Компьютерлік технологияның құрамы. Есептеуіш техниканың негізгі сипаттамалары. Есептеуіш техниканың даму тарихы

Есептеуіш техника түсінігі - есептеулер мен ақпаратты өңдеу процестерін механикаландыру және автоматтандыру үшін қолданылатын техникалық және математикалық құралдардың, әдістер мен әдістердің жиынтығы. Қазіргі заманғы есептеуіш техниканың техникалық құралдарының негізін электронды есептеуіш машиналар (компьютерлер), енгізу, шығару, көрсету және жіберу құрылғылары (сканерлер, принтерлер, модемдер, мониторлар, плоттерлер, пернетақталар, магниттік таспа және диск жетектері және т.б.) , ноутбуктер, микрокалькуляторлар, электронды дәптерлер және т.б.

Дербес компьютер – әмбебап қолжетімділік пен әмбебаптық талаптарына сәйкес келетін жұмыс үстелі немесе портативті бір пайдаланушыға арналған микрокомпьютер.

Дербес компьютердің негізі микропроцессор болып табылады. Микропроцессорлық технология мен технологияның дамуы ДК ұрпақтарының өзгеруін анықтады:

1-ші буын (1975 – 1980) – 8 разрядты МП негізінде;

2 буын (1981 – 1985) – 16 разрядты МП негізінде;

3-ші буын (1986 – 1992) – 32-биттік МП негізінде;

4-ші буын (1993 жылдан бастап) – 64 биттік МП негізінде.

Бүгінгі таңда компьютерлік әлем революцияның қарсаңында: жаңа буын транзисторлары бар және қуатты процессорлар мобильді чиптерноутбуктердің, планшеттердің және смартфондардың өнімділігін шамасы бойынша арттырады.

Өлшемдері 10 және 12 нм болатын өңдеу элементтері алдағы жылы компьютер әлемін толығымен өзгертеді: олардың қалыңдығы адам шашынан 10 000 есе аз (100 000 нм), ал диаметрі кремний атомдарына жақын (0,3 нм).

Қазіргі уақытта ДК микропроцессорларының негізгі өндірушілері:

Intel заманауи процессорларды жасау мен өндіруде пионер болып табылады. Бүгінгі таңда қымбат компьютерлер нарығында ең танымал компьютерлер көп ядролы архитектураға негізделген процессорлары бар ДК болып табылады. Intel Core.

2012 жылдың сәуір айында Intel төрт ядролы Intel® Core™ процессорлар тобының 3-ші буынын ұсынды, ол қуатты құрылғыларда қолжетімді. жұмыс үстелі жүйелері Tri-Gate 3D транзисторларын қолданатын әлемдегі алғашқы 22 нм чиптері бар кәсіби деңгейлі және мобильді және жұқа барлығы бірде-бір компьютер.

AMD (Advanced Micro Deviceed) Intel компаниясының ең нақты бәсекелесі болып табылады. Соңғы уақытқа дейін ол негізінен қымбат емес компьютерлер мен жаңартуларға арналған арзан, бірақ жылдам процессорлары бар компьютерлік нарықта өз орнын иеленді.

1999 жылы Athlon процессорының, Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton процессорларының және 2003 жылдан кейін K8 сериялы процессорларының құрылуымен ол Intel компаниясымен шындап бәсекелесе бастады. Бүгінгі таңда екі компания да кез келген талапшыл пайдаланушылардың қажеттіліктерін қанағаттандыра алатын жақсы сапалы өнім шығарады.

Қазіргі уақытта осы процессорлар негізінде дербес компьютерлердің 85% жуығы шығарылады. Мақсатына қарай оларды үш топқа бөлуге болады:

Жаппай тұтынуға арналған және қарапайым негізгі конфигурацияға ие үй шаруашылығы;

Ғылыми-техникалық, экономикалық және басқа мәселелерді шешуге және кадрларды даярлауға арналған жалпы мақсат. Бұл класс ең кең таралған және әдетте, кәсіби емес пайдаланушылар қызмет етеді;

Күрделі ақпаратты шешу үшін ғылыми салада қолданылатын кәсіби және өндірістік міндеттер. Олар жоғары техникалық сипаттамаларға ие және кәсіби пайдаланушылар қызмет көрсетеді.

Сонымен қатар, олардың дизайны бойынша ДК мыналарға бөлінеді:

NOUTOP компьютерлері («ноутбук» компьютері). Ноутбукта пернетақта мен жүйелік блок бір корпуста жасалған, ол жоғарғы жағында СКД дисплейі бар қақпақпен жабылған. Көптеген модельдер техникалық параметрлерінде жақсы жағынан ерекшеленбейді және монохромды дисплейлері бар;

Блокнот («дәптер»). Соңғы үлгілерде жалпы мақсаттағы компьютерлермен салыстыруға болатын жеткілікті жоғары техникалық параметрлері бар ( Негізгі процессорлар i7-3612QM, 6144 Мб дейін бейне, қатты дискілер – 600 ГБ-тан жоғары HDD немесе 256 ГБ дейін SSD;

ULTRABUK (ағылшынша Ultrabook) - кәдімгі қосалқы ноутбуктермен салыстырғанда өлшемдері мен салмағы одан да кішірек, бірақ сонымен бірге толыққанды ноутбукке тән көптеген сипаттамаларға ие ультра жұқа және жеңіл ноутбук. Термин 2011 жылы Intel корпорациясы мобильді компьютерлердің жаңа класын – 2008 жылы шығарылған концепция негізінде әзірленген Intel және Apple концепциясы ультрабуктерді ұсынғаннан кейін кеңінен тарала бастады. Apple ноутбугы MacBook Air. Ультрабуктер кәдімгі ноутбуктерге қарағанда кішірек, бірақ нетбуктерге қарағанда сәл үлкенірек. Олар 11-ден 13,3 дюймге дейінгі шағын сұйық кристалды дисплеймен жабдықталған, жинақы - қалыңдығы 20 мм-ге дейін, салмағы 2 кг-ға дейін. Кішігірім өлшемдерге байланысты ультрабуктерде сыртқы порттар аз, ал көпшілігінде DVD дискісі жоқ.

Нетбук - бұл негізінен Интернетке кіруге және кеңсе қосымшаларымен жұмыс істеуге арналған салыстырмалы түрде төмен өнімділігі бар ноутбук. Оның шағын экран диагоналы 7-12 дюйм, қуатты аз тұтыну, жеңіл салмақ және салыстырмалы түрде төмен құны бар.

Қазіргі заманғы дербес компьютерлердің жұмыс принципін келесі алгоритммен сипаттауға болады:

I. Инициализация

Компьютерді қосқаннан кейін, ОЖ мен қажетті бағдарламаны жүктегеннен кейін, бағдарлама есептегішіне осы бағдарламаның бірінші командасының мекенжайына тең бастапқы мән беріледі.

II. Команда таңдау

Орталық процессор жадтан команданы оқу операциясын орындайды. Жад ұяшығының адресі ретінде программа санауышының мазмұны пайдаланылады.

III. Команданы интерпретациялау және бағдарлама санауышын көбейту

Оқу жады ұяшығының мазмұны орталық процессормен пәрмен ретінде түсіндіріледі және командалар регистріне орналастырылады. Басқару блогы пәрменді түсіндіре бастайды. Команданың бірінші сөзінен операциялық код өрісіне сүйене отырып, КО оның ұзындығын анықтайды және қажет болған жағдайда бүкіл команданы орталық процессор оқығанға дейін қосымша оқу операцияларын ұйымдастырады. Команданың ұзындығы программа санауышының мазмұнына қосылады, ал команда толығымен оқылғанда программа санауышында келесі команданың адресі жасалады.

IV. Команданың шифрын ашу және команданы орындау

Нұсқаудың адрестік өрістерін пайдалана отырып, басқару блогы жадта команданың операндтары бар-жоғын анықтайды. Егер ол бар болса, онда адрестік өрістерде көрсетілген адрестеу режимдерінің негізінде операндтардың адрестері есептеледі және операндтарды оқу үшін жадты оқу операциялары орындалады.

Басқару блогы және ALU нұсқаудың операциялық код өрісінде көрсетілген операцияны орындайды. Процессор жалауының регистрі операцияның сипаттамаларын сақтайды.

V. Қажет болса, контроллер орындайды нәтижені жадыға жазу операциясы.

Егер соңғы пәрмен «процессорды тоқтату» болмаса, сипатталған әрекеттер тізбегі қайтадан орындалады. Бұл әрекеттер тізбегі деп аталады процессор циклі .

Арнайы компьютерлерде бұл алгоритмнің орындалуы сәл өзгеше болуы мүмкін. Бірақ, негізінен, кез келген фон Нейман компьютерінің жұмысы ұқсас алгоритммен сипатталады және өте қарапайым операциялар тізбегі болып табылады.

ДК үш негізгі құрылғыны қамтиды: жүйелік блок, пернетақта және дисплей . ДК функционалдығын кеңейту үшін перифериялық құрылғылар қосымша қосылады: принтер, сканер, манипуляторлар Бұл құрылғылар жүйелік блоктың артқы қабырғасында орналасқан қосқыштар арқылы кабельдер арқылы жүйелік блокқа қосылады немесе тікелей жүйелік блокқа енгізіледі. ДК модульдік құрылымға ие. Барлық модульдер жүйелік шинаға қосылған.

Сыртқы құрылғыларды басқару үшін қолданылады контроллерлер (VU адаптерлері) . МП-дан пәрменді алғаннан кейін автономды түрде жұмыс істейтін контроллер МП-ны сыртқы құрылғыға қызмет көрсету үшін нақты функцияларды орындаудан босатады.

Қазіргі МП және оған сыртқы жеке құрылғылардың (негізгі және сыртқы жады, бейнежүйелер және т.б.) өнімділігінің артуы ұлғайту мәселесіне әкелгенін атап өткен жөн. өткізу қабілетіосы құрылғыларды қосу кезінде жүйелік шина. Бұл мәселені шешу үшін тікелей MP автобусына қосылған жергілікті автобустар әзірленді.

ДК-нің негізгі құрылғысы жүйелік блок . Ол орталық процессордан, сопроцессордан, тұрақты және жедел жады, контроллерлер, магниттік диск жетектері, қуат көзі және басқа функционалдық модульдер. ДК конфигурациясын қосымша модульдерді қосу арқылы өзгертуге болады. ДК құрылғыларының тұрақты жұмысын қамтамасыз ету аналық платақұрамында чипсет бар, яғни. микросұлбалар жиынтығы (чиптер).

Чипсет тақтаның негізгі мүмкіндіктерін анықтайды:

· қолдау көрсетілетін процессорлардың түрлері;

· максималды жүйелік шина жиілігі;

· құрылғыларды ауыстыру логикасы;

қолдау көрсетілетін түрлері және максималды өлшемнегізгі жады;

· жадының әрбір түрімен жұмыс істеу жылдамдығы;

· жеделдетілген графикалық портты қолдау;

· диск интерфейсінің түрі және оның режимдері;

· кеңейту слоттарының максималды саны;

· ДК мониторингі.

Қазіргі заманғы ДК микросхемасы әдетте екі микросхемадан тұрады: солтүстік көпір немесе орталық құрылғыларға қызмет көрсететін және негізгі жадыға, графикалық шинаға, жүйелік шинаға және жад шинасына арналған контроллерлерден тұратын жад контроллерінің хабы (Memory Controller Hub, MCH) және оңтүстік көпір, көпір (Оңтүстік көпір) немесе енгізу/шығару контроллері хабы (ICH), енгізу/шығару құрылғылары мен стандартты контроллерлері бар перифериялық құрылғылар.

Компьютердің функционалдық схемасы - Мақсатына сәйкес компьютер - Бұл ақпаратпен жұмыс істеуге арналған әмбебап құрылғы.Өзінің құрастырылу принциптері бойынша компьютер ақпаратпен жұмыс істейтін адамның моделі болып табылады.

Дербес компьютер(ДК) – бір жұмыс станциясына қызмет көрсетуге арналған компьютер. Оның сипаттамалары негізгі компьютерлерден ерекшеленуі мүмкін, бірақ ол функционалдық жағынан ұқсас операцияларды орындауға қабілетті. Жұмыс істеу әдісі бойынша жұмыс үстелі (десктоп), портативті (ноутбук және ноутбук) және қалталы (алақанды) ДК үлгілері ажыратылады.

Аппараттық құрал.Компьютер деректермен жұмыс істеу үшін ақпараттық әдістердің барлық үш класын (аппараттық, бағдарламалық және табиғи) қамтамасыз ететіндіктен, компьютерлік жүйені бірге жұмыс істейтін аппараттық және бағдарламалық құралдардан тұратын деп айту әдеттегідей. Компьютердің аппараттық құралын құрайтын компоненттер аппараттық құрал деп аталады. Олар деректермен барлық физикалық жұмыстарды орындайды: тіркеу, сақтау, тасымалдау және түрлендіру, пішіні мен мазмұны бойынша, сондай-ақ оларды табиғи заттармен өзара әрекеттесу үшін ыңғайлы формада ұсынады. ақпараттық әдістерадам.

