο μειονέκτημα Μονάδες CD-ROM- η αδυναμία εγγραφής δίσκων - ξεπερνιέται σε σύγχρονες συσκευές εγγραφής - CD-R. Υπάρχουν επίσης συσκευές CD-RW που επιτρέπουν πολλαπλές εγγραφές.

Η αρχή της αποθήκευσης δεδομένων σε CD δεν είναι μαγνητική, όπως οι δισκέτες, αλλά οπτική.

Θύρες επικοινωνίας.Για την επικοινωνία με άλλες συσκευές, όπως εκτυπωτή, σαρωτή, πληκτρολόγιο, ποντίκι κ.λπ., ο υπολογιστής είναι εξοπλισμένος με τις λεγόμενες θύρες. Μια θύρα δεν είναι απλώς ένας σύνδεσμος για τη σύνδεση εξωτερικού εξοπλισμού, αν και μια θύρα τελειώνει με έναν σύνδεσμο. Μια θύρα είναι μια πιο σύνθετη συσκευή από μια απλή υποδοχή, η οποία έχει τα δικά της μικροκυκλώματα και ελέγχεται από λογισμικό.

προσαρμογέα δικτύου.Οι υπολογιστές χρειάζονται προσαρμογείς δικτύου για να μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Αυτή η συσκευή διασφαλίζει ότι ο επεξεργαστής δεν υποβάλλει νέο τμήμα δεδομένων σε εξωτερική θύρα έως ότου ο προσαρμογέας δικτύου ενός γειτονικού υπολογιστή αντιγράψει το προηγούμενο τμήμα στον εαυτό του. Μετά από αυτό, δίνεται στον επεξεργαστή ένα σήμα ότι τα δεδομένα έχουν ληφθεί και μπορούν να υποβληθούν νέα. Έτσι γίνεται η μετάδοση.

Όταν ένας προσαρμογέας δικτύου "μαθαίνει" από έναν γειτονικό προσαρμογέα ότι έχει ένα κομμάτι δεδομένων, τα αντιγράφει στον εαυτό του και στη συνέχεια ελέγχει αν απευθύνονται σε αυτόν. Αν ναι, τα περνάει στον επεξεργαστή. Εάν όχι, τα εκθέτει στη θύρα εξόδου, από όπου θα τα παραλάβει ο προσαρμογέας δικτύου του επόμενου γειτονικού υπολογιστή. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο τα δεδομένα μετακινούνται μεταξύ των υπολογιστών μέχρι να φτάσουν στον προορισμό.
Τα NIC μπορούν να ενσωματωθούν στη μητρική πλακέτα, αλλά πιο συχνά εγκαθίστανται ξεχωριστά ως πρόσθετες κάρτες που ονομάζονται κάρτες δικτύου.

Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές ταξινομούνται συνήθως σύμφωνα με μια σειρά κριτηρίων, ιδίως: λειτουργικότητακαι τη φύση των εργασιών που πρέπει να επιλυθούν, σύμφωνα με τη μέθοδο οργάνωσης υπολογιστική διαδικασία, από αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά και υπολογιστική ισχύ.

Σύμφωνα με τη λειτουργικότητα και τη φύση των εργασιών που πρέπει να επιλυθούν, υπάρχουν:

Υπολογιστές γενικής χρήσης.

Υπολογιστές με προσανατολισμό στο πρόβλημα.

εξειδικευμένους υπολογιστές.

Mainframesέχουν σχεδιαστεί για να επιλύουν ποικίλα μηχανολογικά και τεχνικά προβλήματα, που χαρακτηρίζονται από την πολυπλοκότητα των αλγορίθμων και τον μεγάλο όγκο επεξεργασμένων δεδομένων.

Υπολογιστές προσανατολισμένοι στο πρόβλημαέχει σχεδιαστεί για να επιλύει ένα στενότερο φάσμα εργασιών που σχετίζονται με την καταχώριση, τη συσσώρευση και την επεξεργασία μικρών ποσοτήτων δεδομένων.

Εξειδικευμένοι υπολογιστέςχρησιμοποιούνται για την επίλυση ενός στενού φάσματος εργασιών (μικροεπεξεργαστές και ελεγκτές που εκτελούν τις λειτουργίες ελέγχου τεχνικών συσκευών).

Σύμφωνα με τη μέθοδο οργάνωσης της υπολογιστικής διαδικασίαςΟι υπολογιστές χωρίζονται σε μονοεπεξεργαστή και πολυεπεξεργαστή, καθώς και σε σειριακούς και παράλληλους.

Μονοεπεξεργαστής.Ο υπολογιστής διαθέτει έναν κεντρικό επεξεργαστή και όλες οι υπολογιστικές λειτουργίες και λειτουργίες ελέγχου των συσκευών εισόδου-εξόδου εκτελούνται σε αυτόν τον επεξεργαστή.

Πολυεπεξεργαστής.Ο υπολογιστής διαθέτει αρκετούς επεξεργαστές μεταξύ των οποίων ανακατανέμονται οι λειτουργίες οργάνωσης της υπολογιστικής διαδικασίας και ελέγχου των συσκευών εισόδου-εξόδου πληροφοριών.

Ακολουθητικός.Λειτουργούν σε λειτουργία ενός προγράμματος, όταν ο υπολογιστής έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να εκτελέσει μόνο ένα πρόγραμμα και όλοι οι πόροι του χρησιμοποιούνται μόνο για τα συμφέροντα του εκτελέσιμου προγράμματος.

Παράλληλο.Λειτουργούν σε λειτουργία πολλαπλών προγραμμάτων, όταν στον υπολογιστή εκτελούνται πολλά προγράμματα χρήστη και μοιράζονται πόροι μεταξύ αυτών των προγραμμάτων, διασφαλίζοντας την παράλληλη εκτέλεσή τους.

Σύμφωνα με τα αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά και την υπολογιστική ισχύ, υπάρχουν:

Ας εξετάσουμε το σχήμα ταξινόμησης των υπολογιστών σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό (Εικ. 1).

Εικ.1.Ταξινόμηση υπολογιστών ανά αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά

και υπολογιστική ισχύ.

υπερυπολογιστές- Αυτοί είναι οι πιο ισχυροί υπολογιστές από άποψη ταχύτητας και απόδοσης. Οι υπερυπολογιστές περιλαμβάνουν το "Cray" και το "IBM SP2" (ΗΠΑ). Χρησιμοποιούνται για την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων και προσομοιώσεων μεγάλης κλίμακας, για σύνθετους υπολογισμούς στην αεροδυναμική, τη μετεωρολογία, τη φυσική υψηλής ενέργειας και επίσης βρίσκουν εφαρμογή στον χρηματοοικονομικό τομέα.

Μεγάλα μηχανήματα ή mainframe (Mainframe).Τα κύρια συστήματα χρησιμοποιούνται στον χρηματοπιστωτικό τομέα, την αμυντική βιομηχανία και χρησιμοποιούνται για τον εξοπλισμό τμηματικών, περιφερειακών και περιφερειακών κέντρων υπολογιστών.

Μεσαίους υπολογιστέςγενικής χρήσης χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο πολύπλοκων τεχνολογικών διαδικασιών παραγωγής.

μινιυπολογιστήςπροσανατολίζονται στη χρήση ως συμπλέγματα υπολογιστών ελέγχου, ως διακομιστές δικτύου.

Μικροϋπολογιστήςείναι υπολογιστές που χρησιμοποιούν έναν μικροεπεξεργαστή ως κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Αυτά περιλαμβάνουν ενσωματωμένους μικροϋπολογιστές (ενσωματωμένους σε διάφορους εξοπλισμούς, συσκευές ή συσκευές) και προσωπικούς υπολογιστές Η/Υ.

Προσωπικοί υπολογιστές.Ταχεία ανάπτυξη που αποκτήθηκε τα τελευταία 20 χρόνια. Ένας προσωπικός υπολογιστής (PC) έχει σχεδιαστεί για να εξυπηρετεί έναν ενιαίο χώρο εργασίας και είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες των μικρών επιχειρήσεων και των ατόμων. Με την έλευση του Διαδικτύου, η δημοτικότητα του Η/Υ έχει αυξηθεί σημαντικά, αφού με τη βοήθεια ενός προσωπικού υπολογιστή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε επιστημονικές, αναφορές, εκπαιδευτικές και ψυχαγωγικές πληροφορίες.

Οι προσωπικοί υπολογιστές περιλαμβάνουν επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές. Οι φορητοί υπολογιστές περιλαμβάνουν Notebook (notebook ή notebook) και προσωπικούς ψηφιακούς βοηθούς (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants - PDA και Palmtop).

Ενσωματωμένοι υπολογιστές.Υπολογιστές που χρησιμοποιούνται σε διάφορες συσκευέςαχ, συστήματα, συγκροτήματα για την υλοποίηση συγκεκριμένων λειτουργιών. Για παράδειγμα, διαγνωστικά αυτοκινήτων.

Από το 1999, ένα διεθνές πρότυπο πιστοποίησης, η προδιαγραφή RS99, χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση των Η/Υ. Σύμφωνα με αυτή την προδιαγραφή, οι Η/Υ χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:

Μαζικοί Η/Υ (Η/Υ καταναλωτών);

Επαγγελματικοί Η/Υ (Υ/Υ γραφείου).

φορητοί Η/Υ (Φορητοί Η/Υ).

σταθμοί εργασίας (WorkStation);

Ψυχαγωγικοί Η/Υ (Pc Entertainment).

Οι περισσότεροι υπολογιστές είναι ογκώδηςκαι περιλαμβάνουν ένα τυπικό (ελάχιστο απαιτούμενο) σύνολο υλικού. Αυτό το σετ περιλαμβάνει: μονάδα συστήματος, οθόνη, πληκτρολόγιο, ποντίκι. Εάν είναι απαραίτητο, αυτό το σετ μπορεί εύκολα να συμπληρωθεί με άλλες συσκευές κατόπιν αιτήματος του χρήστη, για παράδειγμα, έναν εκτυπωτή.

Επαγγελματικοί Η/Υπεριλαμβάνει ένα ελάχιστο μέσο αναπαραγωγής γραφικών και ήχου.

Φορητοί Η/Υδιαφέρουν ως προς την παρουσία μέσων επικοινωνίας απομακρυσμένης πρόσβασης.

Σταθμοί εργασίαςανταποκρίνεται στις αυξημένες απαιτήσεις μνήμης των συσκευών αποθήκευσης.

Υπολογιστές ψυχαγωγίαςεπικεντρώνεται στην αναπαραγωγή υψηλής ποιότητας γραφικών και ήχου.

Με χαρακτηριστικά σχεδίου Οι Η/Υ χωρίζονται σε:

σταθερό (επιτραπέζιο, επιτραπέζιο);

φορητός:

Φορητό (Laptop);

σημειωματάρια (Notebook)?

τσέπη (Palmtop).

Για την αποτελεσματική μελέτη των εφαρμοσμένων τεχνολογιών υπολογιστών, είναι εξαιρετικά σημαντικό να έχουμε σαφή κατανόηση του υλικού και του λογισμικού της τεχνολογίας υπολογιστών. Η σύνθεση της τεχνολογίας υπολογιστών ονομάζεται διαμόρφωση . Υλικό και λογισμικόη υπολογιστική τεχνολογία εξετάζεται χωριστά. Αντίστοιχα, εξετάζουμε ξεχωριστά διαμόρφωση υλικού και αυτοί πρόγραμμα διαμόρφωση. Αυτή η αρχή διαχωρισμού έχει ιδιαίτερη σημασία για την επιστήμη των υπολογιστών, καθώς πολύ συχνά η λύση των ίδιων προβλημάτων μπορεί να δοθεί τόσο από υλικό όσο και από λογισμικό. Τα κριτήρια για την επιλογή μιας λύσης υλικού ή λογισμικού είναι η απόδοση και η αποδοτικότητα. Για παράδειγμα, ή πληκτρολογήστε κείμενο επεξεργαστής κειμένουή χρησιμοποιήστε σαρωτή.

Βασική διαμόρφωση υλικού ενός προσωπικού υπολογιστή

Ο προσωπικός υπολογιστής είναι ένα καθολικό τεχνικό σύστημα. Του διαμόρφωση (σύνθεση εξοπλισμού) μπορεί να αλλάξει με ευελιξία ανάλογα με τις ανάγκες. Ωστόσο, υπάρχει μια έννοια βασική διαμόρφωση , που θεωρείται τυπικό, δηλ. ελάχιστο σύνολο εξοπλισμού. Σε ένα τέτοιο κιτ, συνήθως παρέχεται ο υπολογιστής. Η έννοια μιας βασικής διαμόρφωσης μπορεί να αλλάξει. Επί του παρόντος, εξετάζεται η βασική διαμόρφωση παρακάτω συσκευές(Εικ. 2.1.):

Ας ρίξουμε μια ματιά στα μέρη του.

Προς το κύριο τεχνικά μέσαΟ προσωπικός υπολογιστής περιλαμβάνει:

- μονάδα του συστήματος;

- οθόνη (οθόνη);

- πληκτρολόγιο.

Επιπλέον, μπορείτε να συνδεθείτε σε έναν υπολογιστή, για παράδειγμα:

- Εκτυπωτής

- ποντίκι

- σαρωτής;

- μόντεμ (διαμορφωτής-αποδιαμορφωτής).

- plotter;

- joystick, κ.λπ.

Μονάδα του συστήματος

Η μονάδα συστήματος είναι ο κύριος κόμβος μέσα στον οποίο είναι εγκατεστημένα τα πιο σημαντικά στοιχεία. Μονάδα του συστήματος (βλ. εικ. 2.2., 2.3.) - αυτή είναι μια περίπτωση στην οποία βρίσκεται σχεδόν όλο το υλικό του υπολογιστή.

Οι συσκευές που βρίσκονται μέσα στη μονάδα συστήματος καλούνται εσωτερικός, και οι συσκευές που συνδέονται με αυτό από έξω ονομάζονται εξωτερικός. Εξωτερικός πρόσθετες συσκευές, επίσης λέγεται περιφερειακός.

Εσωτερική οργάνωσημπλοκ συστήματος:

· μητρική πλακέτα;

· Σκληρός δίσκος:

μονάδα δισκέτας?

Μονάδα CD-ROM.

κάρτα βίντεο (προσαρμογέας βίντεο).

· κάρτα ήχου;

· μονάδα ισχύος.

Συστήματα που βρίσκονται σε μητρική πλακέτα:

· RAM;

επεξεργαστής?

Τσιπ ROM και σύστημα BIOS.

διεπαφές λεωφορείων κ.λπ.

Οι μαγνητικοί δίσκοι, σε αντίθεση με τη μνήμη RAM, έχουν σχεδιαστεί για μόνιμη αποθήκευση πληροφοριών.

Υπάρχουν δύο τύποι μαγνητικών δίσκων που χρησιμοποιούνται σε έναν υπολογιστή:

σκληρός δίσκος (σκληρός δίσκος)?

Αφαιρούμενες δισκέτες (δισκέτες).