Компьютердің аппараттық құралдарының жиынтығы оның аппараттық конфигурациясы деп аталады.

Бағдарламалық қамтамасыз ету.Бағдарламалар екі күйде болуы мүмкін: белсенді және пассивті. Пассивті күйде бағдарлама жұмыс істемейді және мазмұны ақпарат болып табылатын деректерге ұқсайды. Бұл күйде бағдарламаның мазмұнын басқа бағдарламалар «оқуға» болады, мысалы, кітаптар оқылады және өзгертіледі. Одан бағдарламаның мақсатын және оның қалай жұмыс істейтінін білуге ​​болады. Пассивті күйде бағдарламалар жасалады, өңделеді, сақталады және тасымалданады. Программаларды құру және өңдеу процесі программалау деп аталады.

Бағдарлама белсенді күйде болған кезде оның деректерінің мазмұны компьютердің аппараттық құралдары жұмыс істейтін командалар ретінде қарастырылады. Олардың жұмыс істеу тәртібін өзгерту үшін бір программаның орындалуын үзіп, басқа командалар жиынын қамтитын басқасын орындауды бастау жеткілікті.

Оны компьютерде сақталған бағдарламалар жиынтығы құрайды бағдарламалық қамтамасыз ету. Жұмыс істеуге дайындалған бағдарламалар жиынтығы орнатылған бағдарламалық қамтамасыз ету деп аталады. Бір уақытта немесе басқа уақытта жұмыс істейтін бағдарламалар жиынтығы бағдарламалық құрал конфигурациясы деп аталады.

Компьютер құрылғысы.Кез келген компьютер (тіпті ең үлкені де) төрт бөліктен тұрады:

• енгізу құрылғылары
• ақпаратты өңдеу құрылғылары
• сақтау құрылғылары
• ақпаратты шығару құрылғылары.

Құрылымдық жағынан бұл бөліктерді кітап өлшеміндей бір жағдайда біріктіруге болады немесе әрбір бөлік бірнеше үлкен көлемді құрылғылардан тұруы мүмкін.

ДК аппараттық құралының негізгі конфигурациясы.Дербес компьютердің негізгі аппараттық конфигурациясы – бұл компьютермен жұмыс істеуді бастау үшін жеткілікті аппараттық құралдардың ең аз жиынтығы. Уақыт өте келе, негізгі конфигурация тұжырымдамасы бірте-бірте өзгереді.

Көбінесе дербес компьютер келесі құрылғылардан тұрады:

• Жүйелік блок
• Монитор
• Пернетақта

Сонымен қатар, мысалы, басқа енгізу және шығару құрылғыларын қосуға болады дыбыс динамиктері, принтер, сканер...

Жүйелік блок- негізгі блок компьютерлік жүйе. Ол ішкі деп саналатын құрылғыларды қамтиды. Жүйелік блокқа сырттан қосылған құрылғылар сыртқы болып саналады. Перифериялық жабдық термині сыртқы құрылғылар үшін де қолданылады.
Монитор- символдық және визуалды жаңғыртуға арналған құрылғы графикалық ақпарат. Шығару құрылғысы ретінде қызмет етеді. Үстелдік компьютерлер үшін қазіргі кездегі ең көп таралған мониторлар катодтық сәуле түтіктеріне негізделген мониторлар болып табылады. Олар тұрмыстық теледидарларға ұқсамайды.
Пернетақта- компьютердің жұмысын басқаруға және оған ақпаратты енгізуге арналған пернетақта құрылғысы. Ақпарат әріптік-цифрлық таңбалы деректер түрінде енгізіледі.
Тышқан- графикалық басқару құрылғысы.

Дербес компьютердің ішкі құрылғылары.
Жүйелік блокта орналасқан құрылғылар ішкі болып саналады. Олардың кейбіреулері алдыңғы панельде қол жетімді, бұл жылдам өзгертуге ыңғайлы ақпараттық БАҚ, мысалы, иілгіш магниттік дискілер. Кейбір құрылғылардың қосқыштары артқы қабырғада орналасқан - олар перифериялық жабдықты қосу үшін қолданылады. Жүйелік блоктың кейбір құрылғыларына қол жеткізу қамтамасыз етілмейді - бұл қалыпты жұмыс үшін қажет емес.

ОРТАЛЫҚ ЕСЕПТЕУІШ БӨЛІМ.Микропроцессор – дербес компьютердің негізгі микросхемасы. Онда барлық есептеулер орындалады. Процессордың негізгі сипаттамасы – тактілік жиілік (мегагерц, МГц-пен өлшенеді). Сағат жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, процессордың өнімділігі соғұрлым жоғары болады. Мәселен, мысалы, 500 МГц тактілік жиілікте процессор оны өзгерте алады
500 миллион рет мемлекет. Көптеген операциялар үшін бір тактілік цикл жеткіліксіз, сондықтан процессор секундына орындай алатын операциялар саны тек тактілік жиілікке ғана емес, сонымен қатар операциялардың күрделілігіне де байланысты.

Процессордың бар екенін «туғаннан білетін» жалғыз құрылғы - бұл жедел жад - онымен бірге жұмыс істейді. Деректер мен командалар осы жерден келеді. Деректер процессордың ұяшықтарына (регистрлер деп аталады) көшіріледі, содан кейін нұсқаулардың мазмұнына сәйкес түрлендіріледі. Бағдарламалау негіздері тарауларында процессордың ЖЖҚ-мен өзара әрекеттесуінің толық бейнесін аласыз.

Жедел жад.ЖЖҚ компьютер қосулы кезде сандық деректер мен пәрмендерді сақтайтын ұяшықтардың үлкен массиві ретінде қарастыруға болады. ЖЖҚ көлемі миллиондаған байтпен – мегабайтпен (МБ) өлшенеді.

Процессор кез келген жедел жад ұяшығына (байт) қол жеткізе алады, себебі оның бірегей сандық мекенжайы бар. Процессор жедел жадтың жеке битіне қол жеткізе алмайды, себебі биттің мекенжайы жоқ. Бұл ретте процессор кез келген биттің күйін өзгерте алады, бірақ бұл бірнеше әрекеттерді қажет етеді.

Аналық плата.Аналық плата - дербес компьютердің ең үлкен схемалық тақшасы. Онда процессорды жедел жадымен байланыстыратын магистральдар бар - автобустар деп аталады. Процессор жад ұяшықтарынан деректерді көшіретін деректер шинасы, нақты жад ұяшықтарына қосылатын адрес шинасы және процессор бағдарламалардан командаларды қабылдайтын командалар шинасы бар. Компьютердің барлық басқа ішкі құрылғылары да аналық плата шинасына қосылған. Аналық платаның жұмысын микропроцессорлық чипсет басқарады - чипсет деп аталады.

Бейне адаптер.Бейне адаптер - бұл аналық платадағы қосқыштардың біріне орнатылған ішкі құрылғы. Алғашқы дербес компьютерлерде бейне адаптерлер болмаған. Оның орнына жедел жадта бейне деректерді сақтау үшін шағын аумақ бөлінді. Арнайы микросхема (бейне контроллер) бейнежад ұяшықтарынан мәліметтерді оқиды және оларға сәйкес мониторды басқарды.

Компьютерлердің графикалық мүмкіндіктері жақсарған сайын бейнежад аймағы негізгі жедел жадтан бөлініп, бейнеконтроллермен бірге жеке құрылғыға бөлінді, ол бейне адаптер деп аталды. Заманауи бейнеадаптерлердің күрделі кескіндерді құрастыру кезінде негізгі процессорға түсетін жүктемені азайтқан өзіндік есептеуіш процессоры (бейне процессоры) бар. Бейне процессоры тегіс экранда құрастыру кезінде ерекше маңызды рөл атқарады. 3D кескіндері. Мұндай операциялар кезінде ол математикалық есептеулердің ерекше үлкен санын орындауы керек.

Кейбір аналық плата үлгілерінде бейне адаптердің функцияларын чипсеттік чиптер орындайды - бұл жағдайда олар бейне адаптер біріктірілген деп айтады. аналық плата. Бейне адаптер жеке құрылғы ретінде жасалған болса, ол видеокарта деп аталады. Бейне карта қосқышы артқы қабырғада орналасқан. Оған монитор қосылған.

Дыбыс адаптері. IBM PC компьютерлері үшін дыбыспен жұмыс бастапқыда қамтамасыз етілмеген. Өзінің пайда болуының алғашқы он жылында бұл платформаның компьютерлері кеңсе техникасы болып саналды және дыбыстық құрылғыларсыз жұмыс істеді. Қазіргі уақытта дыбыстық құралдар стандартты болып саналады. Мұны істеу үшін аналық платаДыбыс адаптері орнатылған. Оны аналық платаның чипсетіне біріктіруге немесе дыбыстық карта деп аталатын бөлек қосылатын карта ретінде іске асыруға болады.
Дыбыс картасының қосқыштары компьютердің артқы қабырғасында орналасқан. Дыбысты ойнату үшін оларға динамиктер немесе құлаққаптар қосылған. Бөлек қосқыш микрофонды қосуға арналған. қатысуымен арнайы бағдарламабұл дыбысты жазуға мүмкіндік береді. Сондай-ақ сыртқы дыбыс жазатын немесе дыбысты қайта шығаратын жабдыққа (магнитофондар, күшейткіштер және т.б.) қосу үшін қосқыш (желілік шығыс) бар.

Қатты диск.Компьютердің жедел жады қуат өшірілгенде тазартылатындықтан, деректер мен бағдарламаларды ұзақ уақыт сақтау үшін құрылғы қажет. Қазіргі уақытта бұл мақсаттар үшін қатты дискілер деп аталатындар кеңінен қолданылады.
Жұмыс принципі қатты дискжазу басының жанындағы магнит өрісіндегі өзгерістерді жазуға негізделген.

Негізгі қатты параметрдискінің сыйымдылығы гигабайтпен (миллиардтаған байт), Гбайтпен өлшенеді. Қазіргі заманғы қатты дискінің орташа өлшемі 80 - 160 ГБ құрайды және бұл параметр тұрақты түрде өсіп келеді.

Иілгіш диск.Деректерді қашықтағы компьютерлер арасында тасымалдау үшін дискеталар деп аталатын дискілер қолданылады. Стандартты иілгіш дискінің (дискета) салыстырмалы түрде шағын сыйымдылығы 1,44 Мбайт. Заманауи стандарттар бойынша бұл деректерді сақтау және тасымалдау тапсырмаларының көпшілігі үшін мүлдем жеткіліксіз, бірақ тасушының төмен құны және жоғары қолжетімділігі иілгіш дискілерді ең көп таралған сақтау құралына айналдырды.

Иілгіш дискілерде сақталған мәліметтерді жазу және оқу үшін арнайы құрылғы – диск жетегі қолданылады. Жетек қабылдау тесігі жүйелік блоктың алдыңғы панелінде орналасқан.

CD-ROM жетегі.Мәліметтердің үлкен көлемін тасымалдау үшін CD-ROM дискілерін пайдалану ыңғайлы. Бұл дискілер тек бұрын жазылған деректерді оқи алады, оларды жазу мүмкін емес. Бір дискінің сыйымдылығы шамамен 650-700 МБ құрайды.

CD-ROM дискілері ықшам дискілерді оқу үшін қолданылады. CD-ROM дискінің негізгі параметрі оқу жылдамдығы болып табылады. Ол бірнеше бірлікпен өлшенеді. 80-ші жылдардың ортасында бекітілген оқу жылдамдығы бір рет қабылданады. музыкалық ықшам дискілерге (аудио ықшам дискілерге). Қазіргі заманғы CD-ROM дискілері 40x - 52x оқу жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Негізгі кемшілігі CD-ROM дискілері- дискілерді жазу мүмкін еместігі - бір рет жазылатын заманауи құрылғыларда - CD-R-де еңсерілді. Бірнеше жазуға мүмкіндік беретін CD-RW құрылғылары да бар.

Компакт-дискілерде мәліметтерді сақтау принципі иілгіш дискілер сияқты магниттік емес, оптикалық.

Байланыс порттары.Принтер, сканер, пернетақта, тінтуір және т.б. сияқты басқа құрылғылармен байланысу үшін компьютер порттар деп аталатын құрылғылармен жабдықталған. Порт қосқышта аяқталса да, порт сыртқы жабдықты қосуға арналған қосқыш қана емес. Порт - бұл жеке микросұлбалары бар және бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы басқарылатын жай қосқыштан гөрі күрделі құрылғы.

Желілік адаптер.Желілік адаптер компьютерлердің бір-бірімен байланысуы үшін қажет. Бұл құрылғы көрші компьютердің желілік адаптері алдыңғы бөлікті өзіне көшірмейінше, процессор деректердің жаңа бөлігін сыртқы портқа жібермеуін қамтамасыз етеді. Осыдан кейін процессорға деректердің жиналғаны және жаңаларын жіберуге болатындығы туралы сигнал беріледі. Трансфер осылай жүзеге асады.

Желілік адаптер көрші адаптерден деректердің бір бөлігі бар екенін «үйренгенде», ол оны өзіне көшіреді, содан кейін оның оған бағытталғанын тексереді. Егер иә болса, ол оларды процессорға береді. Олай болмаса, ол оларды келесі көрші компьютердің желілік адаптері оларды қабылдайтын шығыс портына қояды. Мәліметтер алушыға жеткенше компьютерлер арасында осылай қозғалады.
Желілік адаптерлерді аналық платаға салуға болады, бірақ көбінесе желілік карталар деп аталатын қосымша карталар түрінде бөлек орнатылады.

Электрондық компьютерлер әдетте бірқатар сипаттамалары бойынша жіктеледі, атап айтқанда: функционалдылықжәне ұйымдастыру әдісіне сәйкес шешілетін міндеттердің сипаты есептеу процесі, архитектуралық ерекшеліктері және есептеу қуаты бойынша.

Функционалдылыққа және шешілетін міндеттердің сипатына қарай мыналар бөлінеді:

Әмбебап (жалпы мақсаттағы) компьютерлер;

Мәселеге бағытталған компьютерлер;

Мамандандырылған компьютерлер.

Негізгі компьютерлералгоритмдердің күрделілігімен және өңделген деректердің үлкен көлемімен сипатталатын әртүрлі инженерлік-техникалық мәселелерді шешуге арналған.

Мәселеге бағытталған компьютерлердеректердің шағын көлемін тіркеу, жинақтау және өңдеумен байланысты міндеттердің неғұрлым тар шеңберін шешуге арналған.

Мамандандырылған компьютерлертар шеңбердегі есептерді шешу үшін қолданылады (техникалық құрылғыларды басқару функцияларын орындайтын микропроцессорлар мен контроллерлер).

Есептеу процесін ұйымдастыру арқылыКомпьютерлер бір процессорлы және көп процессорлы, сонымен қатар тізбекті және параллельді болып бөлінеді.

Бір процессорлы.Компьютерде бір орталық процессор бар және барлық есептеу операциялары мен енгізу/шығару құрылғыларын басқару операциялары осы процессорда орындалады.

Көппроцессорлық.Компьютерде бірнеше процессорлар бар, олардың арасында есептеу процесін ұйымдастыру және ақпаратты енгізу/шығару құрылғыларын басқару функциялары қайта бөлінеді.

Тұрақты.Олар бір программалық режимде жұмыс істейді, компьютер тек бір ғана программаны орындай алатындай етіп құрастырылған, ал оның барлық ресурстары тек орындалатын бағдарламаның мүддесі үшін ғана пайдаланылады.

Параллель.Олар көп бағдарламалы режимде жұмыс істейді, компьютерде бірнеше қолданушы бағдарламалары жұмыс істеп тұрғанда және осы бағдарламалар арасында ресурстарды бөлісіп, олардың параллель орындалуын қамтамасыз етеді.

Архитектуралық ерекшеліктеріне және есептеу қуатына қарай олар бөлінеді:

Осы критерий бойынша компьютерлерді классификациялау схемасын қарастырайық (1-сурет).

1-сурет.Архитектуралық белгілері бойынша компьютерлердің классификациясы

және есептеу қуаты.

Суперкомпьютерлер- Бұл жылдамдық пен өнімділік жағынан ең қуатты есептеу машиналары. Суперкомпьютерлерге «Cray» және «IBM SP2» (АҚШ) кіреді. Олар ауқымды есептеу және модельдеу мәселелерін шешу үшін, аэродинамика, метеорология, жоғары энергия физикасында күрделі есептеулер үшін қолданылады, сонымен қатар қаржы секторында қолданылады.

Үлкен машиналар немесе негізгі компьютерлер.Мейнфреймдер қаржы секторында, қорғаныс кешенінде қолданылады және ведомстволық, аумақтық және аймақтық есептеу орталықтарын кадрлармен қамтамасыз ету үшін қолданылады.

Орташа компьютерлеркүрделі технологиялық өндірістік процестерді басқару үшін кеңінен қолданылады.

Шағын компьютербасқару компьютерлік жүйелері мен желілік серверлер ретінде пайдалануға арналған.

Микрокомпьютер- Бұл орталық процессор ретінде микропроцессорды пайдаланатын компьютерлер. Оларға кіріктірілген микрокомпьютерлер (әртүрлі жабдықтарға, жабдықтарға немесе құрылғыларға орнатылған) және дербес компьютерлер (ДК) жатады.

Дербес компьютерлер.Ол соңғы 20 жылда қарқынды дамыды. Дербес компьютер (ДК) бір жұмыс станциясына қызмет көрсетуге арналған және шағын кәсіпорындар мен жеке тұлғалардың қажеттіліктерін қанағаттандыра алады. Интернеттің пайда болуымен ДК-нің танымалдығы айтарлықтай өсті, өйткені дербес компьютерді пайдалану арқылы сіз ғылыми, анықтамалық, білім беру және ойын-сауық ақпаратын пайдалана аласыз.

Дербес компьютерлерге үстелдік және ноутбук компьютерлері жатады. Портативті компьютерлерге Notebook (ноутбук немесе ноутбук) және қалталы дербес компьютерлер (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants - PDA және Palmtop) жатады.

Енгізілген компьютерлер.Нақты функцияларды орындау үшін әртүрлі құрылғыларда, жүйелерде және кешендерде қолданылатын компьютерлер. Мысалы, автокөлік диагностикасы.

1999 жылдан бастап ДК классификациясы үшін халықаралық сертификаттау стандарты, PC99 спецификациясы қолданылады. Осы спецификацияға сәйкес ДК келесі топтарға бөлінеді:

· жаппай дербес компьютерлер (Consumer PC);

· іскерлік компьютерлер (Office PC);

· портативті дербес компьютерлер (Mobile PC);

· жұмыс станциялары (WorkStation);

· ойын-сауық компьютерлері (Entertaiment PC).

Көптеген компьютерлер массивтікжәне аппараттық құралдардың стандартты (ең аз талап етілетін) жиынтығын қамтиды. Бұл жинаққа: жүйелік блок, дисплей, пернетақта, тінтуір кіреді. Қажет болса, бұл жинақты пайдаланушының қалауы бойынша басқа құрылғылармен, мысалы, принтермен оңай толықтыруға болады.

Іскерлік дербес компьютерлерең аз графикалық және дыбысты шығару құралдарын қамтиды.

Ноутбуктік компьютерлерқашықтан қол жеткізу байланыс құралдарының болуымен ерекшеленеді.

Жұмыс станцияларыдеректерді сақтау құрылғыларының жады сыйымдылығына жоғары талаптарды қанағаттандыру.

Ойын-сауық компьютерлеріжоғары сапалы графика мен дыбысты шығаруға бағытталған.

Авторы дизайн ерекшеліктері Дербес компьютерлер бөлінеді:

· стационарлық (жұмыс үстелі, жұмыс үстелі);

портативті:

· портативті (ноутбук);

· дәптер;

· қалта (Пальма үсті).

Қолданбалы компьютерлік технологияны тиімді зерттеу үшін компьютерлік аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету туралы нақты түсініктің болуы өте маңызды. Компьютерлік техниканың құрамы деп аталады конфигурация . Аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуКомпьютерлік технология әдетте бөлек қарастырылады. Тиісінше, олар бөлек қарастырады аппараттық конфигурация және олар бағдарламалық қамтамасыз ету конфигурация Бұл бөлу принципі информатика үшін ерекше маңызға ие, өйткені көбінесе бірдей мәселелерді шешу аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы қамтамасыз етілуі мүмкін. Аппараттық немесе бағдарламалық шешімді таңдау критерийлері өнімділік пен тиімділік болып табылады. Мысалы, мәтінді теріңіз мәтіндік редактор, немесе сканерді пайдаланыңыз.

Дербес компьютердің негізгі аппараттық конфигурациясы

Дербес компьютер – әмбебап техникалық жүйе. Оның конфигурация (жабдық құрамы) қажетіне қарай икемді түрде өзгертілуі мүмкін. Дегенмен, тұжырымдама бар негізгі конфигурация , ол типтік болып саналады, яғни. жабдықтың ең аз жиынтығы. Компьютер әдетте осы жинақпен бірге келеді. Негізгі конфигурация түсінігі әртүрлі болуы мүмкін. Қазіргі уақытта негізгі конфигурацияда қарастырылады келесі құрылғылар(2.1-сурет):

Оның бөліктерін қарастырайық.

Негізгіге техникалық құралдарДербес компьютерге мыналар жатады:

- жүйелік блок;

- монитор (дисплей);

- пернетақта.

Сонымен қатар, компьютерге қосылуға болады, мысалы:

- принтер;

- тышқан;

- сканер;

- модем (модулятор-демодулятор);

- плоттер;

- джойстик және т.б.

Жүйелік блок

Жүйелік блок - ең маңызды компоненттер орнатылған негізгі блок. Жүйелік блок (2.2., 2.3. суретті қараңыз) – компьютердің барлық дерлік аппараттық құралдары орналасқан жағдай.

Жүйелік блоктың ішінде орналасқан құрылғылар шақырылады ішкі, және оған сырттан қосылған құрылғылар деп аталады сыртқы. Сыртқы қосымша құрылғылар, деп те аталады перифериялық.

Ішкі ұйымжүйелік блок:

· аналық плата;

· қатты диск:

· иілгіш дискідегі жинақтауыш;

· CD-ROM жетегі;

· видеокарта (бейне адаптер);

· дыбыстық карта;

· қуат блогы.

Жүйелер орналасқан аналық плата:

· жедел жад;

· процессор;

· ROM чипі және BIOS жүйесі;

· автобус интерфейстері және т.б.

Магниттік дискілер жедел жадыдан айырмашылығы ақпаратты тұрақты сақтауға арналған.

ДК-де магниттік дискілердің екі түрі қолданылады:

· алынбайтын қатты диск (қатты диск);

· алынбалы, икемді дискілер (дискет).

Қатты диск жұмыста жиі қолданылатын ақпаратты тұрақты сақтауға арналған: операциялық жүйе бағдарламалары, бағдарламалау тілдерінен құрастырушылар, сервистік (техникалық қызмет көрсету) бағдарламалары, пайдаланушы қолданбалы бағдарламалары, мәтіндік құжаттар, дерекқор файлдары және т.б. Қатты диск қатынау жылдамдығы, сыйымдылығы және сенімділігі бойынша иілгіш дискілерден айтарлықтай жоғары.

3. Компьютерлік технология 1

3.1 Компьютерлік технологияның даму тарихы 1

3.2 Компьютерлерді классификациялау әдістері 3

3.3 Компьютерлік классификацияның басқа түрлері 5

3.4 Есептеу жүйесінің құрамы 7

3.4.1 Аппараттық құрал 7

3.4.2 Бағдарламалық қамтамасыз ету 7

3.5 Қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз етудің классификациясы 9

3.6 Қызметтік бағдарламалық қамтамасыз етудің жіктелуі 12

3.7 Компьютерлік жүйелерді ақпараттық-математикалық қамтамасыз ету түсінігі 13

3.8 Қорытындылау 13

1. Есептеу техникасы

   1. Есептеуіш техниканың даму тарихы

Есептеу жүйесі, компьютер

Жұмыстарды механикаландыру мен автоматтандырудың құралдары мен әдістерін табу техникалық пәндердің негізгі міндеттерінің бірі болып табылады. Мәліметтермен жұмысты автоматтандырудың басқа жұмыс түрлерін автоматтандырудан өзіндік ерекшеліктері мен айырмашылығы бар. Бұл сыныптағы тапсырмалар үшін құрылғылардың арнайы түрлері пайдаланылады, олардың көпшілігі электронды құрылғылар. Мәліметтерді автоматты немесе автоматтандырылған өңдеуге арналған құрылғылар жиынтығы деп аталады компьютерлік технология,Бір жұмыс аймағына қызмет көрсетуге арналған өзара әрекеттесетін құрылғылар мен бағдарламалардың белгілі бір жиынтығы деп аталады есептеу жүйесі.Көптеген есептеуіш жүйелердің орталық құрылғысы болып табылады компьютер.

Компьютер – мәліметтерді құру, сақтау, өңдеу және тасымалдауды автоматтандыруға арналған электрондық құрылғы.

Компьютер қалай жұмыс істейді

Компьютерді құрылғы ретінде анықтауда біз анықтаушы мүмкіндікті көрсеттік - электронды.Дегенмен, автоматты есептеулер әрқашан электронды құрылғылармен орындалмаған. Есептеулерді автоматты түрде орындай алатын механикалық құрылғылар да белгілі.