Ο σκληρός δίσκος έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει μόνιμα τις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται περισσότερο ή λιγότερο συχνά στην εργασία: προγράμματα λειτουργικού συστήματος, μεταγλωττιστές από γλώσσες προγραμματισμού, προγράμματα υπηρεσιών (σέρβις), προγράμματα εφαρμογών χρήστη, έγγραφα κειμένου, αρχεία βάσης δεδομένων κ.λπ. Το Winchester είναι πολύ ανώτερο από τις δισκέτες όσον αφορά την ταχύτητα πρόσβασης, τη χωρητικότητα και την αξιοπιστία.

3. Υπολογισμός 1

3.1 Ιστορία της ανάπτυξης της τεχνολογίας υπολογιστών 1

3.2 Μέθοδοι ταξινόμησης υπολογιστών 3

3.3 Άλλες ταξινομήσεις υπολογιστών 5

3.4 Σύνθεση του συστήματος υπολογιστή 7

3.4.1 Υλικό 7

3.4.2 Λογισμικό 7

3.5 Ταξινόμηση λογισμικού εφαρμογών 9

3.6 Ταξινόμηση του βοηθητικού λογισμικού 12

3.7 Η έννοια της πληροφορίας και της μαθηματικής υποστήριξης των υπολογιστικών συστημάτων 13

3.8 Απολογισμός 13

1. Μηχανικός ηλεκτρονικών υπολογιστών

   1. Ιστορία της ανάπτυξης της τεχνολογίας των υπολογιστών

Υπολογιστικό σύστημα, υπολογιστής

Η εύρεση μέσων και μεθόδων μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης της εργασίας είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα των τεχνικών κλάδων. Η αυτοματοποίηση της εργασίας με δεδομένα έχει τα δικά της χαρακτηριστικά και διαφορές από την αυτοματοποίηση άλλων τύπων εργασίας. Για αυτήν την κατηγορία εργασιών, χρησιμοποιούνται ειδικοί τύποι συσκευών, οι περισσότεροι από τους οποίους είναι ηλεκτρονικές συσκευές. Ονομάζεται ένα σύνολο συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για αυτόματη ή αυτοματοποιημένη επεξεργασία δεδομένων τεχνολογία υπολογιστών,Ονομάζεται ένα συγκεκριμένο σύνολο αλληλεπιδρώντων συσκευών και προγραμμάτων που έχουν σχεδιαστεί για να εξυπηρετούν έναν χώρο εργασίας υπολογιστικό σύστημα.Η καρδιά των περισσότερων υπολογιστικών συστημάτων είναι υπολογιστή.

Ο υπολογιστής είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να αυτοματοποιεί τη δημιουργία, αποθήκευση, επεξεργασία και μεταφορά δεδομένων.

Η αρχή λειτουργίας του υπολογιστή

Στον ορισμό ενός υπολογιστή ως συσκευής, υποδείξαμε ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό - ηλεκτρονικός.Ωστόσο, οι αυτόματοι υπολογισμοί δεν πραγματοποιούνταν πάντα από ηλεκτρονικές συσκευές. Γνωστές και μηχανικές συσκευές ικανές να εκτελούν υπολογισμούς αυτόματα.

Αναλύοντας πρώιμη ιστορίατεχνολογία υπολογιστών, ορισμένοι ξένοι ερευνητές αναφέρονται συχνά σε μια μηχανική συσκευή μέτρησης ως αρχαίο προκάτοχο ενός υπολογιστή. άβακας.Η προσέγγιση "από τον άβακα" υποδεικνύει ένα βαθύ μεθοδολογικό σφάλμα, καθώς ο άβακας δεν έχει την ιδιότητα να εκτελεί αυτόματα υπολογισμούς και για έναν υπολογιστή είναι καθοριστικός.

Ο άβακας είναι η παλαιότερη μηχανική συσκευή υπολογισμού, αρχικά μια πήλινη πλάκα με αυλακώσεις στις οποίες τοποθετούνταν πέτρες που αντιπροσωπεύουν αριθμούς. Η εμφάνιση του άβακα αποδίδεται στην τέταρτη χιλιετία π.Χ. μι. Ο τόπος καταγωγής είναι η Ασία. Κατά τον Μεσαίωνα στην Ευρώπη, ο άβακας αντικαταστάθηκε από γραφικούς πίνακες. Κλήθηκαν υπολογισμοί με τη βοήθειά τους λογαριασμός στις γραμμές, καιστη Ρωσία τον 16ο-17ο αιώνα εμφανίστηκε μια πολύ πιο προηγμένη εφεύρεση, η οποία χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα - Ρωσικός άβακας.

Ταυτόχρονα, γνωρίζουμε καλά μια άλλη συσκευή που μπορεί να εκτελέσει αυτόματα υπολογισμούς - αυτό είναι ένα ρολόι. Ανεξάρτητα από την αρχή λειτουργίας, όλα τα είδη ρολογιών (άμμος, νερό, μηχανικά, ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά κ.λπ.) έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούν κινήσεις ή σήματα σε τακτά χρονικά διαστήματα και να καταγράφουν τις αλλαγές που συμβαίνουν σε αυτή την περίπτωση, δηλαδή να εκτελούν αυτόματη άθροιση σημάτων ή κινήσεων. Αυτή η αρχή μπορεί να εντοπιστεί ακόμη και σε ηλιακά ρολόγια που περιέχουν μόνο μια συσκευή εγγραφής (ο ρόλος της γεννήτριας εκτελείται από το σύστημα Γης-Ήλιου).

Το μηχανικό ρολόι είναι μια συσκευή που αποτελείται από μια συσκευή που εκτελεί αυτόματα κινήσεις σε τακτά χρονικά διαστήματα και μια συσκευή για την καταγραφή αυτών των κινήσεων. Η προέλευση του πρώτου μηχανικού ρολογιού είναι άγνωστη. Τα παλαιότερα παραδείγματα χρονολογούνται στον 14ο αιώνα και ανήκουν σε μοναστήρια (ρολόι πύργου).

Στην καρδιά κάθε σύγχρονου υπολογιστή, όπως στο ηλεκτρονικό ρολόι, ψέματα γεννήτρια ρολογιού,παράγει, σε τακτά χρονικά διαστήματα, ηλεκτρικά σήματα που χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία όλων των συσκευών ενός συστήματος υπολογιστή. Η διαχείριση υπολογιστή στην πραγματικότητα καταλήγει στη διαχείριση της διανομής των σημάτων μεταξύ των συσκευών. Ένας τέτοιος έλεγχος μπορεί να εκτελεστεί αυτόματα (σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για έλεγχος προγράμματος)ή χειροκίνητα χρησιμοποιώντας εξωτερικά χειριστήρια - κουμπιά, διακόπτες, βραχυκυκλωτήρες κ.λπ. (στα πρώιμα μοντέλα). Στους σύγχρονους υπολογιστές, ο εξωτερικός έλεγχος είναι σε μεγάλο βαθμό αυτοματοποιημένος χρησιμοποιώντας ειδικές λογικές διεπαφές υλικού στις οποίες συνδέονται συσκευές ελέγχου και εισαγωγής δεδομένων (πληκτρολόγιο, ποντίκι, joystick και άλλα). Σε αντίθεση με τον έλεγχο προγράμματος, αυτός ο έλεγχος ονομάζεται διαδραστικό.

Μηχανικές πρωτογενείς πηγές

Η πρώτη αυτόματη συσκευή στον κόσμο για την εκτέλεση της λειτουργίας προσθήκης δημιουργήθηκε με βάση ένα μηχανικό ρολόι. Το 1623 αναπτύχθηκε από τον Wilhelm Schickard, καθηγητή Ανατολικών γλωσσών στο Πανεπιστήμιο του Tübingen (Γερμανία). Σήμερα, το μοντέλο εργασίας της συσκευής αναπαράχθηκε σύμφωνα με τα σχέδια και επιβεβαίωσε την απόδοσή της. Ο ίδιος ο εφευρέτης στα γράμματά του αποκαλούσε τη μηχανή «αθροιστικό ρολόι».

Το 1642, ο Γάλλος μηχανικός Blaise Pascal (1623-1662) ανέπτυξε μια πιο συμπαγή συσκευή προσθήκης, η οποία έγινε η πρώτη μηχανική αριθμομηχανή μαζικής παραγωγής στον κόσμο (κυρίως για τις ανάγκες των τοκογλύφων και των μετατροπέων του Παρισιού). Το 1673, ο Γερμανός μαθηματικός και φιλόσοφος G. W. Leibniz (1646-1717) δημιούργησε μια μηχανική αριθμομηχανή που μπορούσε να εκτελεί πράξεις πολλαπλασιασμού και διαίρεσης επαναλαμβάνοντας επανειλημμένα πράξεις πρόσθεσης και αφαίρεσης.

Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα, γνωστή ως Εποχή του Διαφωτισμού, εμφανίστηκαν νέα, πιο προηγμένα μοντέλα, αλλά η αρχή του μηχανικού ελέγχου των υπολογιστικών λειτουργιών παρέμεινε η ίδια. Η ιδέα του προγραμματισμού υπολογιστικών λειτουργιών προήλθε από την ίδια βιομηχανία ρολογιών. Τα αρχαία ρολόγια του μοναστηριακού πύργου είχαν στηθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να ενεργοποιούν τον μηχανισμό που σχετίζεται με το σύστημα καμπάνας σε μια δεδομένη στιγμή. Τέτοιος προγραμματισμός ήταν σκληρός -την ίδια επέμβαση έγινε ταυτόχρονα.

Η ιδέα του ευέλικτου προγραμματισμού μηχανικών συσκευών χρησιμοποιώντας διάτρητη χαρτοταινία υλοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1804 στον αργαλειό Jacquard, μετά τον οποίο έμεινε μόνο ένα βήμα για να έλεγχος προγράμματοςυπολογιστικές λειτουργίες.

Αυτό το βήμα έκανε ο εξαιρετικός Άγγλος μαθηματικός και εφευρέτης Charles Babbage (1792-1871) στην Αναλυτική Μηχανή του, η οποία, δυστυχώς, δεν κατασκευάστηκε ποτέ πλήρως από τον εφευρέτη κατά τη διάρκεια της ζωής του, αλλά αναπαρήχθη σήμερα σύμφωνα με τα σχέδιά του, έτσι ώστε σήμερα έχουμε το δικαίωμα να μιλάμε για την Αναλυτική Μηχανή ως μια πραγματική συσκευή. Ένα χαρακτηριστικό της Αναλυτικής Μηχανής ήταν ότι εφαρμόστηκε για πρώτη φορά εδώ την αρχή του διαχωρισμού των πληροφοριών σε εντολές και δεδομένα.Η αναλυτική μηχανή περιείχε δύο μεγάλους κόμβους - μια "αποθήκη" και έναν "μύλο". Τα δεδομένα εισήχθησαν στη μηχανική μνήμη της «αποθήκης» με την εγκατάσταση μπλοκ γραναζιών και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε επεξεργασία στο «μύλο» χρησιμοποιώντας εντολές που εισήχθησαν από διάτρητες κάρτες (όπως σε έναν αργαλειό Jacquard).

Οι ερευνητές του έργου του Charles Babbage σίγουρα σημειώνουν τον ιδιαίτερο ρόλο στην ανάπτυξη του έργου Analytical Engine της κόμισσας Augusta Ada Lovelace (1815-1852), κόρης του διάσημου ποιητή Λόρδου Βύρωνα. Ήταν αυτή που σκέφτηκε την ιδέα της χρήσης διάτρητων καρτών για τον προγραμματισμό υπολογιστικών λειτουργιών (1843). Συγκεκριμένα, σε μια από τις επιστολές της έγραψε: «Η Αναλυτική Μηχανή υφαίνει αλγεβρικά σχέδια με τον ίδιο τρόπο που ένας αργαλειός αναπαράγει λουλούδια και φύλλα». Η Lady Adu μπορεί δικαίως να ονομαστεί η πρώτη προγραμματίστρια στον κόσμο. Σήμερα, μια από τις διάσημες γλώσσες προγραμματισμού πήρε το όνομά της.

Η ιδέα του Charles Babbage για χωριστή εξέταση εντολέςΚαι δεδομένααποδείχθηκε εξαιρετικά γόνιμη. Τον ΧΧ αιώνα. αναπτύχθηκε στις αρχές του John von Neumann (1941) και σήμερα στον υπολογισμό της αρχής της χωριστής εξέτασης προγράμματαΚαι δεδομέναΕίναι πολύ σημαντικό. Λαμβάνεται υπόψη τόσο στην ανάπτυξη σύγχρονων αρχιτεκτονικών υπολογιστών όσο και στην ανάπτυξη προγραμμάτων υπολογιστών.

Μαθηματικές πηγές

Αν σκεφτούμε με ποια αντικείμενα εργάστηκαν οι πρώτοι μηχανικοί πρόδρομοι του σύγχρονου ηλεκτρονικού υπολογιστή, θα πρέπει να αναγνωρίσουμε ότι οι αριθμοί αντιπροσωπεύονταν είτε ως γραμμικές κινήσεις μηχανισμών αλυσίδας και ραφιών είτε ως γωνιακές κινήσεις μηχανισμών ταχυτήτων και μοχλού. Και στις δύο περιπτώσεις επρόκειτο για κινήσεις, οι οποίες δεν μπορούσαν παρά να επηρεάσουν τις διαστάσεις των συσκευών και την ταχύτητα της εργασίας τους. Μόνο η μετάβαση από τις κινήσεις εγγραφής στην εγγραφή σημάτων κατέστησε δυνατή τη σημαντική μείωση των διαστάσεων και την αύξηση της ταχύτητας. Ωστόσο, στο δρόμο προς αυτό το επίτευγμα, ήταν απαραίτητο να εισαχθούν αρκετές ακόμη σημαντικές αρχές και έννοιες.

Δυαδικό σύστημα Leibniz.Στις μηχανικές συσκευές, τα γρανάζια μπορούν να έχουν αρκετά σταθερά και, σημαντικό, διαφορετικά μεταξύπρομήθειες. Ο αριθμός τέτοιων θέσεων είναι τουλάχιστον ίσος με τον αριθμό των δοντιών του γραναζιού. Στα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικές συσκευές μιλαμεόχι για εγγραφή προμήθειεςδομικά στοιχεία, αλλά σχετικά με την εγγραφή πολιτείεςστοιχεία της συσκευής. τόσο σταθερό και ευδιάκριτοςυπάρχουν μόνο δύο καταστάσεις: on - off; ανοιχτό κλειστό; φορτισμένο - αποφορτισμένο κ.λπ. Επομένως, το παραδοσιακό δεκαδικό σύστημα που χρησιμοποιείται στις μηχανικές αριθμομηχανές δεν είναι βολικό για ηλεκτρονικές υπολογιστικές συσκευές.