Талдау ерте тарихкомпьютерлік технология, кейбір шетелдік зерттеушілер жиі механикалық есептеуіш құрылғыны компьютердің ежелгі предшесі деп атайды абакус.«Абакустан» тәсілі терең әдістемелік қате түсінікті көрсетеді, өйткені абакустың есептеулерді автоматты түрде орындау қасиеті жоқ, бірақ компьютер үшін бұл шешуші.

Абакус - ең ерте механикалық санау құрылғысы, бастапқыда сандарды білдіретін тастар орналастырылған ойықтары бар саз тақтайша. Абакустың пайда болуы біздің дәуірімізге дейінгі төртінші мыңжылдыққа жатады. e. Шығу жері Азия болып саналады. Еуропада орта ғасырларда абакус графикалық кестелермен ауыстырылды. Оларды пайдаланып есептеулер шақырылды сызықтар бойынша санау, жәнеРесейде 16-17 ғасырларда әлдеқайда жетілдірілген өнертабыс пайда болды, ол бүгінгі күнге дейін қолданылады - Орыс абакусы.

Бұл ретте біз есептеулерді автоматты түрде орындай алатын тағы бір құрылғы – сағатпен жақсы таныспыз. Жұмыс істеу принципіне қарамастан, сағаттардың барлық түрлері (құм сағаты, су сағаты, механикалық, электрлік, электронды және т.б.) қозғалыстарды немесе сигналдарды белгілі бір уақыт аралығында генерациялау және алынған өзгерістерді тіркеу, яғни сигналдарды автоматты түрде қосу мүмкіндігіне ие. немесе қозғалыстар. Бұл принципті тек жазу құрылғысы бар күн сағаттарында да көруге болады (генератор рөлін Жер-Күн жүйесі орындайды).

Механикалық сағат - белгілі бір уақыт аралығында қозғалыстарды автоматты түрде орындайтын құрылғыдан және осы қозғалыстарды жазуға арналған құрылғыдан тұратын құрылғы. Алғашқы механикалық сағаттардың қай жерде пайда болғаны белгісіз. Ең алғашқы үлгілер 14 ғасырға жатады және монастырларға жатады (мұнара сағаты).

Кез келген заманауи компьютердің жүрегінде, сияқты электронды сағат, өтірік сағат генераторы,компьютерлік жүйедегі барлық құрылғыларды басқару үшін пайдаланылатын тұрақты аралықта электр сигналдарын жасау. Компьютерді басқару шын мәнінде құрылғылар арасындағы сигналдардың таралуын басқаруға байланысты. Мұндай бақылау автоматты түрде жүзеге асырылуы мүмкін (бұл жағдайда біз айтамыз бағдарламаны басқару)немесе қолмен сыртқы басқару элементтерін - түймелерді, қосқыштарды, секіргіштерді және т.б. (бастапқы үлгілерде). Қазіргі компьютерлерде сыртқы басқару негізінен басқару және мәліметтерді енгізу құрылғылары (пернетақта, тінтуір, джойстик және т.б.) қосылған арнайы аппараттық-логикалық интерфейстердің көмегімен автоматтандырылған. Бағдарламалық басқарудан айырмашылығы мұндай басқару деп аталады интерактивті.

Механикалық көздер

Механикалық сағаттың негізінде қосу операциясын орындайтын әлемдегі алғашқы автоматты құрылғы жасалды. 1623 жылы оны Тюбинген университетінің (Германия) Шығыс тілдері кафедрасының профессоры Вильгельм Шикард әзірледі. Қазіргі уақытта құрылғының жұмыс үлгісі сызбалардан шығарылды және оның функционалдығын растады. Өнертапқыштың өзі хаттарында машинаны «жиынтық сағаты» деп атаған.

1642 жылы француз механигі Блез Паскаль (1623-1662) ықшамырақ қосу құрылғысын жасап шығарды, ол дүние жүзіндегі алғашқы жаппай шығарылған механикалық калькулятор болды (негізінен Париждік несиегерлер мен ақша айырбастаушылардың қажеттіліктері үшін). 1673 жылы неміс математигі және философы Г.В.Лейбниц (1646-1717) қосу және алу амалдарын қайта-қайта қайталай отырып, көбейту және бөлу амалдарын орындай алатын механикалық есептеуіш машинасын жасады.

Ағарту дәуірі деп аталатын 18 ғасырда жаңа, неғұрлым жетілдірілген модельдер пайда болды, бірақ есептеу операцияларын механикалық басқару принципі өзгеріссіз қалды. Есептеу операцияларын бағдарламалау идеясы сол сағат индустриясынан келді. Ежелгі монастырь мұнарасының сағаты белгілі бір уақытта қоңыраулар жүйесіне қосылған механизмді қосу үшін орнатылған. Мұндай бағдарламалау болды қатты -бірдей операция бір уақытта орындалды.

Перфорацияланған қағаз таспаны қолданатын механикалық құрылғыларды икемді бағдарламалау идеясы алғаш рет 1804 жылы Жаккард тоқыма станогында жүзеге асырылды, содан кейін бұл бір ғана қадам болды. бағдарламаны басқаруесептеу операциялары.

Бұл қадамды көрнекті ағылшын математигі және өнертапқышы Чарльз Бэббидж (1792-1871) өзінің Аналитикалық қозғалтқышында жасады, өкінішке орай, өнертапқыш көзі тірісінде ешқашан толық құрастырмаған, бірақ оның сызбалары бойынша біздің күндерімізде қайта шығарылған, сондықтан бүгін біз аналитикалық қозғалтқыш туралы шын мәнінде бар құрылғы ретінде айтуға құқылымыз. Аналитикалық қозғалтқыштың ерекшелігі оның бірінші болып жүзеге асырылуы болды ақпаратты командалар мен деректерге бөлу принципі.Аналитикалық қозғалтқышта екі үлкен блок болды - «қойма» және «диірмен». Мәліметтер «қойманың» механикалық жадына беріліс блоктарын орнату арқылы енгізілді, содан кейін перфорацияланған карталардан енгізілген командалар арқылы «диірменде» өңделді (жаккард тоқыма станогындағы сияқты).

Чарльз Бэббидждің жұмысын зерттеушілер, әрине, аналитикалық қозғалтқыш жобасын әзірлеуде атақты ақын Лорд Байронның қызы графиня Августа Ада Лавлейстің (1815-1852) ерекше рөлін атап өтеді. Ол есептеу операцияларын бағдарламалау үшін перфорацияланған карталарды пайдалану идеясын ұсынды (1843). Атап айтқанда, ол өзінің хаттарының бірінде: «Аналитикалық қозғалтқыш тоқыма станогының гүлдер мен жапырақтарды шығаратыны сияқты алгебралық үлгілерді тоқады» деп жазды. Ада ханымды әлемдегі алғашқы бағдарламашы деп атауға болады. Бүгінде әйгілі бағдарламалау тілдерінің бірі оның есімімен аталады.

Чарльз Бэббидждің бөлек қарастыру идеясы командаларЖәне деректеререкше жемісті болып шықты. 20 ғасырда ол Джон фон Нейманның (1941) принциптерінде әзірленді, ал бүгінгі күні есептеуде бөлек қарастыру принципі бағдарламаларЖәне деректерөте маңызды. Ол қазіргі компьютерлердің архитектурасын жасау кезінде де, компьютерлік бағдарламаларды жасау кезінде де ескеріледі.

Математикалық көздер

Қазіргі заманғы электронды есептеуіш машинаның алғашқы механикалық предшественниктері қандай объектілермен жұмыс істегені туралы ойланатын болсақ, сандар шынжырлы және тірек механизмдердің сызықтық қозғалыстары түрінде немесе беріліс пен тетік механизмдерінің бұрыштық қозғалыстары түрінде берілгенін мойындауымыз керек. . Екі жағдайда да бұл құрылғылардың өлшемдері мен олардың жұмыс жылдамдығына әсер етпейтін қозғалыстар болды. Тек қозғалыстарды жазудан сигналдарды жазуға көшу өлшемдерді айтарлықтай азайтуға және өнімділікті арттыруға мүмкіндік берді. Дегенмен, бұл жетістікке жету жолында тағы бірнеше маңызды қағидалар мен тұжырымдамаларды енгізу қажет болды.

Лейбництің екілік жүйесі.Механикалық құрылғыларда тісті берілістер айтарлықтай көп болуы мүмкін және, ең бастысы, айырмашылығыережелерді құрайды. Мұндай позициялардың саны кем дегенде тісті тістердің санына тең. Электрлік және электрондық құрылғылар туралы айтып отырмызтіркеу туралы емес ережелеріқұрылымдық элементтер және тіркеу туралы мемлекеттерқұрылғы элементтері. Сондықтан тұрақты және ерекшеленетінТек екі күй бар: қосулы - өшірулі; ашық - жабық; зарядталған - разрядталған және т.б. Сондықтан механикалық калькуляторларда қолданылатын дәстүрлі ондық жүйе электронды есептеуіш құрылғылар үшін ыңғайсыз.

Кез келген сандарды (тек сандарды ғана емес) екілік цифрлармен бейнелеу мүмкіндігін алғаш рет 1666 жылы Готфрид Вильгельм Лейбниц ұсынды.Ол екілік санау жүйесіне бірліктің философиялық концепциясын және қарама-қарсылықтардың күресін зерттеу барысында келді. Әлемді екі принциптің («қара» және «ақ», еркек пен әйел, жақсылық пен зұлымдық) үздіксіз әрекеттесу түрінде елестету және оны зерттеуге «таза» математика әдістерін қолдану әрекеті Лейбницті зерттеуге итермеледі. мәліметтердің екілік көрсетілімінің қасиеттері. Айта кету керек, Лейбниц екілік жүйені есептеу құрылғысында қолдану мүмкіндігі туралы бұрыннан ойлаған, бірақ механикалық құрылғылар үшін бұл қажет болмағандықтан, ол өзінің калькуляторында екілік жүйенің принциптерін қолданбаған (1673). .

Джордж Бульдің математикалық логикасы,Джордж Бульдің жұмысы туралы айта отырып, компьютерлік технология тарихын зерттеушілер 19 ғасырдың бірінші жартысындағы бұл көрнекті ағылшын ғалымы өздігінен білім алғанын ерекше атап өтеді. Бәлкім, Джордж Буль ғылым ретінде логикаға революциялық өзгерістер енгізген «классикалық» (сол кездегі түсінікті) білімнің жоқтығынан болуы мүмкін.

Ойлау заңдылықтарын зерттей отырып, ол логикада математикалық жүйеге жақын формалық белгілер мен ережелер жүйесін қолданды. Кейіннен бұл жүйе логикалық алгебра деп аталадынемесе Бульдік алгебра.Бұл жүйенің ережелері көптеген нысандар мен олардың топтарына қолданылады (жинақтар,автордың терминологиясы бойынша). Жүйенің негізгі мақсаты, Дж.Буль ойлағандай, логикалық мәлімдемелерді кодтау және логикалық қорытындылардың құрылымдарын пішіні жағынан математикалық формулаларға жақын қарапайым өрнектерге дейін қысқарту болды. Логикалық өрнекті формальды бағалау нәтижесі екі логикалық мәннің бірі болып табылады: раснемесе өтірік.

Логикалық алгебраның маңыздылығы ұзақ уақыт бойы ескерілмеді, өйткені оның әдістері мен әдістері сол кездегі ғылым мен техника үшін практикалық пайданы қамтымаған. Дегенмен, электронды негізде компьютерлік технологияны құрудың іргелі мүмкіндігі пайда болған кезде, Буль енгізген операциялар өте пайдалы болып шықты. Олар бастапқыда тек екі нысанмен жұмыс істеуге бағытталған: расЖәне өтірік.Олардың екілік кодпен жұмыс істеу үшін қаншалықты пайдалы болғанын түсіну қиын емес, қазіргі компьютерлерде олар тек екі сигналмен ұсынылған: нөлЖәне бірлік.

Электрондық есептеуіш машиналарды жасау үшін Джордж Бульдің барлық жүйесі (ол ұсынған логикалық операциялардың барлығы) емес, төрт негізгі операция қолданылды: Және (қиылысу),НЕМЕСЕ (Одақ),ЖОҚ (апелляция)және ЭКСКЛЮЗИВ НЕМЕСЕ – қазіргі компьютерлердегі процессорлардың барлық түрлерінің жұмыс істеу негізін құрайды.

Күріш. 3.1. Логикалық алгебраның негізгі амалдары

Компьютерлік техниканың классификациясы

1. Аппараттық құрал

Есептеу жүйесінің құрамы конфигурация деп аталады. Компьютерлік аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету әдетте бөлек қарастырылады. Осыған сәйкес есептеу жүйелерінің аппараттық конфигурациясы және олардың бағдарламалық конфигурациясы бөлек қарастырылады. Бұл бөлу принципі информатика үшін ерекше маңызға ие, өйткені көбінесе бірдей мәселелерді шешу аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы қамтамасыз етілуі мүмкін. Аппараттық немесе бағдарламалық шешімді таңдау критерийлері өнімділік пен тиімділік болып табылады. Аппараттық шешімдер орта есеппен қымбатырақ, бірақ іске асыру жалпы қабылданған бағдарламалық шешімдержоғары білікті кадрларды қажет етеді.