Η δυνατότητα αναπαράστασης οποιωνδήποτε αριθμών (και όχι μόνο αριθμών) με δυαδικά ψηφία προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Gottfried Wilhelm Leibniz το 1666. Ήρθε στο δυαδικό σύστημα αριθμών ενώ ερευνούσε τη φιλοσοφική έννοια της ενότητας και της πάλης των αντιθέτων. Μια προσπάθεια να παρουσιαστεί το σύμπαν ως μια συνεχής αλληλεπίδραση δύο αρχών («μαύρο» και «λευκό», αρσενικό και θηλυκό, καλό και κακό) και να εφαρμοστούν οι μέθοδοι των «καθαρών» μαθηματικών στη μελέτη του ώθησε τον Leibniz να μελετήσει τις ιδιότητες του δυαδικού αναπαράσταση δεδομένων. Πρέπει να ειπωθεί ότι ο Leibniz είχε ήδη τότε την ιδέα της δυνατότητας χρήσης του δυαδικού συστήματος σε μια υπολογιστική συσκευή, αλλά επειδή δεν υπήρχε ανάγκη για μηχανικές συσκευές, δεν χρησιμοποίησε τις αρχές του δυαδικό σύστημα στην αριθμομηχανή του (1673).

Η Μαθηματική Λογική του Τζορτζ ΜπουλΜιλώντας για το έργο του George Boole, οι ερευνητές στην ιστορία της τεχνολογίας των υπολογιστών σίγουρα τονίζουν ότι αυτός ο εξαιρετικός Άγγλος επιστήμονας του πρώτου μισού του 19ου αιώνα ήταν αυτοδίδακτος. Ίσως ήταν ακριβώς λόγω της έλλειψης μιας «κλασικής» (κατά την κατανόηση της εποχής εκείνης) εκπαίδευσης που ο George Boole εισήγαγε επαναστατικές αλλαγές στη λογική ως επιστήμη.

Ασχολούμενος με τη μελέτη των νόμων της σκέψης, εφάρμοσε στη λογική ένα σύστημα τυπικής σημειογραφίας και κανόνων, κοντά στα μαθηματικά. Στη συνέχεια, αυτό το σύστημα που ονομάζεται λογική άλγεβραή άλγεβρα boole.Οι κανόνες αυτού του συστήματος ισχύουν για μια μεγάλη ποικιλία αντικειμένων και των ομάδων τους. (σκηνικά,σύμφωνα με την ορολογία του συγγραφέα). Ο κύριος σκοπός του συστήματος, όπως επινοήθηκε από τον J. Boole, ήταν να κωδικοποιήσει λογικές δηλώσεις και να αναγάγει τις δομές των λογικών συμπερασμάτων σε απλές εκφράσεις κοντά σε μορφή με τους μαθηματικούς τύπους. Το αποτέλεσμα της επίσημης αξιολόγησης μιας λογικής έκφρασης είναι μία από τις δύο λογικές τιμές: αληθήςή ψέμα.

Η σημασία της λογικής άλγεβρας αγνοήθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς οι τεχνικές και οι μέθοδοί της δεν περιείχαν πρακτικά οφέλη για την επιστήμη και την τεχνολογία εκείνης της εποχής. Ωστόσο, όταν κατέστη δυνατή κατ' αρχήν η δημιουργία εγκαταστάσεων υπολογιστών σε ηλεκτρονική βάση, οι λειτουργίες που εισήγαγε ο Boole αποδείχθηκαν πολύ χρήσιμες. Αρχικά επικεντρώνονται στη συνεργασία με δύο μόνο οντότητες: αληθήςΚαι ψέμα.Είναι εύκολο να δούμε πώς ήταν χρήσιμοι για την εργασία με δυαδικό κώδικα, ο οποίος στους σύγχρονους υπολογιστές αντιπροσωπεύεται επίσης από δύο μόνο σήματα: μηδένΚαι μονάδα.

Δεν χρησιμοποιήθηκε ολόκληρο το σύστημα του George Boole (καθώς και όλες οι λογικές πράξεις που πρότεινε) για τη δημιουργία ηλεκτρονικών υπολογιστών, αλλά τέσσερις βασικές λειτουργίες: Και (διάβαση),Ή (Ενωση),ΔΕΝ (έφεση)και ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΟ Ή - αποτελούν τη βάση της εργασίας όλων των τύπων επεξεργαστών των σύγχρονων υπολογιστών.

Ρύζι. 3.1. Βασικές πράξεις άλγεβρας Boole

Ταξινόμηση εξοπλισμού υπολογιστών

1. Υλικό

Η σύνθεση ενός συστήματος υπολογιστή ονομάζεται διαμόρφωση. Το υλικό και το λογισμικό υπολογιστών εξετάζονται χωριστά. Αντίστοιχα, η διαμόρφωση υλικού των υπολογιστικών συστημάτων και η διαμόρφωση λογισμικού τους εξετάζονται χωριστά. Αυτή η αρχή διαχωρισμού έχει ιδιαίτερη σημασία για την επιστήμη των υπολογιστών, καθώς πολύ συχνά η λύση των ίδιων προβλημάτων μπορεί να δοθεί τόσο από υλικό όσο και από λογισμικό. Τα κριτήρια για την επιλογή μιας λύσης υλικού ή λογισμικού είναι η απόδοση και η αποδοτικότητα. Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι λύσεις υλικού είναι κατά μέσο όρο πιο ακριβές, αλλά η υλοποίηση λύσεις λογισμικούαπαιτεί περισσότερο εξειδικευμένο προσωπικό.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ σκεύη, εξαρτήματαΤα υπολογιστικά συστήματα περιλαμβάνουν συσκευές και συσκευές που σχηματίζουν μια διαμόρφωση υλικού. Σύγχρονοι υπολογιστέςκαι τα υπολογιστικά συστήματα έχουν μπλοκ-modular σχεδιασμό - τη διαμόρφωση υλικού που είναι απαραίτητη για την εκτέλεση συγκεκριμένους τύπουςέργα, τα οποία μπορούν να συναρμολογηθούν από έτοιμες μονάδες και μπλοκ.

Τα κύρια στοιχεία υλικού του υπολογιστικού συστήματος είναι: μνήμη, κεντρικός επεξεργαστής και περιφερειακές συσκευές, οι οποίες διασυνδέονται με έναν αυτοκινητόδρομο συστήματος (Εικ. 1.) Η κύρια μνήμη έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει προγράμματα και δεδομένα σε δυαδική μορφή και είναι οργανωμένη ως διατεταγμένη συστοιχία κελιών, καθένα από τα οποία έχει μοναδική ψηφιακή διεύθυνση. Συνήθως, το μέγεθος κελιού είναι 1 byte. Τυπικές λειτουργίες στην κύρια μνήμη: ανάγνωση και εγγραφή των περιεχομένων ενός κελιού με συγκεκριμένη διεύθυνση.

2. CPU

Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι η κεντρική συσκευή ενός υπολογιστή που εκτελεί λειτουργίες επεξεργασίας δεδομένων και ελέγχει τις περιφερειακές συσκευές του υπολογιστή. Η σύνθεση της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας περιλαμβάνει:

Συσκευή ελέγχου - οργανώνει τη διαδικασία εκτέλεσης προγραμμάτων και συντονίζει την αλληλεπίδραση όλων των συσκευών του υπολογιστικού συστήματος κατά τη λειτουργία του.

Αριθμητική λογική μονάδα - εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις σε δεδομένα: πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμός, διαίρεση, σύγκριση κ.λπ.

Η συσκευή αποθήκευσης είναι εσωτερική μνήμηεπεξεργαστή, ο οποίος αποτελείται από καταχωρητές, όταν χρησιμοποιεί τους οποίους, ο επεξεργαστής εκτελεί υπολογισμούς και αποθηκεύει ενδιάμεσα αποτελέσματα. για την επιτάχυνση της εργασίας με τη μνήμη RAM, χρησιμοποιείται μια προσωρινή μνήμη, στην οποία αντλούνται εντολές και δεδομένα από τη μνήμη RAM εκ των προτέρων, τα οποία είναι απαραίτητα για τον επεξεργαστή για τις επόμενες λειτουργίες.

Γεννήτρια ρολογιού - παράγει ηλεκτρικούς παλμούς που συγχρονίζουν τη λειτουργία όλων των κόμβων του υπολογιστή.

Ο κεντρικός επεξεργαστής εκτελεί διάφορες λειτουργίες δεδομένων χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα κελιά για την αποθήκευση βασικών μεταβλητών και προσωρινών αποτελεσμάτων - εσωτερικών μητρώων. Τα μητρώα χωρίζονται σε δύο τύπους (Εικ. 2.):

Μητρώοι γενικής χρήσης - χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση βασικών τοπικών μεταβλητών και ενδιάμεσα αποτελέσματα υπολογισμών, περιλαμβάνουν καταχωρητές δεδομένων και καταχωρητές δεικτών. κύρια λειτουργία είναι να παρέχει γρήγορη πρόσβασησε δεδομένα που χρησιμοποιούνται συχνά (συνήθως χωρίς προσβάσεις στη μνήμη).

Εξειδικευμένοι καταχωρητές - που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της λειτουργίας του επεξεργαστή, οι πιο σημαντικοί από αυτούς είναι: ο καταχωρητής εντολών, ο δείκτης στοίβας, ο καταχωρητής σημαίας και ο καταχωρητής που περιέχει πληροφορίες για την κατάσταση του προγράμματος.

Ο προγραμματιστής μπορεί να χρησιμοποιήσει καταχωρητές δεδομένων κατά την κρίση του για να αποθηκεύσει προσωρινά οποιαδήποτε αντικείμενα (δεδομένα ή διευθύνσεις) και να εκτελέσει τις απαιτούμενες λειτουργίες σε αυτά. Οι καταχωρητές ευρετηρίου, όπως και οι καταχωρητές δεδομένων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυθαίρετα. Ο κύριος σκοπός τους είναι να αποθηκεύουν ευρετήρια ή μετατοπίσεις δεδομένων και εντολών από την αρχή της διεύθυνσης βάσης (κατά την ανάκτηση τελεστών από τη μνήμη). Η διεύθυνση βάσης μπορεί να βρίσκεται στους καταχωρητές βάσης.

Οι καταχωρητές τμημάτων είναι ένα κρίσιμο στοιχείο της αρχιτεκτονικής του επεξεργαστή, παρέχοντας ένα χώρο διευθύνσεων 20 bit με τελεστές 16 bit. Καταχωρητές κύριου τμήματος: CS - καταχωρητής τμήματος κώδικα. DS - καταχωρητής τμήματος δεδομένων. SS - καταχωρητής τμήματος στοίβας, ES - καταχωρητής πρόσθετου τμήματος. Η πρόσβαση στη μνήμη γίνεται μέσω τμημάτων - λογικών σχηματισμών που υπερτίθενται σε οποιοδήποτε μέρος του φυσικού χώρου διευθύνσεων. Η διεύθυνση έναρξης τμήματος διαιρούμενη με το 16 (χωρίς το λιγότερο σημαντικό δεκαεξαδικό ψηφίο) εισάγεται σε έναν από τους καταχωρητές τμήματος. μετά την οποία παρέχεται πρόσβαση σε ένα τμήμα της μνήμης που ξεκινά από μια δεδομένη διεύθυνση τμήματος.

Η διεύθυνση οποιουδήποτε κελιού μνήμης αποτελείται από δύο λέξεις, η μία από τις οποίες καθορίζει τη θέση στη μνήμη του αντίστοιχου τμήματος και η άλλη - τη μετατόπιση σε αυτό το τμήμα. Το μέγεθος του τμήματος καθορίζεται από την ποσότητα των δεδομένων που περιέχει, αλλά δεν μπορεί ποτέ να υπερβαίνει τα 64 KB, τα οποία καθορίζονται από τη μέγιστη δυνατή τιμή μετατόπισης. Η διεύθυνση τμήματος του τμήματος εντολών αποθηκεύεται στον καταχωρητή CS και η μετατόπιση στο διευθυνόμενο byte αποθηκεύεται στον καταχωρητή δείκτη εντολών IP.

Εικ.2. Μητρώα επεξεργαστή 32 bit

Μετά τη φόρτωση του προγράμματος, η μετατόπιση της πρώτης εντολής του προγράμματος εισάγεται στην IP. Ο επεξεργαστής, διαβάζοντάς το από τη μνήμη, αυξάνει το περιεχόμενο της IP ακριβώς κατά το μήκος αυτής της εντολής (οι εντολές του επεξεργαστή Intel μπορεί να είναι από 1 έως 6 byte), με αποτέλεσμα η IP να οδηγεί στη δεύτερη εντολή του προγράμματος. Μετά την εκτέλεση της πρώτης εντολής, ο επεξεργαστής διαβάζει τη δεύτερη από τη μνήμη, αυξάνοντας ξανά την τιμή της IP. Ως αποτέλεσμα, η IP περιέχει πάντα τη μετατόπιση της επόμενης εντολής - την εντολή που ακολουθεί αυτήν που εκτελείται. Ο περιγραφόμενος αλγόριθμος παραβιάζεται μόνο κατά την εκτέλεση εντολών μετάβασης, κλήσεων υπορουτίνας και συντήρησης διακοπής.

Η διεύθυνση τμήματος του τμήματος δεδομένων αποθηκεύεται στον καταχωρητή DS, η μετατόπιση μπορεί να είναι σε έναν από τους καταχωρητές γενικού σκοπού. Ένας πρόσθετος καταχωρητής τμήματος ES χρησιμοποιείται για πρόσβαση σε πεδία δεδομένων που δεν αποτελούν μέρος του προγράμματος, όπως η προσωρινή μνήμη βίντεο ή τα κελιά συστήματος. Ωστόσο, εάν είναι απαραίτητο, μπορεί να ρυθμιστεί για ένα από τα τμήματα του προγράμματος. Για παράδειγμα, εάν το πρόγραμμα λειτουργεί με μεγάλο όγκο δεδομένων, μπορείτε να παρέχετε δύο τμήματα για αυτά και να αποκτήσετε πρόσβαση στο ένα από αυτά μέσω του καταχωρητή DS και στο άλλο μέσω του καταχωρητή ES.

Ο καταχωρητής δείκτη στοίβας SP χρησιμοποιείται ως επάνω δείκτης στοίβας. Μια στοίβα είναι μια περιοχή προγράμματος για την προσωρινή αποθήκευση αυθαίρετων δεδομένων. Η ευκολία της στοίβας έγκειται στο γεγονός ότι η περιοχή της επαναχρησιμοποιείται και η αποθήκευση δεδομένων στη στοίβα και η ανάκτησή τους από εκεί γίνεται χρησιμοποιώντας εντολές push και pop χωρίς να προσδιορίζονται ονόματα. Η στοίβα χρησιμοποιείται παραδοσιακά για την αποθήκευση των περιεχομένων των καταχωρητών που χρησιμοποιούνται από το πρόγραμμα πριν από την κλήση της υπορουτίνας, η οποία με τη σειρά της θα χρησιμοποιήσει τους καταχωρητές του επεξεργαστή για τους δικούς της σκοπούς. Τα αρχικά περιεχόμενα των καταχωρητών εμφανίζονται από τη στοίβα κατά την επιστροφή από την υπορουτίνα. Μια άλλη κοινή τεχνική είναι να μεταβιβάζονται οι παράμετροι που απαιτεί σε μια υπορουτίνα μέσω της στοίβας. Η υπορουτίνα, γνωρίζοντας με ποια σειρά τοποθετούνται οι παράμετροι στη στοίβα, μπορεί να τις πάρει από εκεί και να τις χρησιμοποιήσει στην εκτέλεσή της.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της στοίβας είναι η περίεργη σειρά ανάκτησης των δεδομένων που περιέχονται σε αυτήν: ανά πάσα στιγμή, μόνο το επάνω στοιχείο είναι διαθέσιμο στη στοίβα, δηλαδή το στοιχείο που φορτώθηκε στη στοίβα τελευταίο. Αν σκάσετε το επάνω στοιχείο από τη στοίβα, το επόμενο στοιχείο είναι διαθέσιμο. Τα στοιχεία της στοίβας βρίσκονται στην περιοχή μνήμης που έχει εκχωρηθεί για τη στοίβα, ξεκινώντας από το κάτω μέρος της στοίβας (από τη μέγιστη διεύθυνσή της) έως τις διαδοχικά μειούμενες διευθύνσεις. Η διεύθυνση του επάνω προσβάσιμου στοιχείου αποθηκεύεται στον καταχωρητή δείκτη στοίβας SP.

Οι ειδικοί καταχωρητές είναι διαθέσιμοι μόνο σε προνομιακή λειτουργία και χρησιμοποιούνται από το λειτουργικό σύστημα. Ελέγχουν διάφορα μπλοκ κρυφής μνήμης, κύρια μνήμη, συσκευές εισόδου/εξόδου και άλλες συσκευές στο υπολογιστικό σύστημα.

Υπάρχει ένα μητρώο που είναι διαθέσιμο τόσο σε προνομιακή όσο και σε κατάσταση χρήστη. Αυτός είναι ο καταχωρητής PSW (Program State Word), ο οποίος ονομάζεται καταχωρητής σημαίας. Ο καταχωρητής σημαίας περιέχει διάφορα bit που χρειάζεται η CPU, με τα πιο σημαντικά είναι οι κωδικοί συνθηκών που χρησιμοποιούνται σε συγκρίσεις και άλματα υπό όρους. Ορίζονται σε κάθε κύκλο της ALU του επεξεργαστή και αντικατοπτρίζουν την κατάσταση του αποτελέσματος της προηγούμενης λειτουργίας. Το περιεχόμενο του μητρώου σημαίας εξαρτάται από τον τύπο του υπολογιστικού συστήματος και μπορεί να περιλαμβάνει πρόσθετα πεδία που υποδεικνύουν: λειτουργία μηχανής (για παράδειγμα, χρήστης ή προνομιούχος). bit ίχνους (το οποίο χρησιμοποιείται για εντοπισμό σφαλμάτων). επίπεδο προτεραιότητας επεξεργαστή· κατάσταση ενεργοποίησης διακοπής. Ο καταχωρητής σημαίας διαβάζεται συνήθως σε λειτουργία χρήστη, αλλά ορισμένα πεδία μπορούν να γραφτούν μόνο σε προνομιακή λειτουργία (για παράδειγμα, το bit που καθορίζει τη λειτουργία).

Ο καταχωρητής δείκτη εντολών περιέχει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής στην ουρά για εκτέλεση. Αφού επιλεγεί μια εντολή από τη μνήμη, ο καταχωρητής εντολών ενημερώνεται και ο δείκτης μετακινείται στην επόμενη εντολή. Ο δείκτης εντολών παρακολουθεί την εκτέλεση του προγράμματος, υποδεικνύοντας κάθε στιγμή τη σχετική διεύθυνση της εντολής που ακολουθεί αυτήν που εκτελείται. Το μητρώο δεν είναι προσβάσιμο μέσω προγραμματισμού. η διεύθυνση αυξάνεται από τον μικροεπεξεργαστή, λαμβάνοντας υπόψη το μήκος της τρέχουσας εντολής. Οι οδηγίες για άλματα, διακοπές, κλήση υπορουτίνων και επιστροφή από αυτές αλλάζουν τα περιεχόμενα του δείκτη, κάνοντας έτσι άλματα στα απαιτούμενα σημεία του προγράμματος.

Ο καταχωρητής συσσωρευτή χρησιμοποιείται στη συντριπτική πλειοψηφία των εντολών. Οι εντολές που χρησιμοποιούνται συχνά και χρησιμοποιούν αυτόν τον καταχωρητή έχουν συντομευμένη μορφή.

Για την επεξεργασία πληροφοριών, τα δεδομένα συνήθως μεταφέρονται από τα κελιά μνήμης σε καταχωρητές γενικής χρήσης, η λειτουργία εκτελείται κεντρική μονάδα επεξεργασίαςκαι μεταφορά των αποτελεσμάτων στην κύρια μνήμη. Τα προγράμματα αποθηκεύονται ως μια ακολουθία εντολών μηχανής που πρέπει να εκτελεστούν από την CPU. Κάθε εντολή αποτελείται από ένα πεδίο λειτουργίας και πεδία τελεστών - τα δεδομένα στα οποία εκτελείται αυτή η λειτουργία. Το σύνολο των εντολών μηχανής ονομάζεται γλώσσα μηχανής. Η εκτέλεση του προγράμματος πραγματοποιείται ως εξής. Η εντολή μηχανής στην οποία επισημαίνεται ο μετρητής προγράμματος διαβάζεται από τη μνήμη και αντιγράφεται στον καταχωρητή εντολών, όπου αποκωδικοποιείται και στη συνέχεια εκτελείται. Μετά την εκτέλεσή του, ο μετρητής προγράμματος δείχνει την επόμενη εντολή και ούτω καθεξής. Αυτές οι ενέργειες ονομάζονται κύκλος μηχανής.

Οι περισσότερες CPU έχουν δύο τρόπους λειτουργίας: λειτουργία πυρήνα και λειτουργία χρήστη, η οποία καθορίζεται από ένα bit στη λέξη κατάστασης του επεξεργαστή (καταχωρητής σημαίας). Όταν ο επεξεργαστής εκτελείται σε λειτουργία πυρήνα, μπορεί να εκτελέσει όλες τις οδηγίες στο σύνολο εντολών και να χρησιμοποιήσει όλες τις δυνατότητες του υλικού. Το λειτουργικό σύστημα εκτελείται σε λειτουργία πυρήνα και παρέχει πρόσβαση σε όλο το υλικό. Τα προγράμματα χρήστη εκτελούνται σε λειτουργία χρήστη, η οποία επιτρέπει την εκτέλεση πολλών εντολών, αλλά καθιστά διαθέσιμο μόνο ένα μέρος του υλικού.

Για να επικοινωνήσει με το λειτουργικό σύστημα, το πρόγραμμα χρήστη πρέπει να εκδώσει μια κλήση συστήματος που παρέχει μετάβαση στη λειτουργία πυρήνα και ενεργοποιεί τις λειτουργίες του λειτουργικού συστήματος. Η εντολή παγίδας (εξομοιωμένη διακοπή) αλλάζει τη λειτουργία επεξεργαστή από τη λειτουργία χρήστη σε λειτουργία πυρήνα και μεταφέρει τον έλεγχο στο λειτουργικό σύστημα. Μετά την ολοκλήρωση της εργασίας, ο έλεγχος επιστρέφει στο πρόγραμμα χρήστη, στην οδηγία που ακολουθεί την κλήση συστήματος.

Σε υπολογιστές, εκτός από τις οδηγίες για την πραγματοποίηση κλήσεων συστήματος, υπάρχουν διακοπές που καλούνται στο υλικό για να προειδοποιήσουν για εξαιρετικές καταστάσεις, για παράδειγμα, προσπάθεια διαίρεσης με το μηδέν ή υπερχείλιση κατά τη διάρκεια λειτουργιών κινητής υποδιαστολής. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, ο έλεγχος περνά στο λειτουργικό σύστημα, το οποίο πρέπει να αποφασίσει τι θα κάνει στη συνέχεια. Μερικές φορές χρειάζεται να τερματίσετε το πρόγραμμα με ένα μήνυμα σφάλματος, μερικές φορές μπορείτε να το αγνοήσετε (για παράδειγμα, εάν ο αριθμός χάσει τη σημασία του, μπορείτε να τον λάβετε ίσο με το μηδέν) ή να μεταφέρετε τον έλεγχο στο ίδιο το πρόγραμμα για να χειριστεί ορισμένους τύπους συνθηκών.

Ανάλογα με τον τρόπο τοποθέτησης των συσκευών σε σχέση με τον κεντρικό επεξεργαστή, διακρίνονται οι εσωτερικές και οι εξωτερικές συσκευές. Οι εξωτερικές συσκευές περιλαμβάνουν συνήθως τις περισσότερες συσκευές I/O (ονομάζονται επίσης περιφερειακά) και ορισμένες συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων.

Ο συντονισμός μεταξύ μεμονωμένων κόμβων και μπλοκ πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μεταβατικές λογικές συσκευές υλικού που ονομάζονται διεπαφές υλικού. Τα πρότυπα για τις διεπαφές υλικού στον υπολογιστή ονομάζονται πρωτόκολλα - ένα σύνολο τεχνικών προϋποθέσεων που πρέπει να παρέχονται από τους προγραμματιστές συσκευών προκειμένου να συντονίσουν με επιτυχία την εργασία τους με άλλες συσκευές.

Πολυάριθμες διεπαφές που υπάρχουν στην αρχιτεκτονική οποιουδήποτε συστήματος υπολογιστή μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε δύο μεγάλες ομάδες: σειριακές και παράλληλες. Μέσω μιας σειριακής διεπαφής, τα δεδομένα μεταδίδονται διαδοχικά, bit-bit, και μέσω μιας παράλληλης διεπαφής, ταυτόχρονα σε ομάδες bit. Ο αριθμός των bit που εμπλέκονται σε ένα πακέτο καθορίζεται από το πλάτος bit της διεπαφής, για παράδειγμα, οι παράλληλες διεπαφές οκτώ bit μεταδίδουν ένα byte (8 bit) ανά κύκλο.

Οι παράλληλες διεπαφές είναι συνήθως πιο πολύπλοκες από τις σειριακές διεπαφές, αλλά παρέχουν καλύτερη απόδοση. Χρησιμοποιούνται όπου η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων είναι σημαντική: για τη σύνδεση συσκευών εκτύπωσης, συσκευών εισαγωγής πληροφοριών γραφικών, συσκευών εγγραφής δεδομένων σε εξωτερικά μέσα κ.λπ. Η απόδοση των παράλληλων διεπαφών μετριέται σε byte ανά δευτερόλεπτο (bytes/s, Kbytes/s, Mbytes/s).

Συσκευή σειριακές διεπαφέςευκολότερη; κατά κανόνα, δεν χρειάζεται να συγχρονίσουν τη λειτουργία της συσκευής εκπομπής και λήψης (γι' αυτό ονομάζονται συχνά ασύγχρονες διεπαφές), αλλά το εύρος ζώνης τους είναι μικρότερο και ο συντελεστής χρήσιμη δράσηπαρακάτω. Επειδή οι σειριακές συσκευές επικοινωνούν σε bit και όχι σε byte, η απόδοσή τους μετράται σε bit ανά δευτερόλεπτο (bps, kbps, Mbps). Παρά τη φαινομενική απλότητα της μετατροπής μονάδων μέτρησης του ρυθμού σειριακής μεταφοράς σε μονάδες μέτρησης του ρυθμού παράλληλης μεταφοράς δεδομένων με μηχανική διαίρεση με το 8, μια τέτοια μετατροπή δεν πραγματοποιείται, καθώς δεν είναι σωστή λόγω της παρουσίας δεδομένων υπηρεσίας. Στην ακραία περίπτωση, προσαρμοσμένη για δεδομένα υπηρεσίας, μερικές φορές η ταχύτητα των σειριακών συσκευών εκφράζεται σε χαρακτήρες ανά δευτερόλεπτο ή σύμβολα ανά δευτερόλεπτο (s / s), αλλά αυτή η τιμή δεν είναι τεχνική, αλλά αναφορά, καταναλωτικό χαρακτήρα.

Οι σειριακές διεπαφές χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση αργών συσκευών (οι απλούστερες συσκευές εκτύπωσης χαμηλής ποιότητας: συσκευές εισόδου και εξόδου για πληροφορίες σήματος και σήματος, αισθητήρες ελέγχου, συσκευές επικοινωνίας χαμηλής απόδοσης κ.λπ.), καθώς και σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχουν σημαντικές περιορισμοί στη διάρκεια της ανταλλαγής δεδομένων (ψηφιακές κάμερες).

Το δεύτερο βασικό συστατικό ενός υπολογιστή είναι η μνήμη. Το σύστημα μνήμης έχει σχεδιαστεί ως μια ιεραρχία επιπέδων (Εικ. 3.). Το ανώτερο στρώμα αποτελείται από τους εσωτερικούς καταχωρητές της CPU. Οι εσωτερικοί καταχωρητές παρέχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης 32 x 32 bit σε επεξεργαστή 32 bit και 64 x 64 bit σε επεξεργαστή 64 bit, που είναι λιγότερο από ένα kilobyte και στις δύο περιπτώσεις. Τα ίδια τα προγράμματα μπορούν να διαχειρίζονται μητρώα (δηλαδή να αποφασίζουν τι θα αποθηκεύσουν σε αυτά) χωρίς παρέμβαση υλικού.

Εικ.3. Τυπικός ιεραρχική δομήμνήμη

Το επόμενο επίπεδο είναι η κρυφή μνήμη, που ελέγχεται κυρίως από το υλικό. Η μνήμη RAM χωρίζεται σε γραμμές κρυφής μνήμης, συνήθως 64 byte η καθεμία, με διευθύνσεις 0 έως 63 στη γραμμή 0, 64 έως 127 στη γραμμή 1 και ούτω καθεξής. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες γραμμές κρυφής μνήμης αποθηκεύονται σε μια κρυφή μνήμη υψηλής ταχύτητας που βρίσκεται εντός ή πολύ κοντά στη CPU. Όταν ένα πρόγραμμα χρειάζεται να διαβάσει μια λέξη από τη μνήμη, το τσιπ της κρυφής μνήμης ελέγχει εάν η επιθυμητή γραμμή βρίσκεται στη μνήμη cache. Εάν ναι, τότε η πρόσβαση στην κρυφή μνήμη γίνεται αποτελεσματικά, το αίτημα ικανοποιείται εξ ολοκλήρου από τη μνήμη cache και το αίτημα μνήμης δεν τοποθετείται στο δίαυλο. Μια επιτυχημένη πρόσβαση στην κρυφή μνήμη, κατά κανόνα, διαρκεί περίπου δύο κύκλους ρολογιού και μια ανεπιτυχής οδηγεί σε πρόσβαση στη μνήμη με σημαντική απώλεια χρόνου. Η προσωρινή μνήμη είναι περιορισμένη σε μέγεθος λόγω του υψηλού κόστους της. Ορισμένα μηχανήματα έχουν δύο ή και τρία επίπεδα κρυφής μνήμης, το καθένα πιο αργό και μεγαλύτερο από το προηγούμενο.

Ακολουθεί η RAM (RAM - Random Access Memory, English RAM, Random Access Memory - μνήμη με τυχαία πρόσβαση). Αυτή είναι η κύρια περιοχή εργασίας της συσκευής αποθήκευσης του υπολογιστικού συστήματος. Όλες οι αιτήσεις CPU που δεν μπορούν να εκπληρωθούν από τη μνήμη cache μεταβαίνουν στην κύρια μνήμη για επεξεργασία. Όταν εκτελείτε πολλά προγράμματα σε έναν υπολογιστή, είναι επιθυμητό να τοποθετείτε σύνθετα προγράμματα στη μνήμη RAM. Η προστασία των προγραμμάτων μεταξύ τους και η μετακίνησή τους στη μνήμη υλοποιείται μέσω υπολογιστικού εξοπλισμού με δύο εξειδικευμένους καταχωρητές: έναν βασικό καταχωρητή και έναν καταχωρητή ορίων.