TO аппараттық құралесептеу жүйелері аппараттық конфигурацияны құрайтын құрылғылар мен құралдарды қамтиды. Қазіргі компьютерлержәне есептеу жүйелерінде блоктық-модульдік дизайн – орындау үшін қажетті аппараттық конфигурация болады нақты түрлерідайын агрегаттар мен блоктардан құрастыруға болатын жұмыс.

Есептеу жүйесінің негізгі аппараттық құрамдас бөліктері: жад, орталық процессор және жүйелік шина арқылы өзара байланысқан перифериялық құрылғылар (1-сурет.) Негізгі жад екілік формада программалар мен мәліметтерді сақтауға арналған және формада ұйымдастырылған. әрқайсысының бірегей цифрлық мекенжайы бар ұяшықтардың реттелген жиымының. Әдетте ұяшық өлшемі 1 байтты құрайды. Негізгі жадыдағы типтік операциялар: белгілі бір адресі бар ұяшықтың мазмұнын оқу және жазу.

2. Орталық процессор

Орталық процессор – мәліметтерді өңдеу операцияларын орындайтын және компьютердің перифериялық құрылғыларын басқаратын компьютердің орталық блогы. Орталық процессорға мыналар кіреді:

Басқару құрылғысы – программаның орындалу процесін ұйымдастырады және оның жұмыс істеуі кезінде компьютерлік жүйенің барлық құрылғыларының өзара әрекетін үйлестіреді;

Арифметикалық-логикалық бірлік – мәліметтерге арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды: қосу, алу, көбейту, бөлу, салыстыру және т.б.;

Сақтау құрылғысы - бұл ішкі жадырегистрлерден тұратын процессор, пайдаланған кезде процессор есептеулер жүргізеді және аралық нәтижелерді сақтайды; ЖЖҚ-мен жұмысты жылдамдату үшін кэш жады пайдаланылады, оған келесі операциялар үшін процессорға қажетті оперативті жадтан командалар мен деректер алдын ала жіберіледі;

Сағат генераторы – компьютердің барлық түйіндерінің жұмысын синхрондайтын электрлік импульстарды тудырады.

Орталық процессор негізгі айнымалылар мен уақытша нәтижелерді – ішкі регистрлерді сақтауға арналған арнайы ұяшықтарды пайдалана отырып, деректермен әртүрлі операцияларды орындайды. Регистрлер екі түрге бөлінеді (2-сурет.):

Жалпы мақсаттағы регистрлер – негізгі жергілікті айнымалыларды және есептеулердің аралық нәтижелерін уақытша сақтау үшін пайдаланылады, мәліметтер регистрлері мен көрсеткіш регистрлерін қамтиды; қамтамасыз ету негізгі қызметі жылдам қол жеткізужиі қолданылатын деректерге (әдетте жадқа кіру мүмкіндігі жоқ).

Мамандандырылған регистрлер – процессордың жұмысын басқару үшін қолданылады, олардың ең маңыздылары: командалар регистрі, стек көрсеткіші, жалаулар регистрі және программа күйі туралы ақпаратты қамтитын регистр.

Бағдарламашы кез келген объектілерді (деректер немесе адрестер) уақытша сақтау және олармен қажетті операцияларды орындау үшін өз қалауы бойынша деректер регистрлерін пайдалана алады. Индекс регистрлері деректер регистрлері сияқты кез келген тәсілмен қолданылуы мүмкін; олардың негізгі мақсаты – базалық адрестің басынан деректер мен нұсқаулардың индекстерін немесе ығысуларын сақтау (жадтан операндтарды алу кезінде). Негізгі адрес негізгі регистрлерде болуы мүмкін.

Сегменттік регистрлер процессор архитектурасының маңызды элементі болып табылады, 16-разрядты операндтарды пайдалана отырып, 20-разрядты адрестік кеңістікті адрестеуді қамтамасыз етеді. Негізгі сегменттік регистрлер: CS – код сегментінің регистрі; DS – мәліметтер сегментінің регистрі; SS – стек сегментінің регистрі, ES – қосымша сегмент регистрі. Жадқа сегменттер арқылы қол жеткізіледі - физикалық мекенжай кеңістігінің кез келген бөлігінде орналасқан логикалық түзілімдер. 16-ға (ең аз маңызды он алтылық разрядсыз) бөлінген сегменттің бастапқы мекенжайы сегмент регистрлерінің біріне енгізіледі; содан кейін көрсетілген сегмент адресінен бастап жад бөліміне қол жеткізу қамтамасыз етіледі.

Кез келген жады ұяшығының адресі екі сөзден тұрады, олардың бірі сәйкес сегменттің жадыдағы орнын, ал екіншісі осы сегмент ішіндегі ығысуды анықтайды. Сегменттің өлшемі оның құрамындағы деректер көлемімен анықталады, бірақ ешқашан 64 КБ-тан аспауы мүмкін, ол максималды мүмкін болатын ауытқу мәнімен анықталады. Нұсқау сегментінің сегменттік адресі CS регистрінде сақталады, ал адрестелген байтқа ығысу IP нұсқау көрсеткішінің регистрінде сақталады.

2-сурет. 32-биттік процессор регистрлері

Бағдарламаны жүктегеннен кейін бағдарламаның бірінші командасының ығысуы IP-ге енгізіледі. Процессор оны жадтан оқып, IP мазмұнын дәл осы нұсқаулықтың ұзындығына арттырады (Intel процессорының нұсқаулары ұзындығы 1-ден 6 байтқа дейін болуы мүмкін), нәтижесінде IP бағдарламаның екінші нұсқауын көрсетеді. . Бірінші пәрменді орындағаннан кейін процессор IP мәнін қайтадан арттыра отырып, екіншісін жадтан оқиды. Нәтижесінде, IP әрқашан келесі пәрменнің ығысуын қамтиды - орындалатын командадан кейінгі пәрмен. Сипатталған алгоритм тек секіру нұсқауларын, ішкі бағдарлама шақыруларын және үзілістерге қызмет көрсетуді орындағанда ғана бұзылады.

Деректер сегментінің сегменттік адресі DS регистрінде сақталады, ығысу жалпы мақсаттағы регистрлердің бірінде болуы мүмкін. Қосымша сегменттік регистр ES бейне буфер немесе жүйелік ұяшықтар сияқты бағдарламаға қосылмаған деректер өрістеріне қол жеткізу үшін пайдаланылады. Дегенмен, қажет болса, оны бағдарлама сегменттерінің біреуі үшін конфигурациялауға болады. Мысалы, егер бағдарлама деректердің үлкен көлемімен жұмыс істейтін болса, сіз олар үшін екі сегментті қамтамасыз ете аласыз және олардың біреуіне DS регистрі арқылы, ал екіншісіне ES регистрі арқылы қол жеткізе аласыз.

Стек көрсеткішінің регистрі SP стектің жоғарғы жағына көрсеткіш ретінде пайдаланылады. Стек - бұл еркін деректерді уақытша сақтауға арналған бағдарлама аймағы. Стектің ыңғайлылығы оның аймағының бірнеше рет пайдаланылуында, ал стекке мәліметтерді сақтау және оны сол жерден алу атауларды көрсетпей push және pop командалары арқылы орындалады. Стек дәстүрлі түрде ішкі бағдарламаны шақыру алдында бағдарлама пайдаланатын регистрлердің мазмұнын сақтау үшін пайдаланылады, ол өз кезегінде процессор регистрлерін өз мақсаттары үшін пайдаланады. Регистрлердің бастапқы мазмұны ішкі бағдарлама қайтарылғаннан кейін стектен шығарылады. Тағы бір кең таралған әдіс - қажетті параметрлерді стек арқылы ішкі бағдарламаға беру. Ішкі бағдарлама параметрлердің стекке қандай ретпен орналастырылғанын біле отырып, оларды сол жерден алып, оны орындау кезінде пайдалана алады.

Стектің айрықша ерекшелігі - ондағы деректер шығарылатын бірегей реттілік: кез келген уақытта стекте тек жоғарғы элемент, яғни стекке соңғы рет жүктелген элемент қолжетімді болады. Стектен жоғарғы элементті шығару келесі элементті қолжетімді етеді. Стек элементтері стекке бөлінген жад аймағында, стектің төменгі жағынан (ең үлкен мекенжайынан) бастап, ретімен төмендейтін адрестерде орналасады. Жоғарғы, қолжетімді элементтің мекенжайы SP стектің көрсеткіш регистрінде сақталады.

Арнайы регистрлер тек артықшылықты режимде қол жетімді және операциялық жүйемен пайдаланылады. Олар әртүрлі кэш блоктарын, негізгі жадты, енгізу/шығару құрылғыларын және есептеу жүйесіндегі басқа құрылғыларды басқарады.

Артықшылықты режимде де, пайдаланушы режимінде де қол жетімді бір регистр бар. Бұл жалау регистрі деп аталатын PSW (Program State Word) регистрі. Жалау регистрінде орталық процессорға қажет әр түрлі разрядтар бар, ең маңыздылары салыстырулар мен шартты секірулерде қолданылатын шарт кодтары болып табылады.Олар процессордың арифметикалық-логикалық бірлігінің әрбір циклінде орнатылады және алдыңғы жұмыстың нәтижесінің күйін көрсетеді. операция. Жалау регистрінің мазмұны есептеу жүйесінің түріне байланысты және мыналарды көрсететін қосымша өрістерді қамтуы мүмкін: машина режимі (мысалы, пайдаланушы немесе артықшылықты); трасса биті (ол отладка үшін пайдаланылады); процессордың басымдық деңгейі; үзу қосу күйі. Жалау регистрі әдетте пайдаланушы режимінде оқылады, бірақ кейбір өрістерді тек артықшылықты режимде жазуға болады (мысалы, режимді көрсететін бит).

Команда көрсеткішінің регистрінде орындау кезегіндегі келесі команданың адресі болады. Жадтан нұсқауды таңдағаннан кейін нұсқаулар регистрі реттеледі және көрсеткіш келесі нұсқауға көшеді. Нұсқау көрсеткіші бағдарламаның орындалу барысын бақылайды, әр сәтте орындалатын нұсқаудан кейінгі нұсқаудың салыстырмалы адресін көрсетеді. Тізілімге бағдарлама арқылы қол жеткізу мүмкін емес; Ондағы адрес ұлғаюын микропроцессор ағымдағы команданың ұзақтығын ескере отырып орындайды. Секірулер, үзулер, ішкі бағдарламаларды шақыру және олардан оралу командалары көрсеткіштің мазмұнын өзгертеді, сол арқылы бағдарламаның қажетті нүктелеріне көшулер жасайды.

Аккумулятор регистрі нұсқаулықтардың басым көпшілігінде қолданылады. Бұл регистрді пайдаланатын жиі қолданылатын командалар қысқартылған пішімге ие.

Ақпаратты өңдеу үшін деректер әдетте жад ұяшықтарынан операцияны орындай отырып, жалпы мақсаттағы регистрлерге тасымалданады орталық процессоржәне нәтижелерді жедел жадқа көшіру. Бағдарламалар орталық процессормен орындалуы керек машина нұсқауларының тізбегі ретінде сақталады. Әрбір команда операциялық өрістен және операнд өрістерінен – операция орындалатын деректерден тұрады. Машиналық нұсқаулар жиынтығы машина тілі деп аталады. Бағдарламалар келесідей орындалады. Бағдарлама санауышы көрсететін машиналық команда жадтан оқылады және нұсқаулар регистріне көшіріледі, онда ол декодталады, содан кейін орындалады. Оны орындағаннан кейін программа санауышы келесі командаға нұсқайды және т.б. Бұл әрекеттерді машиналық цикл деп атайды.

Орталық процессорлардың көпшілігінде екі жұмыс режимі бар: ядро ​​режимі және процессордың күй сөзінде (жалау регистрі) битпен белгіленетін пайдаланушы режимі. Егер процессор ядро ​​режимінде жұмыс істесе, ол нұсқаулар жинағындағы барлық нұсқауларды орындай алады және аппараттық құралдың барлық мүмкіндіктерін пайдалана алады. Операциялық жүйе ядро ​​режимінде жұмыс істейді және барлық аппараттық құралдарға қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Пайдаланушы бағдарламалары көптеген командаларды орындауға мүмкіндік беретін, бірақ аппараттық құралдың бір бөлігін ғана қолжетімді ететін пайдаланушы режимінде жұмыс істейді.