Στην απλούστερη περίπτωση (Εικ.4.α), όταν το πρόγραμμα ξεκινά να εκτελείται, η διεύθυνση της αρχής της εκτελέσιμης μονάδας του προγράμματος φορτώνεται στον βασικό καταχωρητή και ο καταχωρητής ορίου λέει πόσο παίρνει η εκτελέσιμη μονάδα του προγράμματος μαζί με το δεδομένα. Όταν μια εντολή λαμβάνεται από τη μνήμη, το υλικό ελέγχει τον μετρητή εντολών και εάν είναι μικρότερος από τον καταχωρητή ορίου, προσθέτει την τιμή του καταχωρητή βάσης σε αυτόν και μεταφέρει το άθροισμα στη μνήμη. Όταν το πρόγραμμα θέλει να διαβάσει μια λέξη δεδομένων (για παράδειγμα, από τη διεύθυνση 10000), το υλικό προσθέτει αυτόματα τα περιεχόμενα του καταχωρητή βάσης (για παράδειγμα, 50000) σε αυτήν τη διεύθυνση και μεταφέρει το άθροισμα (60000) της μνήμης. Ο βασικός καταχωρητής επιτρέπει στο πρόγραμμα να αναφέρεται σε οποιοδήποτε μέρος της μνήμης που ακολουθεί τη διεύθυνση που είναι αποθηκευμένη σε αυτό. Επιπλέον, ο καταχωρητής ορίων εμποδίζει το πρόγραμμα να έχει πρόσβαση σε οποιοδήποτε μέρος της μνήμης μετά το πρόγραμμα. Έτσι, με τη βοήθεια αυτού του σχήματος, επιλύονται και τα δύο προβλήματα: προστασία και μετακίνηση προγραμμάτων.

Ως αποτέλεσμα του ελέγχου και της μετατροπής δεδομένων, η διεύθυνση που δημιουργείται από το πρόγραμμα και ονομάζεται εικονική διεύθυνση μεταφράζεται στη διεύθυνση που χρησιμοποιείται από τη μνήμη και ονομάζεται φυσική διεύθυνση. Η συσκευή που εκτελεί την επαλήθευση και τη μετατροπή ονομάζεται μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU). Η διαχείριση μνήμης βρίσκεται είτε στο κύκλωμα του επεξεργαστή, είτε κοντά σε αυτό, αλλά λογικά βρίσκεται ανάμεσα στον επεξεργαστή και τη μνήμη.

Ένας πιο πολύπλοκος διαχειριστής μνήμης αποτελείται από δύο ζεύγη καταχωρητών βάσης και ορίου. Το ένα ζεύγος είναι για κείμενο προγράμματος, το άλλο για δεδομένα. Ο καταχωρητής εντολών και όλες οι αναφορές στο κείμενο του προγράμματος λειτουργούν με το πρώτο ζεύγος καταχωρητών, οι αναφορές δεδομένων χρησιμοποιούν το δεύτερο ζεύγος καταχωρητών. Χάρη σε αυτόν τον μηχανισμό, καθίσταται δυνατή η κοινή χρήση ενός προγράμματος μεταξύ πολλών χρηστών, ενώ αποθηκεύεται μόνο ένα αντίγραφο του προγράμματος στη μνήμη RAM, το οποίο αποκλείεται σε ένα απλό σχήμα. Όταν εκτελείται το πρόγραμμα Νο. 1, βρίσκονται τέσσερις καταχωρητές όπως φαίνεται στο Σχ. 4 (β) στα αριστερά, όταν εκτελείται το πρόγραμμα Νο. 2 - στα δεξιά. Η διαχείριση της διαχείρισης μνήμης είναι μια λειτουργία του λειτουργικού συστήματος.

Ο επόμενος στη δομή της μνήμης είναι ο μαγνητικός δίσκος (σκληρός δίσκος). Η μνήμη δίσκου είναι δύο τάξεις μεγέθους φθηνότερη από τη μνήμη RAM ως προς τα bit και μεγαλύτερη σε μέγεθος, αλλά η πρόσβαση σε δεδομένα που βρίσκονται στο δίσκο διαρκεί περίπου τρεις τάξεις μεγέθους περισσότερο. Ο λόγος για τη χαμηλή ταχύτητα ενός σκληρού δίσκου είναι το γεγονός ότι ο δίσκος είναι μια μηχανική κατασκευή. Ένας σκληρός δίσκος αποτελείται από μία ή περισσότερες μεταλλικές πλάκες που περιστρέφονται στις 5400, 7200 ή 10800 rpm (Εικ. 5.). Οι πληροφορίες καταγράφονται στις πλάκες με τη μορφή ομόκεντρων κύκλων. Οι κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής σε κάθε δεδομένη θέση μπορούν να διαβάσουν ένα δαχτυλίδι στην πιατέλα που ονομάζεται κομμάτι. Μαζί, οι τροχιές για μια δεδομένη θέση περόνης σχηματίζουν έναν κύλινδρο.

Κάθε κομμάτι χωρίζεται σε έναν αριθμό τομέων, συνήθως 512 byte ανά τομέα. Επί σύγχρονους δίσκουςΟι εξωτερικοί κύλινδροι περιέχουν περισσότερους τομείς από τους εσωτερικούς. Η μετακίνηση της κεφαλής από τον έναν κύλινδρο στον άλλο διαρκεί περίπου 1 ms και η μετακίνηση σε έναν αυθαίρετο κύλινδρο διαρκεί 5 έως 10 ms, ανάλογα με το δίσκο. Όταν η κεφαλή βρίσκεται πάνω από την επιθυμητή διαδρομή, πρέπει να περιμένετε έως ότου ο κινητήρας γυρίσει το δίσκο έτσι ώστε ο απαιτούμενος τομέας να γίνει κάτω από την κεφαλή. Αυτό απαιτεί επιπλέον 5 έως 10 ms, ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του δίσκου. Όταν ο τομέας βρίσκεται κάτω από το κεφάλι, η διαδικασία ανάγνωσης ή εγγραφής λαμβάνει χώρα με ταχύτητα 5 MB / s (για δίσκους χαμηλής ταχύτητας) έως 160 MB / s (για δίσκους υψηλής ταχύτητας).

Το τελευταίο στρώμα καταλαμβάνεται από μια μαγνητική ταινία. Αυτό το μέσο έχει χρησιμοποιηθεί συχνά για τη δημιουργία αντίγραφα ασφαλείαςχώρο στον σκληρό δίσκο ή για αποθήκευση μεγάλων συνόλων δεδομένων. Για να αποκτήσετε πρόσβαση σε πληροφορίες, η ταινία τοποθετήθηκε σε συσκευή ανάγνωσης μαγνητικής ταινίας και, στη συνέχεια, επανατυλίχθηκε στο ζητούμενο μπλοκ με πληροφορίες. Η όλη διαδικασία κράτησε λεπτά. Η περιγραφόμενη ιεραρχία μνήμης είναι τυπική, αλλά σε ορισμένες υλοποιήσεις, μπορεί να μην υπάρχουν όλα τα επίπεδα ή οι άλλοι τύποι τους (για παράδειγμα, ένας οπτικός δίσκος). Σε κάθε περίπτωση, όταν μετακινείστε προς τα κάτω στην ιεραρχία, ο χρόνος τυχαίας πρόσβασης αυξάνεται σημαντικά από συσκευή σε συσκευή και η χωρητικότητα αυξάνεται ισοδύναμα με τον χρόνο πρόσβασης.

Εκτός από τους τύπους που περιγράφονται παραπάνω, πολλοί υπολογιστές διαθέτουν μνήμη μόνο για ανάγνωση τυχαίας πρόσβασης (ROM - μνήμη μόνο για ανάγνωση, ROM, μνήμη μόνο για ανάγνωση - μνήμη μόνο για ανάγνωση), η οποία δεν χάνει το περιεχόμενό της όταν γυρίζει το σύστημα του υπολογιστή μακριά από. Η ROM προγραμματίζεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής και το περιεχόμενό της δεν μπορεί να αλλάξει μετά. Σε ορισμένους υπολογιστές, η ROM περιέχει τα προγράμματα εκκίνησης που χρησιμοποιούνται για την εκκίνηση του υπολογιστή και ορισμένες κάρτες εισόδου/εξόδου για τον έλεγχο συσκευών χαμηλού επιπέδου.

Η ηλεκτρικά διαγραφόμενη ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) και η flash RAM (flash RAM) είναι επίσης μη πτητικές, αλλά σε αντίθεση με τη ROM, το περιεχόμενό τους μπορεί να διαγραφεί και να ξαναγραφτεί. Ωστόσο, η εγγραφή δεδομένων σε αυτούς απαιτεί πολύ περισσότερο χρόνο από την εγγραφή στη μνήμη RAM. Επομένως, χρησιμοποιούνται με τον ίδιο τρόπο όπως η ROM.

Υπάρχει ένας άλλος τύπος μνήμης - η μνήμη CMOS, η οποία είναι πτητική και χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της τρέχουσας ημερομηνίας και της τρέχουσας ώρας. Η μνήμη τροφοδοτείται από μια μπαταρία ενσωματωμένη στον υπολογιστή και μπορεί να περιέχει παραμέτρους διαμόρφωσης (για παράδειγμα, ένδειξη από ποιον σκληρό δίσκο να εκκινήσετε).

3. Συσκευές εισόδου/εξόδου

Άλλες συσκευές που αλληλεπιδρούν στενά με το λειτουργικό σύστημα είναι οι συσκευές εισόδου/εξόδου, οι οποίες αποτελούνται από δύο μέρη: τον ελεγκτή και την ίδια τη συσκευή. Ο ελεγκτής είναι ένα μικροτσίπ (chipset) σε μια πλακέτα plug-in που λαμβάνει και εκτελεί εντολές από το λειτουργικό σύστημα.

Για παράδειγμα, ο ελεγκτής λαμβάνει μια εντολή για την ανάγνωση ενός συγκεκριμένου τομέα από το δίσκο. Για να εκτελέσει την εντολή, ο ελεγκτής μετατρέπει τον αριθμό του γραμμικού τομέα του δίσκου στον αριθμό του κυλίνδρου, του τομέα και της κεφαλής. Η λειτουργία μετατροπής περιπλέκεται από το γεγονός ότι οι εξωτερικοί κύλινδροι μπορεί να έχουν περισσότερους τομείς από τους εσωτερικούς. Στη συνέχεια, ο ελεγκτής καθορίζει σε ποιον κύλινδρο βρίσκεται αυτή τη στιγμήκεφάλι, και δίνει μια ακολουθία παλμών για να μετακινήσετε την κεφαλή στον απαιτούμενο αριθμό κυλίνδρων. Μετά από αυτό, ο ελεγκτής περιμένει να περιστραφεί ο δίσκος, τοποθετώντας τον απαιτούμενο τομέα κάτω από την κεφαλή. Στη συνέχεια, οι διαδικασίες ανάγνωσης και αποθήκευσης bit καθώς φτάνουν από το δίσκο, οι διαδικασίες αφαίρεσης της κεφαλίδας και υπολογισμού άθροισμα ελέγχου. Στη συνέχεια, ο ελεγκτής συλλέγει τα ληφθέντα bits σε λέξεις και τα αποθηκεύει στη μνήμη. Για την εκτέλεση αυτής της εργασίας, οι ελεγκτές περιέχουν ενσωματωμένο υλικολογισμικό.

Η ίδια η συσκευή I/O έχει μια απλή διεπαφή που πρέπει να συμμορφώνεται με ένα ενιαίο πρότυπο IDE (IDE, Integrated Drive Electronics - ενσωματωμένη διεπαφή μονάδας δίσκου). Δεδομένου ότι η διεπαφή της συσκευής είναι κρυμμένη από τον ελεγκτή, το λειτουργικό σύστημα βλέπει μόνο τη διεπαφή ελεγκτή, η οποία μπορεί να είναι διαφορετική από τη διεπαφή της συσκευής.

Δεδομένου ότι οι ελεγκτές διαφορετικές συσκευέςΤα I/O διαφέρουν μεταξύ τους, τότε απαιτείται κατάλληλο λογισμικό - προγράμματα οδήγησης - για τον έλεγχό τους. Επομένως, κάθε κατασκευαστής ελεγκτών πρέπει να παρέχει προγράμματα οδήγησης για τους ελεγκτές που υποστηρίζει. λειτουργικά συστήματα. Υπάρχουν τρεις τρόποι για να εγκαταστήσετε το πρόγραμμα οδήγησης στο λειτουργικό σύστημα:

Επανασυνδέστε τον πυρήνα με το νέο πρόγραμμα οδήγησης και στη συνέχεια επανεκκινήστε το σύστημα, έτσι λειτουργούν πολλά συστήματα UNIX.

Δημιουργήστε μια καταχώρηση στο αρχείο που περιλαμβάνεται στο λειτουργικό σύστημα ότι απαιτείται το πρόγραμμα οδήγησης και επανεκκινήστε το σύστημα, κατά την αρχική εκκίνηση, το λειτουργικό σύστημα θα βρει σωστό πρόγραμμα οδήγησηςκαι να το κατεβάσετε? έτσι λειτουργεί το λειτουργικό σύστημα των Windows.

Αποδεχτείτε νέα προγράμματα οδήγησης και εγκαταστήστε τα γρήγορα χρησιμοποιώντας το λειτουργικό σύστημα ενώ εκτελείται. Η μέθοδος χρησιμοποιείται από αφαιρούμενους διαύλους USB και IEEE 1394, οι οποίοι χρειάζονται πάντα δυναμικά φορτωμένα προγράμματα οδήγησης.

Υπάρχουν συγκεκριμένοι καταχωρητές για επικοινωνία με κάθε ελεγκτή. Για παράδειγμα, ένας ελάχιστος ελεγκτής δίσκου μπορεί να έχει καταχωρητές για τον καθορισμό της διεύθυνσης του δίσκου, της διεύθυνσης μνήμης, του αριθμού τομέα και της κατεύθυνσης της λειτουργίας (ανάγνωση ή εγγραφή). Για να ενεργοποιήσετε τον ελεγκτή, το πρόγραμμα οδήγησης λαμβάνει μια εντολή από το λειτουργικό σύστημα και στη συνέχεια τη μεταφράζει σε τιμές κατάλληλες για εγγραφή στα μητρώα συσκευών.

Σε ορισμένους υπολογιστές, οι καταχωρητές συσκευών εισόδου/εξόδου αντιστοιχίζονται στον χώρο διευθύνσεων του λειτουργικού συστήματος, ώστε να μπορούν να διαβαστούν ή να γραφτούν σαν συνηθισμένες λέξεις στη μνήμη. Οι διευθύνσεις μητρώου τοποθετούνται στη μνήμη RAM πέρα ​​από την προσιτότητα των προγραμμάτων χρήστη, προκειμένου να προστατεύονται τα προγράμματα χρηστών από το υλικό (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας καταχωρητές βάσης και ορίου).