Операциялық жүйемен байланысу үшін пайдаланушы бағдарламасы ядро ​​режиміне кіретін және операциялық жүйе функцияларын белсендіретін жүйелік шақыруды шығаруы керек. Trap (эмуляцияланған үзіліс) командасы процессордың жұмыс режимін пайдаланушыдан ядро ​​режиміне ауыстырады және басқаруды операциялық жүйеге береді. Жұмыс аяқталғаннан кейін басқару пайдаланушы бағдарламасына, жүйелік шақырудан кейінгі командаға оралады.

Компьютерлерде жүйелік шақыруларды орындау нұсқауларынан басқа, нөлге бөлу әрекеті немесе өзгермелі нүктенің толып кетуі сияқты ерекше жағдайларды ескерту үшін аппараттық құрал арқылы шақырылатын үзілістер бар. Барлық осындай жағдайларда басқару операциялық жүйеге өтеді, ол әрі қарай не істеу керектігін шешуі керек. Кейде қате туралы хабармен бағдарламаны тоқтату керек, кейде оны елемеуге болады (мысалы, егер сан маңыздылығын жоғалтса, оны нөлге қоюға болады) немесе шарттардың белгілі бір түрлерін өңдеу үшін басқаруды бағдарламаның өзіне беруге болады.

Орталық процессорға қатысты құрылғылардың орналасуына қарай ішкі және сыртқы құрылғылар бөлінеді. Сыртқы, әдетте, енгізу/шығару құрылғыларының көпшілігі (сонымен қатар перифериялық құрылғылар деп аталады) және деректерді ұзақ мерзімді сақтауға арналған кейбір құрылғылар.

Жеке түйіндер мен блоктар арасындағы координация аппараттық интерфейс деп аталатын өтпелі аппараттық-логикалық құрылғылардың көмегімен орындалады. Есептеудегі аппараттық интерфейстердің стандарттары хаттамалар деп аталады - олардың жұмысын басқа құрылғылармен сәтті үйлестіру үшін құрылғы әзірлеушілерімен қамтамасыз етілуі керек техникалық шарттар жиынтығы.

Кез келген есептеу жүйесінің архитектурасында кездесетін көптеген интерфейстерді екі үлкен топқа бөлуге болады: сериялық және параллель. Тізбекті интерфейс арқылы деректер ретімен, бит бойынша, ал параллель интерфейс арқылы – бір уақытта бит топтарында беріледі. Бір хабарламаға қатысатын биттердің саны интерфейстің енімен анықталады; мысалы, сегіз разрядты параллель интерфейстер циклге бір байт (8 бит) жібереді.

Параллель интерфейстер әдетте сериялық интерфейстерге қарағанда күрделірек, бірақ жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді. Олар деректерді беру жылдамдығы маңызды жерлерде қолданылады: басып шығару құрылғыларын қосу үшін, графикалық енгізу құрылғылары, деректерді сыртқы тасымалдаушыларға жазу құрылғылары және т.б. Параллель интерфейстердің өнімділігі секундына байтпен өлшенеді (байт/с; КБ/с; МБ/с).

Құрылғы сериялық интерфейстерОңайрақ; әдетте, жіберуші және қабылдаушы құрылғылардың жұмысын синхрондау қажет емес (сондықтан олар жиі асинхронды интерфейстер деп аталады), бірақ олардың өткізу қабілеті аз және коэффициенті пайдалы әрекеттөменде. Тізбектелген құрылғылар арқылы мәліметтер алмасу байттармен емес, биттермен жүзеге асырылатындықтан, олардың өнімділігі секундына битпен (бит/с, Кбит, Мбит/с) өлшенеді. Сериялық тарату жылдамдығы бірліктерін 8-ге механикалық бөлу арқылы параллель деректерді беру жылдамдығы бірліктеріне түрлендірудің көрінетін қарапайымдылығына қарамастан, мұндай түрлендіру орындалмайды, себебі ол қызмет көрсету деректерінің болуына байланысты дұрыс емес. Қызметтік деректер үшін реттелетін соңғы шара ретінде, кейде сериялық құрылғылардың жылдамдығы секундына таңбалармен немесе секундына таңбалармен (с/с) көрсетіледі, бірақ бұл мән техникалық емес, анықтамалық, тұтынушылық сипатта болады.

Сериялық интерфейстер баяу құрылғыларды қосу үшін қолданылады (ең қарапайым төмен сапалы басып шығару құрылғылары: символдық және сигналдық ақпаратты енгізу және шығару құрылғылары, басқару сенсорлары, өнімділігі төмен байланыс құрылғылары және т.б.), сондай-ақ олар жоқ жағдайларда. деректер алмасу ұзақтығына айтарлықтай шектеулер (цифрлық камералар).

Компьютердің екінші негізгі құрамдас бөлігі – жад. Жад жүйесі қабаттар иерархиясы түрінде құрастырылған (3. сурет). Жоғарғы қабат орталық процессордың ішкі регистрлерінен тұрады. Ішкі регистрлер 32 биттік процессорда 32 х 32 бит және 64 биттік процессорда 64 х 64 бит сақтау сыйымдылығын қамтамасыз етеді, бұл екі жағдайда да бір килобайттан аз. Бағдарламалардың өзі регистрлерді аппараттық құралдардың араласуынсыз басқара алады (яғни оларда не сақтау керектігін шешеді).

3-сурет. Типтік иерархиялық құрылымжады

Келесі қабатта кэш жады бар, ол негізінен аппараттық құралмен басқарылады. ЖЖҚ кэш жолдарына бөлінеді, әдетте 64 байт, мекенжайлары нөлдік жолда 0-ден 63-ке дейін, бірінші жолда 64-тен 127-ге дейін және т.б. Ең жиі қолданылатын кэш желілері орталық процессордың ішінде немесе оған өте жақын орналасқан жоғары жылдамдықты кэш жадында сақталады. Бағдарлама жадтан сөзді оқу қажет болғанда, кэш чипі қажетті жолдың кэште бар-жоғын тексереді. Егер бұлай болса, онда кэш жадыға тиімді қол жеткізу орын алады, сұраныс кэштен толығымен қанағаттандырылады және жад сұранысы шинаға жіберілмейді. Кэшке сәтті кіру әдетте екі сағаттық циклді алады, ал сәтсізі уақытты айтарлықтай жоғалтумен жадқа қол жеткізуге әкеледі. Кэш жады құны жоғары болғандықтан көлемі шектеулі. Кейбір машиналарда кэштің екі немесе тіпті үш деңгейі бар, олардың әрқайсысы алдыңғысынан баяу және үлкенірек.

Одан кейін жедел жады (RAM – жедел жад, ағылшынша RAM, Random Access Memory – кездейсоқ қол жеткізу жады) келеді. Бұл есептеу жүйесінің сақтау құрылғысының негізгі жұмыс аймағы. Кэш жадымен орындалмайтын барлық процессорлық сұраулар өңдеу үшін негізгі жадқа жіберіледі. Компьютерде бірнеше бағдарламаны іске қосқанда, жедел жадыға күрделі бағдарламаларды орналастырған жөн. Программаларды бір-бірінен қорғау және оларды жадта жылжыту компьютерді екі арнайы регистрмен жабдықтау арқылы жүзеге асады: базалық регистр және шекті регистр.

Қарапайым жағдайда (4.а-сурет) бағдарлама жұмыс істей бастағанда, базалық регистрге орындалатын бағдарлама модулінің басының адресі жүктеледі, ал шекті регистр орындалатын бағдарлама модулінің қанша көлемде жұмыс істейтінін көрсетеді. деректер. Жадтан команданы алу кезінде аппараттық құрал программа санауышын тексереді, егер ол шекті регистрден аз болса, оған негізгі регистрдің мәнін қосады, ал қосындыны жадыға береді. Бағдарлама деректер сөзін оқығысы келгенде (мысалы, 10000 адресінен), аппараттық құрал автоматты түрде негізгі регистрдің мазмұнын (мысалы, 50000) сол адреске қосады және қосындыны (60000) жадыға тасымалдайды. Негізгі регистр бағдарламаға жадтың кез келген бөлігіне онда сақталған адрес бойынша сілтеме жасауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, шектеу регистрі бағдарламадан кейін жадтың кез келген бөлігіне бағдарламаның кіруіне жол бермейді. Осылайша, осы схеманың көмегімен екі мәселе де шешіледі: қорғау және бағдарламалардың қозғалысы.

Мәліметтерді тексеру және түрлендіру нәтижесінде программамен генерацияланатын және виртуалды адрес деп аталатын адрес жад пайдаланатын адреске аударылады және физикалық адрес деп аталады. Тексеруді және түрлендіруді орындайтын құрылғы жадты басқару блогы немесе жад менеджері (MMU, Memory Management Unit) деп аталады. Жад менеджері процессор тізбегінде немесе оған жақын орналасқан, бірақ логикалық түрде процессор мен жад арасында орналасқан.

Күрделі жад менеджері екі жұп базалық және шекті регистрлерден тұрады. Бір жұп бағдарлама мәтініне, екінші жұп деректерге арналған. Командалық регистр және бағдарлама мәтініне барлық сілтемелер регистрлердің бірінші жұбымен жұмыс істейді, мәліметтерге сілтемелер регистрлердің екінші жұбын пайдаланады. Бұл механизмнің арқасында бір бағдарламаны бірнеше пайдаланушылар арасында ортақ пайдалану мүмкін болады, бұл қарапайым схемада алынып тасталатын ЖЖҚ-да бағдарламаның бір ғана көшірмесін сақтайды. No 1 бағдарлама жұмыс істеп тұрған кезде төрт регистр 4 (б) суретте көрсетілгендей сол жақта, № 2 бағдарлама жұмыс істеп тұрғанда оң жақта орналасады. Жад менеджерін басқару операциялық жүйенің функциясы болып табылады.

Жад құрылымында келесі орын магниттік диск (қатты диск) болып табылады. Дискілік жады биттік негізде ЖЖҚ-дан екі есе арзанырақ және өлшемі үлкенірек, бірақ дискіде орналасқан деректерге қол жеткізу шамамен үш ретке ұзағырақ уақыт алады. Қатты дискінің баяу жылдамдығының себебі дискінің механикалық құрылым болуы. Қатты диск 5400, 7200 немесе 10800 айн/мин жылдамдықпен айналатын бір немесе бірнеше металл пластиналардан тұрады (Cурет 5.). Ақпарат концентрлік шеңберлер түрінде пластиналарға жазылады. Әрбір берілген позициядағы оқу/жазу бастары трек деп аталатын тақтадағы сақинаны оқи алады. Берілген шанышқы орнына арналған жолдар бірге цилиндрді құрайды.

Әрбір жол бірнеше секторларға бөлінеді, әдетте секторға 512 байт. Қосулы заманауи жетектерсыртқы цилиндрлерде ішкіге қарағанда көбірек секторлар бар. Басты бір цилиндрден екіншісіне жылжыту шамамен 1 мс, ал кездейсоқ цилиндрге жылжыту жетекке байланысты 5-тен 10 мс-ке дейін созылады. Басы қажетті жолдың үстінде орналасқан кезде, қажетті сектор бастың астында болуы үшін қозғалтқыш дискіні айналдырғанша күту керек. Бұл дискінің айналу жылдамдығына байланысты қосымша 5-10 мс уақытты алады. Сектор бастың астында болғанда, оқу немесе жазу процесі 5 МБ/с (төмен жылдамдықты дискілер үшін) бастап 160 МБ/с (жоғары жылдамдықты дискілер үшін) аралығындағы жылдамдықта жүреді.

Соңғы қабат магниттік таспамен жабылған. Бұл орта жасау үшін жиі пайдаланылды сақтық көшірмелеріқатты дискідегі орын немесе сақтау үлкен жиынтықтардеректер. Ақпаратқа қол жеткізу үшін таспа магниттік таспаны оқу құрылғысына орналастырылды, содан кейін ол сұралған ақпарат блогына оралды. Бүкіл процесс бірнеше минутқа созылды. Сипатталған жад иерархиясы тән, бірақ кейбір нұсқаларда барлық деңгейлер немесе олардың басқа түрлері болмауы мүмкін (мысалы, оптикалық диск). Кез келген жағдайда, иерархия бойынша жоғарыдан төменге қарай жылжыған кезде, кездейсоқ кіру уақыты құрылғыдан құрылғыға айтарлықтай артады және сыйымдылық қол жеткізу уақытына баламалы өседі.

Жоғарыда сипатталған түрлерден басқа, көптеген компьютерлерде тек оқуға арналған жедел жад (ROM, Read Only Memory) бар, ол компьютер жүйесі өшірілгенде мазмұнын жоғалтпайды. ROM өндіру кезінде бағдарламаланады және одан кейін оның мазмұнын өзгерту мүмкін емес. Кейбір компьютерлерде ROM компьютерді іске қосу үшін пайдаланылатын жүктеу бағдарламаларын және төменгі деңгейлі құрылғыларды басқаруға арналған кейбір енгізу/шығару карталарын қамтиды.

Электрмен өшірілетін ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) және флэш ЖЖҚ (флэш RAM) да тұрақты емес, бірақ ROM-дан айырмашылығы олардың мазмұнын өшіруге және қайта жазуға болады. Дегенмен, оларға деректерді жазу жедел жадыға жазудан әлдеқайда көп уақыт алады. Сондықтан олар ROM-мен бірдей қолданылады.

Жадтың басқа түрі бар - CMOS жады, ол өзгермелі және ағымдағы күн мен ағымдағы уақытты сақтау үшін қолданылады. Жад компьютерге орнатылған батареядан қуат алады және конфигурация параметрлерін (мысалы, қай қатты дискіден жүктелетінін көрсететін) қамтуы мүмкін.

3. Енгізу/шығару құрылғылары

Операциялық жүйемен тығыз әрекеттесетін басқа құрылғылар екі бөліктен тұратын енгізу/шығару құрылғылары: контроллер және құрылғының өзі. Контроллер операциялық жүйеден командаларды қабылдайтын және орындайтын қосқышқа енгізілген платадағы микросұлба (чипсет).

Мысалы, контроллер дискіден белгілі бір секторды оқу пәрменін алады. Команданы орындау үшін контроллер диск секторының сызықтық нөмірін цилиндрдің, сектордың және бастың нөміріне түрлендіреді. Түрлендіру операциясы сыртқы цилиндрлерде ішкі бөліктерге қарағанда көбірек секторлар болуы мүмкін екендігімен қиындайды. Содан кейін контроллер қай цилиндрдің жоғарыда орналасқанын анықтайды осы сәтбасын, және цилиндрлердің қажетті санын басын жылжыту үшін импульстар тізбегін береді. Осыдан кейін контроллер қажетті секторды бастың астына қойып, дискінің айналуын күтеді. Содан кейін дискіден келген биттерді оқу және сақтау процестері, тақырыпты жою және есептеу процестері бақылау сомасы. Содан кейін контроллер алынған биттерді сөздерге жинайды және оларды жадта сақтайды. Бұл жұмысты орындау үшін контроллерлерде кірістірілген микробағдарлама бар.

Енгізу/шығару құрылғысының өзінде біртұтас IDE стандартына (IDE, Integrated Drive Electronics - кірістірілген диск интерфейсі) сәйкес келетін қарапайым интерфейс бар. Құрылғы интерфейсі контроллер арқылы жасырылғандықтан, операциялық жүйе құрылғы интерфейсінен өзгеше болуы мүмкін контроллер интерфейсін ғана көреді.

Өйткені контроллерлер үшін әртүрлі құрылғыларЕнгізу/шығару құрылғылары бір-бірінен ерекшеленеді, содан кейін оларды басқару үшін сізге сәйкес бағдарламалық құрал – драйверлер қажет. Сондықтан әрбір контроллер өндірушісі өзі қолдайтын контроллерлер үшін драйверлерді қамтамасыз етуі керек. операциялық жүйелер. Драйверді операциялық жүйеге орнатудың үш жолы бар:

Ядроны жаңа драйвермен қайта құрыңыз, содан кейін жүйені қайта жүктеңіз, бұл қанша UNIX жүйесі жұмыс істейді;

Операциялық жүйеге енгізілген файлда драйвер қажет болатын жазба жасаңыз және жүйені қайта жүктеңіз; бастапқы жүктеу кезінде операциялық жүйе табады. қажетті драйвержәне оны жүктеп алыңыз; Windows операциялық жүйесі осылай жұмыс істейді;

Жаңа драйверлерді қабылдап, жұмыс істеп тұрған кезде операциялық жүйені пайдаланып жылдам орнатыңыз; Бұл әдіс әрқашан динамикалық жүктелетін драйверлерді қажет ететін USB және IEEE 1394 алынбалы автобустарымен қолданылады.

Әрбір контроллермен байланысу үшін белгілі бір регистрлер бар. Мысалы, минималды диск контроллерінде диск мекенжайын, жад мекенжайын, сектор нөмірін және жұмыс бағытын (оқу немесе жазу) көрсету үшін регистрлер болуы мүмкін. Контроллерді іске қосу үшін драйвер операциялық жүйеден пәрмен алады, содан кейін оны құрылғы регистрлеріне жазу үшін қолайлы мәндерге аударады.

Кейбір компьютерлерде енгізу-шығару құрылғыларының регистрлері жадтағы қарапайым сөздер сияқты оқуға немесе жазуға болатындай етіп операциялық жүйенің адрестік кеңістігімен салыстырылады. Пайдаланушы бағдарламаларын аппараттық құралдардан (мысалы, базалық және шекті регистрлерді пайдалану арқылы) қорғау үшін тізілім адрестері пайдаланушы бағдарламаларының қолы жетпейтін жерде жедел жадқа орналастырылады.

Басқа компьютерлерде құрылғы регистрлері арнайы енгізу/шығару порттарында орналасады және әрбір регистрдің өзінің порт адресі болады. Мұндай машиналарда IN және OUT командалары драйверлерге регистрлерді оқуға және жазуға мүмкіндік беретін артықшылықты режимде қол жетімді. Бірінші схема арнайы енгізу-шығару нұсқауларының қажеттілігін болдырмайды, бірақ кейбір мекенжай кеңістігін пайдаланады. Екінші схема адрестік кеңістікке әсер етпейді, бірақ арнайы командаларды қажет етеді. Екі схема да кеңінен қолданылады. Мәліметтерді енгізу және шығару үш жолмен жүзеге асырылады.

1. Пайдаланушы бағдарламасы жүйелік сұранысты шығарады, оны ядро ​​сәйкес драйвер үшін процедуралық шақыруға айналдырады. Содан кейін драйвер енгізу/шығару процесін бастайды. Осы уақыт ішінде драйвер өте қысқа бағдарлама циклін орындайды, ол жұмыс істейтін құрылғының дайындығын үнемі сұрайды (әдетте құрылғы әлі де бос емес екенін көрсететін кейбір бит бар). Енгізу/шығару операциясы аяқталғаннан кейін драйвер деректерді қажетті жерге орналастырады және бастапқы күйіне оралады. Одан кейін операциялық жүйе басқаруды қоңырау шалған бағдарламаға қайтарады. Бұл әдіс дайын күту немесе белсенді күту деп аталады және бір кемшілігі бар: процессор өз жұмысын аяқтағанша құрылғыны сұрауы керек.

2. Драйвер құрылғыны іске қосып, енгізу/шығару аяқталғанда үзіліс беруін сұрайды. Осыдан кейін драйвер деректерді қайтарады, операциялық жүйе қажет болған жағдайда шақыратын бағдарламаны блоктайды және басқа тапсырмаларды орындауға кіріседі. Контроллер деректерді берудің аяқталуын анықтаған кезде, операцияның аяқталғаны туралы сигнал беру үшін үзіліс жасайды. Енгізу-шығаруды жүзеге асыру механизмі келесідей болады (6.а-сурет):

1-қадам: драйвер құрылғы регистрлеріне ақпаратты жаза отырып, команданы контроллерге береді; Контроллер енгізу/шығару құрылғысын іске қосады.

2-қадам: Оқу немесе жазуды аяқтағаннан кейін контроллер үзу контроллерінің чипіне сигнал жібереді.

3-қадам: Егер үзу контроллері үзуді қабылдауға дайын болса, онда ол орталық процессордың белгілі бір істікшесіне сигнал жібереді.

4-қадам: Үзіліс контроллері кіріс-шығару құрылғысының нөмірін шинаға орналастырады, сонда CPU оны оқи алады және қай құрылғы жұмысын аяқтағанын біледі. Орталық процессор үзіліс алған кезде, бағдарлама есептегішінің (ДК) мазмұны және процессор күйі сөзі (PSW) ағымдағы стекке итеріледі және процессор артықшылықты режимге (операциялық жүйе ядросының режимі) ауысады. Енгізу/шығару құрылғысының нөмірін үзу өңдегішінің мекенжайын табу үшін пайдаланылатын жад бөлігінің индексі ретінде пайдалануға болады. осы құрылғының. Жадтың бұл бөлігі үзу векторы деп аталады. Үзіліс өңдеушісі (үзуді жіберген құрылғы драйверінің бөлігі) жұмысын бастағанда, ол стекте орналасқан бағдарлама есептегішін және процессор күй сөзін жояды, оларды сақтайды және оның күйі туралы ақпаратты құрылғыдан сұрайды. Үзілістерді өңдеу аяқталғаннан кейін басқару бұрын орындалған пайдаланушы бағдарламасына, орындалуы әлі аяқталмаған командаға оралады (6 б-сурет).

3.Ақпаратты енгізу және шығару үшін орталық процессордың тұрақты араласуынсыз жедел жады мен кейбір контроллерлер арасындағы биттердің ағынын басқаратын тікелей жадқа қол жеткізу контроллері (DMA, Direct Memory Access) қолданылады. Процессор DMA чипін шақырады, оған қанша байтты тасымалдау керектігін айтады, құрылғы мен жад мекенжайларын және деректерді беру бағытын береді және чипке өз жұмысын жасауға мүмкіндік береді. Аяқтағаннан кейін DMA үзіліс шығарады, ол сәйкесінше өңделеді.

Үзілістер орынсыз уақытта орын алуы мүмкін, мысалы, басқа үзу өңделіп жатқанда. Осы себепті процессордың үзілістерді өшіріп, кейінірек қосу мүмкіндігі бар. Үзілістер өшірілген кезде, жұмысын аяқтаған барлық құрылғылар сигналдарын жіберуді жалғастырады, бірақ үзілістер қосылғанша процессор үзілмейді. Үзілістер өшірілген кезде бірнеше құрылғы бір уақытта шықса, үзу контроллері қайсысын бірінші өңдеу керектігін шешеді, әдетте әрбір құрылғыға тағайындалған статикалық басымдықтар негізінде.

Pentium есептеу жүйесінде сегіз шинасы бар (кэш шинасы, жергілікті шинасы, жад шинасы, PCI, SCSI, USB, IDE және ISA). Әрбір автобустың деректерді беру жылдамдығы мен функциялары бар. Операциялық жүйеде компьютерді басқару және оны конфигурациялау үшін барлық автобустар туралы ақпарат болуы керек.

ISA шинасы (Industry Standard Architecture) – алғаш рет IBM PC/AT компьютерлерінде пайда болды, 8,33 МГц жиілікте жұмыс істейді және бір тактілік циклге екі байтты максималды жылдамдығы 16,67 МБ/с тасымалдай алады; ол ескі баяу енгізу/шығару карталарымен кері үйлесімділік үшін жүйеге енгізілген.

PCI шинасы (Peripheral Component Interconnect) – ISA шинасының мұрагері ретінде Intel жасаған, 66 МГц жиілікте жұмыс істей алады және сағатына 8 байтты 528 МБ/с жылдамдықпен тасымалдай алады. Қазіргі уақытта PCI автобустарыжоғары жылдамдықты енгізу/шығару құрылғыларының көпшілігін, сондай-ақ Intel емес процессорлары бар компьютерлерді пайдаланыңыз, өйткені көптеген енгізу/шығару карталары онымен үйлесімді.

Pentium жүйесіндегі жергілікті шинаны орталық процессор деректерді жиі 100 МГц жиі жұмыс істейтін арнайы жад шинасында жадқа кіретін PCI көпір микросхемасына тасымалдау үшін пайдаланады.

Кэш шинасы сыртқы кэшті қосу үшін пайдаланылады, өйткені Pentium жүйелерінде процессорға енгізілген бірінші деңгейлі кэш (L1 кэш) және үлкен сыртқы екінші деңгейлі кэш (L2 кэш) бар.

IDE шинасы перифериялық құрылғыларды: дискілерді және CD-ROM оқу құралдарын қосу үшін қолданылады. Шина PC/AT диск контроллері интерфейсінің ұрпағы болып табылады және қазіргі уақытта Pentium процессорларына негізделген барлық жүйелерде стандартты болып табылады.

USB шинасы (Әмбебап сериялық автобус, әмбебап сериялық автобус) компьютерге баяу енгізу/шығару құрылғыларын (пернетақта, тінтуір) қосуға арналған. Ол USB құрылғыларына қуат беретін екі сымы бар шағын төрт сымды қосқышты пайдаланады.

USB шинасы орталықтандырылған шина болып табылады, оның үстінен хост құрылғысы енгізу/шығару құрылғыларында деректер бар-жоғын білу үшін миллисекунд сайын сауалнама жүргізеді. Ол деректерді жүктеуді 1,5 МБ/с жылдамдықпен басқара алады. Барлық USB құрылғылары бірдей драйверді пайдаланады, сондықтан оларды жүйеге қайта жүктеусіз қосуға болады.