Σε άλλους υπολογιστές, οι καταχωρητές συσκευών βρίσκονται σε ειδικές θύρες εισόδου/εξόδου και κάθε μητρώο έχει τη δική του διεύθυνση θύρας. Σε τέτοια μηχανήματα, οι οδηγίες IN και OUT είναι διαθέσιμες σε προνομιακή λειτουργία, που επιτρέπουν στους οδηγούς να διαβάζουν και να γράφουν καταχωρητές. Το πρώτο σχήμα εξαλείφει την ανάγκη για ειδικές εντολές εισόδου/εξόδου, αλλά χρησιμοποιεί κάποιο χώρο διευθύνσεων. Το δεύτερο σχήμα δεν επηρεάζει το χώρο διευθύνσεων, αλλά απαιτεί την παρουσία ειδικών εντολών. Και τα δύο συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως. Η είσοδος και η έξοδος των δεδομένων πραγματοποιείται με τρεις τρόπους.

1. Το πρόγραμμα χρήστη εκδίδει ένα αίτημα συστήματος, το οποίο ο πυρήνας μεταφράζει σε κλήση διαδικασίας στο αντίστοιχο πρόγραμμα οδήγησης. Στη συνέχεια, το πρόγραμμα οδήγησης ξεκινά τη διαδικασία I/O. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο οδηγός εκτελεί έναν πολύ σύντομο κύκλο προγράμματος, ελέγχοντας συνεχώς την ετοιμότητα της συσκευής με την οποία λειτουργεί (συνήθως υπάρχει κάποιο bit που δείχνει ότι η συσκευή είναι ακόμα απασχολημένη). Όταν ολοκληρωθεί η λειτουργία I/O, το πρόγραμμα οδήγησης τοποθετεί τα δεδομένα εκεί που χρειάζονται και επιστρέφει στην αρχική τους κατάσταση. Στη συνέχεια, το λειτουργικό σύστημα επιστρέφει τον έλεγχο στο πρόγραμμα που πραγματοποίησε την κλήση. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται έτοιμη αναμονή ή ενεργή αναμονή και έχει ένα μειονέκτημα: ο επεξεργαστής πρέπει να μετρήσει τη συσκευή μέχρι να ολοκληρώσει την εργασία της.

2. Το πρόγραμμα οδήγησης εκκινεί τη συσκευή και της ζητά να κάνει μια διακοπή στο τέλος του I/O. Μετά από αυτό, το πρόγραμμα οδήγησης επιστρέφει τα δεδομένα, το λειτουργικό σύστημα αποκλείει τον καλούντα, εάν είναι απαραίτητο, και αρχίζει να εκτελεί άλλες εργασίες. Όταν ο ελεγκτής ανιχνεύσει το τέλος μιας μεταφοράς δεδομένων, δημιουργεί μια διακοπή για να σηματοδοτήσει την ολοκλήρωση της λειτουργίας. Ο μηχανισμός υλοποίησης I/O έχει ως εξής (Εικ. 6.α):

Βήμα 1: το πρόγραμμα οδήγησης στέλνει μια εντολή στον ελεγκτή, γράφοντας πληροφορίες στα μητρώα συσκευών. ο ελεγκτής εκκινεί τη συσκευή I/O.

Βήμα 2: Αφού τελειώσει η ανάγνωση ή η εγγραφή, ο ελεγκτής στέλνει ένα σήμα στο τσιπ του ελεγκτή διακοπής.

Βήμα 3: Εάν ο ελεγκτής διακοπής είναι έτοιμος να λάβει μια διακοπή, τότε στέλνει ένα σήμα σε μια συγκεκριμένη ακίδα της CPU.

Βήμα 4: Ο ελεγκτής διακοπής τοποθετεί τον αριθμό της συσκευής I/O στο δίαυλο, έτσι ώστε η CPU να μπορεί να τον διαβάσει και να γνωρίζει ποια συσκευή έχει ολοκληρώσει. Όταν λαμβάνεται μια διακοπή από την CPU, τα περιεχόμενα του μετρητή προγράμματος (PC) και η λέξη κατάστασης του επεξεργαστή (PSW) ωθούνται στην τρέχουσα στοίβα και ο επεξεργαστής μεταβαίνει στον προνομιακό τρόπο λειτουργίας (λειτουργία πυρήνα λειτουργικού συστήματος). Ο αριθμός της συσκευής I/O μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ευρετήριο σε ένα κομμάτι μνήμης που χρησιμοποιείται για την αναζήτηση της διεύθυνσης ενός προγράμματος χειρισμού διακοπών. αυτή η συσκευή. Αυτό το κομμάτι μνήμης ονομάζεται διάνυσμα διακοπής. Όταν ξεκινά ο χειριστής διακοπών (μέρος του προγράμματος οδήγησης συσκευής που έστειλε τη διακοπή), αφαιρεί τον μετρητή προγράμματος και τη λέξη κατάστασης του επεξεργαστή από τη στοίβα, τα αποθηκεύει και ζητά από τη συσκευή πληροφορίες σχετικά με την κατάστασή της. Μετά την ολοκλήρωση της επεξεργασίας διακοπής, ο έλεγχος επιστρέφει στο πρόγραμμα χρήστη που εκτελούσε προηγουμένως, στην εντολή της οποίας η εκτέλεση δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί (Εικ. 6 β).

3. Για πληροφορίες εισόδου-εξόδου, χρησιμοποιείται ελεγκτής άμεσης πρόσβασης μνήμης (DMA, Direct Memory Access), ο οποίος ελέγχει τη ροή των bit μεταξύ της RAM και ορισμένων ελεγκτών χωρίς τη συνεχή επέμβαση του κεντρικού επεξεργαστή. Ο επεξεργαστής καλεί το τσιπ DMA, του λέει πόσα byte να μεταφέρει, του λέει τις διευθύνσεις της συσκευής και της μνήμης και την κατεύθυνση της μεταφοράς δεδομένων και αφήνει το τσιπ να φροντίσει τον εαυτό του. Με την ολοκλήρωση, το DMA ξεκινά μια διακοπή, η οποία αντιμετωπίζεται κατάλληλα.

Οι διακοπές μπορεί να προκύψουν σε ακατάλληλες στιγμές, όπως κατά την επεξεργασία μιας άλλης διακοπής. Για το λόγο αυτό, η CPU έχει τη δυνατότητα να απενεργοποιεί τις διακοπές και να τις ενεργοποιεί αργότερα. Ενώ οι διακοπές είναι απενεργοποιημένες, όλες οι συσκευές που έχουν ολοκληρώσει την εργασία τους συνεχίζουν να στέλνουν τα σήματα τους, αλλά ο επεξεργαστής δεν διακόπτεται μέχρι να ενεργοποιηθούν οι διακοπές. Εάν πολλές συσκευές τερματιστούν ταυτόχρονα ενώ οι διακοπές είναι απενεργοποιημένες, ο ελεγκτής διακοπών αποφασίζει ποια πρέπει να χειριστεί πρώτα, συνήθως με βάση τις στατικές προτεραιότητες που έχουν εκχωρηθεί σε κάθε συσκευή.

Το σύστημα υπολογιστή Pentium έχει οκτώ διαύλους (διαύλου προσωρινής μνήμης, τοπικού διαύλου, διαύλου μνήμης, PCI, SCSI, USB, IDE και ISA). Κάθε δίαυλος έχει τον δικό του ρυθμό δεδομένων και τις δικές του λειτουργίες. Το λειτουργικό σύστημα πρέπει να έχει πληροφορίες για όλους τους διαύλους προκειμένου να διαχειρίζεται τον υπολογιστή και τις παραμέτρους του.

Δίαυλος ISA (Industry Standard Architecture, βιομηχανική τυπική αρχιτεκτονική) - εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε υπολογιστές IBM PC / AT, λειτουργεί σε συχνότητα 8,33 MHz και μπορεί να μεταφέρει δύο byte ανά ρολόι με μέγιστη ταχύτητα 16,67 MB / s. Περιλαμβάνεται για συμβατότητα προς τα πίσω με παλαιότερες κάρτες αργής εισόδου/εξόδου.

Ο δίαυλος PCI (Peripheral Component Interconnect, Peripheral Device Interface) - που δημιουργήθηκε από την Intel ως διάδοχος του διαύλου ISA, μπορεί να λειτουργεί σε συχνότητα 66 MHz και να μεταφέρει 8 byte ανά ρολόι με ταχύτητα 528 MB / s. Επί του παρόντος Δίαυλος PCIχρησιμοποιήστε τις περισσότερες συσκευές I/O υψηλής ταχύτητας, καθώς και υπολογιστές με επεξεργαστές εκτός Intel, καθώς πολλές κάρτες I/O είναι συμβατές με αυτό.

Ο τοπικός δίαυλος στο σύστημα Pentium χρησιμοποιείται από την CPU για την αποστολή δεδομένων στο τσιπ γέφυρας PCI, το οποίο έχει πρόσβαση στη μνήμη μέσω ενός αποκλειστικού διαύλου μνήμης, που συχνά λειτουργεί στα 100 MHz.

Ο δίαυλος κρυφής μνήμης χρησιμοποιείται για τη σύνδεση μιας εξωτερικής κρυφής μνήμης, καθώς τα συστήματα Pentium έχουν μια κρυφή μνήμη πρώτου επιπέδου (cache L1) ενσωματωμένη στον επεξεργαστή και μια μεγάλη εξωτερική κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου (κρυφή μνήμη L2).

Ο δίαυλος IDE χρησιμοποιείται για τη σύνδεση περιφερειακών συσκευών: δίσκους και μονάδες CD-ROM. Ο δίαυλος είναι απόγονος της διεπαφής ελεγκτή δίσκου PC/AT και είναι πλέον στάνταρ σε όλα τα συστήματα που βασίζονται σε Pentium.

Δίαυλος USB (Universal Serial Bus, καθολικό σειριακό λεωφορείο) έχει σχεδιαστεί για τη σύνδεση συσκευών αργής εισόδου/εξόδου (πληκτρολόγια, ποντίκια) στον υπολογιστή. Χρησιμοποιεί μια μικρή υποδοχή τεσσάρων καλωδίων, δύο καλώδια από τα οποία τροφοδοτούν συσκευές USB.

Ο δίαυλος USB είναι ένας κεντρικός δίαυλος όπου ο κεντρικός υπολογιστής μετράει τις συσκευές I/O κάθε χιλιοστό του δευτερολέπτου για να δει αν έχουν δεδομένα. Μπορεί να διαχειριστεί λήψεις δεδομένων με ταχύτητα 1,5 MB/s. Όλες οι συσκευές USB χρησιμοποιούν το ίδιο πρόγραμμα οδήγησης, ώστε να μπορούν να συνδεθούν στο σύστημα χωρίς επανεκκίνηση του συστήματος.

Ο δίαυλος SCSI (Διασύνδεση συστήματος μικρού υπολογιστή, διεπαφή συστήματος μικρών υπολογιστών) είναι ένας δίαυλος υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιείται για γρήγορες μονάδες δίσκου, σαρωτές και άλλες συσκευές που απαιτούν σημαντικό εύρος ζώνης. Η απόδοσή του φτάνει τα 160 MB/s. Ο δίαυλος SCSI χρησιμοποιείται σε συστήματα Macintosh και είναι δημοφιλής σε συστήματα UNIX και άλλα συστήματα που βασίζονται στην Intel.

Ο δίαυλος IEEE 1394 (FireWire) είναι ένας σειριακός δίαυλος bit και υποστηρίζει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων ριπής έως και 50 MB/s. Αυτή η δυνατότητα σάς επιτρέπει να συνδέσετε φορητές ψηφιακές βιντεοκάμερες και άλλες συσκευές πολυμέσων στον υπολογιστή σας. Σε αντίθεση με τα ελαστικά Δίαυλος USBΤο IEEE 1394 δεν έχει κεντρικό ελεγκτή.

Το λειτουργικό σύστημα πρέπει να μπορεί να αναγνωρίζει στοιχεία υλικού και να μπορεί να τα διαμορφώσει. Αυτή η απαίτηση οδήγησε από την Intelκαι η Microsoft να αναπτύξουν ένα σύστημα προσωπικού υπολογιστή που ονομάζεται plug and play. Πριν από αυτό το σύστημα, κάθε πλακέτα εισόδου/εξόδου είχε σταθερές διευθύνσεις καταχωρητή εισόδου/εξόδου και ένα επίπεδο αιτήματος διακοπής. Για παράδειγμα, το πληκτρολόγιο χρησιμοποιούσε διακοπή 1 και διευθύνσεις στην περιοχή 0x60 έως 0x64. ο ελεγκτής δισκέτας χρησιμοποιούσε τη διακοπή 6 και διευθύνει 0x3F0 έως 0x3F7. ο εκτυπωτής χρησιμοποιούσε διακοπή 7 και διευθύνει από 0x378 έως 0x37A.

Εάν ο χρήστης αγόρασε μια κάρτα ήχου και ένα μόντεμ, συνέβη αυτές οι συσκευές να χρησιμοποιήσουν κατά λάθος την ίδια διακοπή. Υπήρχε μια σύγκρουση, επομένως οι συσκευές δεν μπορούσαν να συνεργαστούν. Πιθανή λύσηεπρόκειτο να δημιουργηθεί ένα σύνολο από διακόπτες DIP (jumpers, jumper - jumper) σε κάθε πλακέτα και να ρυθμιστεί κάθε πλακέτα με τέτοιο τρόπο ώστε οι διευθύνσεις των θυρών και οι αριθμοί διακοπών των διαφόρων συσκευών να μην έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους.

Το Plug and play επιτρέπει στο λειτουργικό σύστημα να συλλέγει αυτόματα πληροφορίες σχετικά με συσκευές I/O, να εκχωρεί κεντρικά επίπεδα διακοπής και διευθύνσεις I/O και στη συνέχεια να αναφέρει αυτές τις πληροφορίες σε κάθε πλακέτα. Ένα τέτοιο σύστημα τρέχει σε υπολογιστές Pentium. Κάθε υπολογιστής με Επεξεργαστής Pentiumπεριέχει τη μητρική πλακέτα στην οποία βρίσκεται το πρόγραμμα - το σύστημα BIOS (Basic Input Output System - βασικό σύστημα εισόδου-εξόδου). Το BIOS περιέχει προγράμματα εισόδου/εξόδου χαμηλού επιπέδου, συμπεριλαμβανομένων διαδικασιών ανάγνωσης από το πληκτρολόγιο, εμφάνισης πληροφοριών στην οθόνη, εισαγωγής/εξόδου δεδομένων από το δίσκο κ.λπ.

Όταν εκκινείται ο υπολογιστής, ξεκινά το σύστημα BIOS, το οποίο ελέγχει την ποσότητα μνήμης RAM που είναι εγκατεστημένη στο σύστημα, τη σύνδεση και τη σωστή λειτουργία του πληκτρολογίου και άλλων κύριων συσκευών. Στη συνέχεια, το BIOS ελέγχει τους διαύλους ISA και PCI και όλες τις συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε αυτούς. Μερικές από αυτές τις συσκευές είναι παραδοσιακές (pre-plug and play). Έχουν σταθερά επίπεδα διακοπής και μια διεύθυνση θύρας I/O (για παράδειγμα, ρυθμίζονται χρησιμοποιώντας διακόπτες ή βραχυκυκλωτήρες στην πλακέτα I/O που δεν μπορούν να αλλάξουν από το λειτουργικό σύστημα). Αυτές οι συσκευές εγγράφονται και, στη συνέχεια, περνούν οι εγγραφές συσκευών plug and play. Εάν οι συσκευές που υπάρχουν είναι διαφορετικές από αυτές κατά την τελευταία εκκίνηση, διαμορφώνονται οι νέες συσκευές.

Στη συνέχεια, το BIOS καθορίζει από ποια συσκευή θα εκκινήσει δοκιμάζοντας κάθε μία με τη σειρά της από τη λίστα που είναι αποθηκευμένη στη μνήμη CMOS. Ο χρήστης μπορεί να τροποποιήσει αυτήν τη λίστα μπαίνοντας στο πρόγραμμα διαμόρφωσης του BIOS αμέσως μετά την εκκίνηση. Συνήθως, γίνεται μια προσπάθεια εκκίνησης πρώτα από μια δισκέτα. Εάν αυτό αποτύχει, το CD δοκιμάζεται. Εάν ο υπολογιστής δεν διαθέτει δισκέτα και CD, το σύστημα εκκινείται από τον σκληρό δίσκο. Από τη συσκευή εκκίνησης, ο πρώτος τομέας διαβάζεται στη μνήμη και εκτελείται. Αυτός ο τομέας περιέχει ένα πρόγραμμα που ελέγχει τον πίνακα διαμερισμάτων στο τέλος του τομέα εκκίνησης για να προσδιορίσει ποιο διαμέρισμα είναι ενεργό. Στη συνέχεια, ο δευτερεύων φορτωτής εκκίνησης διαβάζεται από το ίδιο διαμέρισμα. Διαβάζει το λειτουργικό σύστημα από το ενεργό διαμέρισμα και το ξεκινά.

Στη συνέχεια, το λειτουργικό σύστημα ελέγχει το BIOS για πληροφορίες σχετικά με τη διαμόρφωση του υπολογιστή και ελέγχει για ένα πρόγραμμα οδήγησης για κάθε συσκευή. Εάν το πρόγραμμα οδήγησης δεν υπάρχει, το λειτουργικό σύστημα ζητά από το χρήστη να εισαγάγει μια δισκέτα ή ένα CD που περιέχει το πρόγραμμα οδήγησης (αυτοί οι δίσκοι παρέχονται από τον κατασκευαστή της συσκευής). Εάν όλα τα προγράμματα οδήγησης είναι στη θέση τους, το λειτουργικό σύστημα τα φορτώνει στον πυρήνα. Στη συνέχεια, αρχικοποιεί τους πίνακες προγραμμάτων οδήγησης, δημιουργεί τις απαραίτητες διαδικασίες παρασκηνίου και ξεκινά το πρόγραμμα εισαγωγής κωδικού πρόσβασης ή GUIσε κάθε τερματικό σταθμό.

5. Ιστορία της ανάπτυξης της τεχνολογίας των υπολογιστών

Όλοι οι προσωπικοί υπολογιστές συμβατοί με την IBM είναι εξοπλισμένοι με επεξεργαστές συμβατούς με την Intel. Η ιστορία της ανάπτυξης μικροεπεξεργαστών της οικογένειας Intel είναι εν συντομία ως εξής. Ο πρώτος μικροεπεξεργαστής γενικής χρήσης της Intel εμφανίστηκε το 1970. Ονομάστηκε Intel 4004, ήταν τεσσάρων bit και είχε τη δυνατότητα εισαγωγής/εξόδου και επεξεργασίας λέξεων τεσσάρων bit. Η ταχύτητά του ήταν 8000 λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο. Ο μικροεπεξεργαστής Intel 4004 σχεδιάστηκε για χρήση σε προγραμματιζόμενες αριθμομηχανές με μνήμη 4K byte.

Τρία χρόνια αργότερα, η Intel κυκλοφόρησε τον επεξεργαστή 8080, ο οποίος μπορούσε ήδη να εκτελεί αριθμητικές λειτουργίες 16 bit, είχε έναν δίαυλο διευθύνσεων 16 bit και, ως εκ τούτου, μπορούσε να διευθύνει έως και 64 KB μνήμης (2516 0 = 65536). Το 1978 σηματοδοτήθηκε από την κυκλοφορία του επεξεργαστή 8086 με μέγεθος λέξης 16 bit (δύο byte), έναν δίαυλο 20 bit και μπορούσε ήδη να λειτουργήσει με 1 MB μνήμης (2520 0 = 1048576, ή 1024 KB), χωρισμένο σε μπλοκ (τμήματα) των 64 KB το καθένα. Ο επεξεργαστής 8086 ήταν εξοπλισμένος με υπολογιστές συμβατούς με τα IBM PC και IBM PC / XT. Το επόμενο σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη νέων μικροεπεξεργαστών ήταν ο επεξεργαστής 8028b, ο οποίος εμφανίστηκε το 1982. Είχε ένα δίαυλο διευθύνσεων 24-bit, μπορούσε να χειριστεί 16 megabyte χώρου διευθύνσεων και ήταν εγκατεστημένο σε υπολογιστές συμβατούς με το IBM PC/AT. Τον Οκτώβριο του 1985 κυκλοφόρησε το 80386DX με δίαυλο διευθύνσεων 32 bit (μέγιστος χώρος διευθύνσεων είναι 4 GB) και τον Ιούνιο του 1988 κυκλοφόρησε το 80386SX, το οποίο ήταν φθηνότερο από το 80386DX και είχε δίαυλο διευθύνσεων 24 bit. Στη συνέχεια, τον Απρίλιο του 1989, εμφανίζεται ο μικροεπεξεργαστής 80486DX και τον Μάιο του 1993, η πρώτη έκδοση του επεξεργαστή Pentium (και οι δύο με δίαυλο διευθύνσεων 32 bit).

Τον Μάιο του 1995 στη Μόσχα στη διεθνή έκθεση Komtek-95, παρουσίασε η Intel νέο επεξεργαστή- P6.

Ένας από τους πιο σημαντικούς σχεδιαστικούς στόχους για το P6 ήταν να διπλασιάσει την απόδοση του επεξεργαστή Pentium. Ταυτόχρονα, η παραγωγή των πρώτων εκδόσεων του P6 θα πραγματοποιηθεί σύμφωνα με το ήδη διορθωμένο "Intel" και θα χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή. πιο πρόσφατες εκδόσειςΤεχνολογία ημιαγωγών Pentium (0,6 μm, Z, Z V).

Η χρήση της ίδιας διαδικασίας κατασκευής διασφαλίζει ότι η μαζική παραγωγή του P6 μπορεί να επιτευχθεί χωρίς μεγάλα προβλήματα. Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι ο διπλασιασμός της απόδοσης επιτυγχάνεται μόνο μέσω ολοκληρωμένων βελτιώσεων στη μικροαρχιτεκτονική του επεξεργαστή. Η μικροαρχιτεκτονική P6 αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας έναν προσεκτικά μελετημένο και συντονισμένο συνδυασμό διαφόρων αρχιτεκτονικών μεθόδων. Κάποια από αυτά είχαν δοκιμαστεί προηγουμένως σε επεξεργαστές «μεγάλων» υπολογιστών, άλλα προτάθηκαν από ακαδημαϊκά ιδρύματα, τα υπόλοιπα αναπτύχθηκαν από μηχανικούς της εταιρείας Intel. Αυτός ο μοναδικός συνδυασμός αρχιτεκτονικών χαρακτηριστικών, που η Intel αναφέρει ως "δυναμική εκτέλεση", επέτρεψε στα πρώτα τσιπ P6 να υπερβούν τα αρχικά επιδιωκόμενα επίπεδα απόδοσης.

Σε σύγκριση με εναλλακτικούς επεξεργαστές "Intel" της οικογένειας x86, αποδεικνύεται ότι η μικροαρχιτεκτονική P6 έχει πολλά κοινά με τη μικροαρχιτεκτονική των επεξεργαστών Nx586 της NexGen και του K5 της AMD και, αν και σε μικρότερο βαθμό, με τον M1 από Κύριξ. Αυτή η κοινότητα εξηγείται από το γεγονός ότι οι μηχανικοί των τεσσάρων εταιρειών έλυναν το ίδιο πρόβλημα: εισάγοντας στοιχεία της τεχνολογίας RISC διατηρώντας παράλληλα τη συμβατότητα με την αρχιτεκτονική Intel x86 CISC.

Δύο κρύσταλλα σε μια θήκη

Το κύριο πλεονέκτημα και μοναδικό χαρακτηριστικό του P6 είναι η τοποθέτησηστο ίδιο πακέτο με τον επεξεργαστή, μια δευτερεύουσα στατική κρυφή μνήμη μεγέθους 256 KB, συνδεδεμένη με τον επεξεργαστή μέσω αποκλειστικού διαύλου. Αυτός ο σχεδιασμός θα πρέπει να απλοποιήσει σημαντικά τον σχεδιασμό συστημάτων που βασίζονται στο P6. Ο P6 είναι ο πρώτος μικροεπεξεργαστής μαζικής παραγωγής που περιέχει δύο τσιπ σε μία συσκευασία.

Το καλούπι της CPU στο P6 περιέχει 5,5 εκατομμύρια τρανζίστορ. κρύσταλλο κρυφής μνήμης δεύτερου επιπέδου - 15,5 εκατομμύρια. Συγκριτικά, το πιο πρόσφατο μοντέλο Pentium περιελάμβανε περίπου 3,3 εκατομμύρια τρανζίστορ και η κρυφή μνήμη L2 υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα εξωτερικό σετ τσιπ μνήμης.

Ένας τόσο μεγάλος αριθμός τρανζίστορ στην κρυφή μνήμη οφείλεται στη στατική φύση του. Η στατική μνήμη στο P6 χρησιμοποιεί έξι τρανζίστορ για την αποθήκευση ενός bit, ενώ η δυναμική μνήμη θα χρησιμοποιούσε ένα τρανζίστορ ανά bit. Η στατική μνήμη είναι πιο γρήγορη αλλά πιο ακριβή. Αν και ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ με δευτερεύουσα κρυφή μνήμη είναι τρεις φορές μεγαλύτερος από ό,τι σε ένα τσιπ επεξεργαστή, οι φυσικές διαστάσεις της κρυφής μνήμης είναι μικρότερες: 202 τετραγωνικά χιλιοστά έναντι 306 για τον επεξεργαστή. Και οι δύο μήτρες στεγάζονται μαζί σε μια κεραμική συσκευασία 387 ακίδων ("διπλής κοιλότητας pin-drid array"). Και οι δύο μήτρες κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία (0,6 μm, 4-στρώσεων Metal-BiCMOS, 2,9 V). Εκτιμώμενη μέγιστη κατανάλωση ισχύος: 20 W στα 133 MHz.

Ο πρώτος λόγος για να συνδυάσετε τον επεξεργαστή και τη δευτερεύουσα κρυφή μνήμη σε ένα πακέτο είναι να διευκολυνθεί ο σχεδιασμός και η κατασκευή συστημάτων υψηλής απόδοσης που βασίζονται στο P6. Η απόδοση ενός υπολογιστικού συστήματος που βασίζεται γρήγορος επεξεργαστής, εξαρτάται πολύ από τη λεπτή ρύθμιση των μικροκυκλωμάτων του περιβάλλοντος του επεξεργαστή, ιδιαίτερα της δευτερεύουσας κρυφής μνήμης. Δεν μπορούν όλοι οι κατασκευαστές υπολογιστών να αντέξουν οικονομικά τη σχετική έρευνα. Στο P6, η δευτερεύουσα κρυφή μνήμη είναι ήδη βελτιστοποιημένη στον επεξεργαστή, καθιστώντας ευκολότερο το σχεδιασμό της μητρικής πλακέτας.

Ο δεύτερος λόγος για τον συνδυασμό είναι η βελτίωση της απόδοσης. Το kzsh δεύτερου επιπέδου συνδέεται με τον επεξεργαστή με έναν ειδικά αποκλειστικό δίαυλο πλάτους 64 bit και λειτουργεί στην ίδια συχνότητα ρολογιού με τον επεξεργαστή.

Οι πρώτοι επεξεργαστές Pentium 60 και 66 MHz είχαν πρόσβαση στη δευτερεύουσα κρυφή μνήμη μέσω ενός διαύλου 64 bit με την ίδια ταχύτητα ρολογιού. Ωστόσο, καθώς αυξάνονταν οι ταχύτητες του ρολογιού Pentium, έγινε πολύ δύσκολο και δαπανηρό για τους σχεδιαστές να διατηρήσουν αυτή τη συχνότητα σε μια μητρική πλακέτα. Ως εκ τούτου, άρχισαν να χρησιμοποιούνται διαιρέτες συχνότητας. Για παράδειγμα, για ένα Pentium 100 MHz, ο εξωτερικός δίαυλος λειτουργεί σε συχνότητα 66 MHz (για Pentium 90 MHz - 60 MHz, αντίστοιχα). Το Pentium χρησιμοποιεί αυτόν τον δίαυλο τόσο για δευτερεύουσες προσβάσεις κρυφής μνήμης όσο και για πρόσβαση στην κύρια μνήμη και σε άλλες συσκευές όπως το σετ τσιπ PCI.

Η χρήση ενός αποκλειστικού διαύλου για πρόσβαση στη δευτερεύουσα κρυφή μνήμη βελτιώνει την απόδοση του υπολογιστικού συστήματος. Πρώτον, επιτυγχάνεται πλήρης συγχρονισμός των ταχυτήτων επεξεργαστή και διαύλου. Δεύτερον, ο ανταγωνισμός με άλλες λειτουργίες I/O και οι σχετικές καθυστερήσεις εξαιρούνται. Ο δίαυλος κρυφής μνήμης L2 είναι εντελώς ξεχωριστός από τον εξωτερικό δίαυλο μέσω του οποίου γίνεται πρόσβαση στη μνήμη και εξωτερικές συσκευές. Ο εξωτερικός δίαυλος 64-bit μπορεί να λειτουργεί με τη μισή, το ένα τρίτο ή το ένα τέταρτο της ταχύτητας του επεξεργαστή, με τον δευτερεύοντα δίαυλο προσωρινής μνήμης να λειτουργεί ανεξάρτητα σε πλήρη ταχύτητα.

Ο συνδυασμός του επεξεργαστή και της δευτερεύουσας κρυφής μνήμης στο ίδιο πακέτο και η επικοινωνία μέσω ενός αποκλειστικού διαύλου είναι ένα βήμα προς τις τεχνικές βελτίωσης της απόδοσης που χρησιμοποιούνται στους πιο ισχυρούς επεξεργαστές RISC. Έτσι, στον επεξεργαστή Alpha 21164 από το "Digital" η κρυφή μνήμη δεύτερου επιπέδου των 96 kb βρίσκεται στον πυρήνα του επεξεργαστή, όπως η κύρια κρυφή μνήμη. Αυτό παρέχει πολύ υψηλή απόδοση κρυφής μνήμης αυξάνοντας τον αριθμό των τρανζίστορ ανά τσιπ σε 9,3 εκατομμύρια. Η απόδοση του Alpha 21164 είναι 330 SPECint92 στα 300 MHz. Η απόδοση του P6 είναι χαμηλότερη (η Intel εκτιμά 200 SPECint92 στα 133 MHz), αλλά το P6 παρέχει την καλύτερη αναλογία κόστους/απόδοσης για τη δυνητική αγορά του.

Κατά την αξιολόγηση της αναλογίας κόστους/απόδοσης, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, αν και το P6 μπορεί να είναι πιο ακριβό από τους ανταγωνιστές του, οι περισσότεροι άλλοι επεξεργαστές θα πρέπει να περιβάλλονται από ένα επιπλέον σύνολο τσιπ μνήμης και έναν ελεγκτή κρυφής μνήμης. Επιπλέον, για να επιτύχουν συγκρίσιμες επιδόσεις κρυφής μνήμης, άλλοι επεξεργαστές θα πρέπει να χρησιμοποιούν μια κρυφή μνήμη μεγαλύτερη από 256 KB.

Η "Intel" συνήθως προσφέρει πολλές παραλλαγές των επεξεργαστών της. Αυτό γίνεται για να καλύψει τις διαφορετικές απαιτήσεις των σχεδιαστών συστημάτων και να αφήσει λιγότερο χώρο στα ανταγωνιστικά μοντέλα. Επομένως, μπορούμε να υποθέσουμε ότι σύντομα μετά την κυκλοφορία του P6, θα εμφανιστούν τόσο τροποποιήσεις με αυξημένη δευτερεύουσα μνήμη cache όσο και φθηνότερες τροποποιήσεις με εξωτερική θέση δευτερεύουσας κρυφής μνήμης, αλλά με αποκλειστικό δίαυλο μεταξύ της δευτερεύουσας κρυφής μνήμης και του επεξεργαστή.

Το Pentium ως αφετηρία

Ο επεξεργαστής Pentium με το pipelined και superscalar τουη αρχιτεκτονική έχει φτάσει σε ένα εντυπωσιακό επίπεδο απόδοσης. Το Pentium περιέχει δύο αγωγούς 5 σταδίων που μπορούν να τρέχουν παράλληλα και να εκτελούν δύο ακέραιες εντολές ανά ρολόι μηχανής. Σε αυτήν την περίπτωση, μόνο ένα ζεύγος εντολών μπορεί να εκτελεστεί παράλληλα, ακολουθώντας η μία μετά την άλλη στο πρόγραμμα και ικανοποιώντας ορισμένους κανόνες, για παράδειγμα, την απουσία εξαρτήσεων καταχωρητή τύπου "write after reading".

Στο P6, για να αυξηθεί η απόδοση, έγινε μια μετάβαση σε έναν αγωγό 12 σταδίων. Η αύξηση του αριθμού των σταδίων οδηγεί σε μείωση της εργασίας που εκτελείται σε κάθε στάδιο και, ως εκ τούτου, σε μείωση του χρόνου που αφιερώνει η ομάδα σε κάθε στάδιο κατά 33 τοις εκατό σε σύγκριση με το Pentium. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση της ίδιας τεχνολογίας στην κατασκευή του P6 όπως και στην κατασκευή του Pentium 100 MHz θα έχει ως αποτέλεσμα ένα P6 χρονισμένο στα 133 MHz.

Οι δυνατότητες της υπερκλιμακωτής αρχιτεκτονικής του Pentium, με την ικανότητά της να εκτελεί δύο εντολές ανά ρολόι, θα ήταν δύσκολο να ξεπεραστούν χωρίς μια εντελώς νέα προσέγγιση. Η νέα προσέγγιση που εφαρμόζεται στο P6 εξαλείφει την άκαμπτη εξάρτηση μεταξύ των παραδοσιακών φάσεων "ανάκτησης" και "εκτέλεσης", όταν η ακολουθία εντολών που διέρχεται από αυτές τις δύο φάσεις αντιστοιχεί στην ακολουθία εντολών του προγράμματος.

Η νέα προσέγγιση συνδέεται με τη χρήση της λεγόμενης ομάδας εντολών και με τη νέα αποτελεσματικές μεθόδουςπρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς του προγράμματος. Σε αυτή την περίπτωση, η παραδοσιακή φάση "εκτέλεσης" αντικαθίσταται από δύο: "αποστολή/εκτέλεση" και "επαναστροφή". Ως αποτέλεσμα, οι εντολές μπορούν να ξεκινήσουν να εκτελούνται με οποιαδήποτε σειρά, αλλά πάντα να ολοκληρώνουν την εκτέλεσή τους σύμφωνα με την αρχική τους σειρά στο πρόγραμμα. Ο πυρήνας P6 υλοποιείται ως τρεις ανεξάρτητες συσκευές που αλληλεπιδρούν μέσω μιας δεξαμενής εντολών (Εικ. 1).

Το κύριο πρόβλημα στο δρόμο για τη βελτίωση της απόδοσης

Η απόφαση να οργανωθεί το P6 ως τρεις ανεξάρτητες συσκευές που αλληλεπιδρούν μέσω μιας δεξαμενής εντολών ελήφθη μετά από ενδελεχή ανάλυση των παραγόντων που περιορίζουν την απόδοση των σύγχρονων μικροεπεξεργαστών. Το θεμελιώδες γεγονός, που ισχύει για τον Pentium και πολλούς άλλους επεξεργαστές, είναι ότι τα πραγματικά προγράμματα δεν χρησιμοποιούν την πλήρη ισχύ του επεξεργαστή.

Ενώ οι ταχύτητες του επεξεργαστή έχουν αυξηθεί τουλάχιστον 10 φορές τα τελευταία 10 χρόνια, οι χρόνοι πρόσβασης στην κύρια μνήμη έχουν μειωθεί μόνο κατά 60 τοις εκατό. Αυτή η αυξανόμενη καθυστέρηση στην απόδοση της μνήμης σε σχέση με την ταχύτητα του επεξεργαστή ήταν το θεμελιώδες πρόβλημα που έπρεπε να αντιμετωπιστεί στη σχεδίαση του P6.

Μια πιθανή προσέγγιση για την επίλυση αυτού του προβλήματος είναι να μετατοπιστεί η εστίασή του στην ανάπτυξη εξαρτημάτων υψηλής απόδοσης που περιβάλλουν τον επεξεργαστή. Ωστόσο, η μαζική παραγωγή συστημάτων που περιλαμβάνουν επεξεργαστή υψηλής απόδοσης και ειδικά τσιπ περιβάλλοντος υψηλής ταχύτητας θα ήταν πολύ δαπανηρή.

Κάποιος θα μπορούσε να προσπαθήσει να λύσει το πρόβλημα χρησιμοποιώντας ωμή βία, δηλαδή, να αυξήσει το μέγεθος της κρυφής μνήμης δεύτερου επιπέδου προκειμένου να μειωθεί το ποσοστό των περιπτώσεων όπου τα απαραίτητα δεδομένα δεν βρίσκονται στη μνήμη cache.

Αυτή η λύση είναι αποτελεσματική, αλλά και εξαιρετικά δαπανηρή, ειδικά αν ληφθούν υπόψη οι σημερινές απαιτήσεις ταχύτητας για τα στοιχεία κρυφής μνήμης L2. Το P6 σχεδιάστηκε από την άποψη της αποτελεσματικής υλοποίησης ενός πλήρους υπολογιστικού συστήματος και απαιτήθηκε η υψηλή απόδοση του συστήματος στο σύνολό του να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα φθηνό υποσύστημα μνήμης.

Ετσι,Ο συνδυασμός αρχιτεκτονικών τεχνικών του P6, όπως βελτιωμένη πρόβλεψη διακλάδωσης (σχεδόν πάντα σωστά καθορίζει την επόμενη ακολουθία εντολών), ανάλυση ροής δεδομένων (καθορίζει τη βέλτιστη σειρά εκτέλεσης των εντολών) και προληπτική εκτέλεση (η αναμενόμενη ακολουθία εντολών εκτελείται χωρίς αδράνεια χρόνο με τη βέλτιστη σειρά), μας επέτρεψε να διπλασιάσουμε την απόδοση σε σχέση με το Pentium χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογία κατασκευής. Αυτός ο συνδυασμός μεθόδων ονομάζεται δυναμική εκτέλεση.

Η Intel αναπτύσσει αυτήν τη στιγμή μια νέα τεχνολογία κατασκευής 0,35 micron που θα επιτρέψει την παραγωγή επεξεργαστών P6 με ταχύτητα ρολογιού πυρήνα άνω των 200 MHz.

Το P6 ως πλατφόρμα για τη δημιουργία ισχυρών διακομιστών

Από τα πιο σημαντικάΟι τάσεις στην ανάπτυξη υπολογιστών τα τελευταία χρόνια μπορούν να αναγνωριστούν ως η αυξανόμενη χρήση συστημάτων που βασίζονται στην οικογένεια επεξεργαστών x86 ως διακομιστές εφαρμογών και ο αυξανόμενος ρόλος της "Intel" ως προμηθευτή τεχνολογιών που δεν είναι επεξεργαστές, όπως λεωφορείων, τεχνολογίες δικτύου, συμπίεση βίντεο, μνήμη flash και εργαλεία διαχείρισης συστήματος.

Η κυκλοφορία του επεξεργαστή P6 συνεχίζει την πολιτική της Intel να φέρει στη μαζική αγορά δυνατότητες που προηγουμένως προορίζονταν για ακριβότερους υπολογιστές. Παρέχεται ισοτιμία για τους εσωτερικούς καταχωρητές P6 και ο δίαυλος 64-bit που συνδέει τον πυρήνα του επεξεργαστή και τη μνήμη cache δεύτερου επιπέδου είναι εξοπλισμένος με εργαλεία ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων. Οι νέες διαγνωστικές δυνατότητες που είναι ενσωματωμένες στο P6 επιτρέπουν στους κατασκευαστές να σχεδιάζουν πιο αξιόπιστα συστήματα. Το P6 παρέχει τη δυνατότητα λήψης πληροφοριών για περισσότερες από 100 μεταβλητές επεξεργαστή ή συμβάντα που συμβαίνουν στον επεξεργαστή, όπως η απουσία δεδομένων στη μνήμη cache, τα περιεχόμενα των καταχωρητών, η εμφάνιση αυτοτροποποιούμενου κώδικα κ.λπ., μέσω των επαφών του επεξεργαστή. ή χρησιμοποιώντας λογισμικό. Το λειτουργικό σύστημα και άλλα προγράμματα μπορούν να διαβάσουν αυτές τις πληροφορίες για να προσδιορίσουν την κατάσταση του επεξεργαστή. Το P6 έχει επίσης βελτιωμένη υποστήριξη για σημεία ελέγχου, δηλαδή παρέχει τη δυνατότητα επαναφοράς του υπολογιστή σε μια προηγουμένως καθορισμένη κατάσταση σε περίπτωση σφάλματος.

Παρόμοια Έγγραφα

Η τεχνολογία των υπολογιστών εμφανίστηκε εδώ και πολύ καιρό, αφού η ανάγκη για διάφορα είδη υπολογισμών υπήρχε στην αυγή της ανάπτυξης του πολιτισμού. Η ραγδαία ανάπτυξη της υπολογιστικής τεχνολογίας. Δημιουργία των πρώτων Η/Υ, μίνι υπολογιστών από τη δεκαετία του '80 του εικοστού αιώνα.

περίληψη, προστέθηκε 25/09/2008


Χαρακτηριστικά συστημάτων τεχνικής και προληπτικής συντήρησης μηχανογραφικού εξοπλισμού. Διαγνωστικά προγράμματα για λειτουργικά συστήματα. Η σχέση των αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου. Προστασία του υπολογιστή σας από εξωτερικές δυσμενείς επιδράσεις.

περίληψη, προστέθηκε 25/03/2015


Ανάπτυξη πληροφοριακού-αναλυτικού συστήματος ανάλυσης και βελτιστοποίησης της διαμόρφωσης της τεχνολογίας υπολογιστών. Η δομή του αυτοματοποιημένου ελέγχου της τεχνολογίας υπολογιστών. Λογισμικό, τεκμηρίωση της οικονομικής αποδοτικότητας του έργου.

διατριβή, προστέθηκε 20/05/2013


Χειροκίνητο στάδιο ανάπτυξης της τεχνολογίας υπολογιστών. Σύστημα θέσεων αριθμών. Η εξέλιξη της μηχανικής τον 17ο αιώνα. Ηλεκτρομηχανικό στάδιο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών. Υπολογιστές πέμπτης γενιάς. Επιλογές και χαρακτηριστικά γνωρίσματαυπερυπολογιστής.

θητεία, προστέθηκε 18/04/2012


Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας ενός προσωπικού υπολογιστή (PC). Διαγνωστικά και αντιμετώπιση προβλημάτων υγείας υπολογιστή. Καθήκοντα Συντήρησηεγκαταστάσεις υπολογιστών. Ανάπτυξη μεθόδων για τη διατήρηση του εξοπλισμού σε κατάσταση λειτουργίας.

θητεία, προστέθηκε 13/07/2011


Η μελέτη της ξένης, εγχώριας πρακτικής στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών, καθώς και οι προοπτικές ανάπτυξης των υπολογιστών στο άμεσο μέλλον. Τεχνολογίες υπολογιστών. Στάδια ανάπτυξης του κλάδου των υπολογιστών στη χώρα μας. Η συγχώνευση Η/Υ και επικοινωνιών.

θητεία, προστέθηκε 27/04/2013


Ταξινόμηση διαδικασιών σχεδιασμού. Ιστορία της σύνθεσης της τεχνολογίας των υπολογιστών και του μηχανικού σχεδιασμού. Λειτουργίες συστημάτων σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή, το λογισμικό τους. Χαρακτηριστικά της χρήσης τρισδιάστατων σαρωτών, χειριστών και εκτυπωτών.

περίληψη, προστέθηκε 25/12/2012


Αυτοματοποίηση επεξεργασίας δεδομένων. Η Πληροφορική και τα πρακτικά της αποτελέσματα. Η ιστορία της δημιουργίας της ψηφιακής τεχνολογίας υπολογιστών. Ηλεκτρομηχανολογικοί υπολογιστές. Χρήση ηλεκτρονικοί σωλήνεςκαι υπολογιστές πρώτης, τρίτης και τέταρτης γενιάς.

διατριβή, προστέθηκε 23/06/2009


Η έννοια και τα χαρακτηριστικά ενός προσωπικού υπολογιστή, τα κύρια μέρη του και ο σκοπός τους. Μέσα διδασκαλίας της πληροφορικής και χαρακτηριστικά οργάνωσης της εργασίας στο γραφείο τεχνολογίας υπολογιστών. Εξοπλισμός χώρου εργασίας και εφαρμογή λογισμικού.

περίληψη, προστέθηκε 07/09/2012


Η σύνθεση του συστήματος υπολογιστή - η διαμόρφωση του υπολογιστή, το υλικό και το λογισμικό του. Συσκευές και συσκευές που αποτελούν τη διαμόρφωση υλικού ενός προσωπικού υπολογιστή. Κύρια μνήμη, θύρες I/O, προσαρμογέας περιφερειακής συσκευής.