SCSI шинасы (Small Computer System Interface) – жылдам дискілер, сканерлер және айтарлықтай өткізу қабілеттілігін қажет ететін басқа құрылғылар үшін қолданылатын жоғары өнімді шин. Оның өнімділігі 160 МБ/с жетеді. SCSI шинасы Macintosh жүйелерінде қолданылады және UNIX жүйелерінде және Intel процессорларына негізделген басқа жүйелерде танымал.

IEEE 1394 шинасы (FireWire) биттік сериялық шина болып табылады және 50 МБ/с жылдамдықпен пакеттік деректерді тасымалдауды қолдайды. Бұл сипат портативті сандық бейне камераларды және басқа мультимедиялық құрылғыларды компьютерге қосуға мүмкіндік береді. Шинадан айырмашылығы USB шинасы IEEE 1394 стандартында орталық контроллер жоқ.

Операциялық жүйе аппараттық құрамдастарды тани білуі және оларды конфигурациялай алуы керек. Бұл талап әкелді Intelжәне Microsoft корпорациясы «қосу және ойнату» деп аталатын дербес компьютер жүйесін жасау үшін. Бұл жүйеге дейін әрбір енгізу/шығару тақтасында бекітілген енгізу/шығару регистрінің мекенжайлары және үзу сұрауының деңгейі болды. Мысалы, пернетақтада 0x60 пен 0x64 аралығындағы үзіліс 1 және мекенжайлар пайдаланылады; Иілгіш диск контроллері 6 үзілісін пайдаланды және 0x3F0-ден 0x3F7-ге дейін адрестерді береді; принтер 7 үзіліс пен 0x378-ден 0x37A дейінгі мекенжайларды пайдаланды.

Егер пайдаланушы дыбыстық карта мен модемді сатып алса, бұл құрылғылар кездейсоқ бірдей үзуді пайдаланған. Қақтығыс болды, сондықтан құрылғылар бірге жұмыс істей алмады. Ықтимал шешімБұл әр тақтаға DIP қосқыштарының (секіргіштер) жиынтығын құрастыру және әртүрлі құрылғылардың порт мекенжайлары мен үзу нөмірлері бір-біріне қайшы келмейтіндей етіп конфигурациялау болды.

Plug and play операциялық жүйеге енгізу/шығару құрылғылары туралы ақпаратты автоматты түрде жинауға, үзіліс деңгейлерін және енгізу/шығару мекенжайларын орталықтан тағайындауға, содан кейін бұл ақпаратты әрбір тақтаға жеткізуге мүмкіндік береді. Бұл жүйе Pentium компьютерлерінде жұмыс істейді. Әрбір компьютер бар Pentium процессорыОнда бағдарлама орналасқан аналық плата бар - BIOS жүйесі (Негізгі кіріс шығыс жүйесі). BIOS төмен деңгейлі енгізу/шығару бағдарламаларын қамтиды, оның ішінде пернетақтадан оқу процедуралары, ақпаратты экранда көрсету, дискіден енгізу/шығару деректері және т.б.

Компьютер жүктелген кезде жүйеде орнатылған жедел жад көлемін, пернетақта мен басқа негізгі құрылғылардың қосылуын және дұрыс жұмысын тексеретін BIOS жүйесі іске қосылады. Содан кейін BIOS ISA және PCI шиналарын және оларға қосылған барлық құрылғыларды тексереді. Бұл құрылғылардың кейбірі дәстүрлі (алдын ала қосу және ойнату). Олардың бекітілген үзу деңгейлері және енгізу/шығару портының мекенжайы бар (мысалы, енгізу/шығару тақтасындағы қосқыштар немесе секіргіштер арқылы орнатылады және операциялық жүйемен өзгертілмейді). Бұл құрылғылар тіркеледі, содан кейін қосу және ойнату құрылғылары тіркеледі. Егер бар құрылғылар соңғы жүктеу кезінде болған құрылғылардан өзгеше болса, жаңа құрылғылар конфигурацияланады.

Содан кейін BIOS CMOS жадында сақталған тізімдердің әрқайсысын кезекпен сынап көру арқылы қай құрылғыдан жүктелетінін анықтайды. Пайдаланушы жүктелгеннен кейін бірден BIOS конфигурациялау бағдарламасына кіру арқылы бұл тізімді өзгерте алады. Әдетте, ол алдымен иілгіш дискіден жүктеуге әрекет жасайды. Бұл сәтсіз болса, ықшам дискі әрекеттенеді. Егер компьютерде иілгіш дискі де, ықшам дискі де болмаса, жүйе қатты дискіден жүктеледі. Бірінші сектор жүктеу құрылғысынан жадқа оқылады және орындалады. Бұл секторда қай бөлімнің белсенді екенін анықтау үшін жүктеу секторының соңындағы бөлімдер кестесін тексеретін бағдарлама бар. Екінші жүктеуші сол бөлімнен оқылады. Ол операциялық жүйені белсенді бөлімнен оқиды және оны іске қосады.

Одан кейін операциялық жүйе компьютердің конфигурациясы туралы ақпаратты алу үшін BIOS жүйесіне сауалнама жүргізеді және әрбір құрылғы үшін драйвердің бар-жоғын тексереді. Драйвер жоқ болса, операциялық жүйе пайдаланушыдан драйвері бар иілгіш дискіні немесе ықшам дискіні салуды сұрайды (бұл дискілерді құрылғы өндірушісі береді). Барлық драйверлер орнында болса, операциялық жүйе оларды ядроға жүктейді. Содан кейін ол драйвер кестелерін инициализациялайды, кез келген қажетті фондық процестерді жасайды және құпия сөзді енгізу бағдарламасын немесе іске қосады GUIәр терминалда.

5. Есептеуіш техниканың даму тарихы

Барлық IBM-үйлесімді дербес компьютерлер Intel-үйлесімді процессорлармен жабдықталған. Intel отбасы микропроцессорларының даму тарихы қысқаша төмендегідей. Intel компаниясының алғашқы әмбебап микропроцессоры 1970 жылы пайда болды. Ол Intel 4004 деп аталды, төрт разрядты болды және төрт разрядты сөздерді енгізу/шығару және өңдеу мүмкіндігіне ие болды. Оның жылдамдығы секундына 8000 операция болды. Intel 4004 микропроцессоры жады көлемі 4 Кбайт болатын бағдарламаланатын калькуляторларда пайдалануға арналған.

Үш жылдан кейін Intel 8080 процессорын шығарды, ол қазірдің өзінде 16-биттік арифметикалық операцияларды орындай алады, 16-биттік адрес шинасына ие болды және сондықтан 64 Кбайт жадты (2,516 0 = 65536) адрестей алады. 1978 жыл сөз өлшемі 16 бит (екі байт), 20 биттік шинасы бар және блоктарға бөлінген 1 Мбайт жадымен (2 520 0 = 1048576 немесе 1024 КБ) жұмыс істей алатын 8086 процессорының шығарылуымен белгіленді. (сегменттері) әрқайсысы 64 КБ. 8086 процессоры IBM PC және IBM PC/XT жүйелерімен үйлесімді компьютерлерге қосылды. Жаңа микропроцессорлардың дамуындағы келесі маңызды қадам 1982 жылы пайда болған 8028b процессоры болды. Оның 24-биттік адрестік шинасы болды, 16 мегабайт мекенжай кеңістігін басқара алады және IBM PC/AT-пен үйлесімді компьютерлерге орнатылды. 1985 жылы қазанда 80386DX 32 разрядты адрес шинасымен (максималды мекенжай кеңістігі 4 ГБ) шығарылды, ал 1988 жылы маусымда 80386SX шығарылды, ол 80386DX қарағанда арзанырақ және 24 разрядтық адрес шинасына ие болды. Содан кейін 1989 жылы сәуірде 80486DX микропроцессоры пайда болды, ал 1993 жылы мамырда Pentium процессорының бірінші нұсқасы пайда болды (екеуі де 32 разрядты адрес шинасы бар).

1995 жылы мамырда Мәскеуде халықаралық Comtec-95 көрмесінде Intel ұсынды жаңа процессор- P6.

P6 әзірлеу кезінде қойылған ең маңызды мақсаттардың бірі Pentium процессорының өнімділігін екі есе арттыру болды. Сонымен қатар, P6 бірінші нұсқаларын өндіру қазірдің өзінде жөндеуден өткен «Intel» бойынша жүзеге асырылады және өндірісте қолданылады. соңғы нұсқалары Pentium жартылай өткізгіш технологиясы (О,6 микрон, 3,3 В).

Бірдей өндіріс процесін пайдалану P6-ны үлкен проблемаларсыз жаппай шығаруға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл өнімділікті екі есе арттыруға процессордың микроархитектурасын жан-жақты жақсарту арқылы ғана қол жеткізілетінін білдіреді. P6 микроархитектурасы әртүрлі архитектуралық әдістердің мұқият ойластырылған және реттелген комбинациясын қолдану арқылы жасалған. Олардың кейбіреулері бұрын үлкен компьютерлердің процессорларында сынақтан өткен, кейбіреулерін академиялық институттар ұсынған, ал қалғандарын Intel инженерлері жасаған. Intel «динамикалық орындау» деп атайтын архитектуралық мүмкіндіктердің бұл бірегей комбинациясы бірінші P6 өлшегіштеріне бастапқыда жоспарланған өнімділік деңгейінен асып түсуге мүмкіндік берді.

x86 отбасының балама Intel процессорларымен салыстырғанда, P6 микроархитектурасының NexGen's Nx586 және AMD's K5 процессорларының микроархитектурасымен және, аз болса да, Cyrix's M1 микроархитектурасымен ұқсастығы бар екені белгілі болды. Бұл ортақтық төрт компанияның инженерлері бір мәселені шешіп жатқанымен түсіндіріледі: Intel x86 CISC архитектурасымен үйлесімділікті сақтай отырып, RISC технологиясының элементтерін енгізу.

Бір пакетте екі кристал

P6-ның басты артықшылығы мен бірегей ерекшелігі оның орналасуындапроцессормен бір пакетте 256 Кбайт өлшемді екінші статикалық кэш жады бар, процессорға арнайы бөлінген шина арқылы қосылған. Бұл дизайн P6 негізіндегі жүйелердің дизайнын айтарлықтай жеңілдетуі керек. P6 - бір пакетте екі микросхеманы қамтитын жаппай өндіріске арналған алғашқы микропроцессор.

P6 процессорында 5,5 миллион транзистор бар; L2 кэш кристалы - 15,5 млн. Салыстыру үшін, Pentium-тың соңғы үлгісі шамамен 3,3 миллион транзисторды қамтыды, ал L2 кэш жад өлшегіштерінің сыртқы жиынтығы арқылы жүзеге асырылды.

Кэштегі транзисторлардың мұндай көптігі оның статикалық сипатымен түсіндіріледі. P6 статикалық жады бір бит сақтау үшін алты транзисторды пайдаланады, ал динамикалық жады үшін бір битке бір ғана транзистор қажет болады. Статикалық жад жылдамырақ, бірақ қымбатырақ. Қосымша кэші бар чиптегі транзисторлар саны процессорлық чипке қарағанда үш есе көп болса да, кэштің физикалық өлшемдері кішірек: процессор үшін 306-ға қарсы 202 шаршы миллиметр. Екі кристал да 387 контактілері бар керамикалық қаптамада («қос қуысты пин-дрид массиві») бірге қоршалған. Екі қалыпта бірдей технология (0,6 мкм, 4 қабатты металл-BiCMOS, 2,9 В) арқылы жасалған. Болжалды максималды қуат тұтынуы: 133 МГц жиілікте 20 Вт.

Процессор мен қосымша кэшті бір пакетте біріктірудің бірінші себебі - өнімділігі жоғары P6 негізіндегі жүйелерді жобалау мен өндіруді жеңілдету. Құрылған есептеу жүйесінің өнімділігі жылдам процессор, процессор ортасының чиптерін, атап айтқанда, қосымша кэшті дәл баптауға байланысты. Барлық компьютерлік компаниялар тиісті зерттеулерді жүргізе алмайды. P6-да қосымша кэш процессор үшін оңтайлы конфигурацияланған, бұл аналық платаның дизайнын жеңілдетеді.

Біріктірудің екінші себебі – өнімділікті арттыру. Екінші деңгейлі процессор процессорға арнайы бөлінген ені 64 биттік шина арқылы қосылған және процессормен бірдей тактілік жиілікте жұмыс істейді.

60 және 66 МГц жиіліктегі алғашқы Pentium процессорлары 64 биттік шина арқылы бірдей тактілік жиілікте қосалқы кэшке қол жеткізді. Дегенмен, Pentium сағаттық жиіліктері өскен сайын, аналық платада мұндай тактілік жылдамдықтарды сақтау дизайнерлер үшін тым қиын және қымбат болды. Сондықтан жиілікті бөлгіштер қолданыла бастады. Мысалы, 100 МГц Pentium үшін сыртқы шина 66 МГц жиілікте жұмыс істейді (90 МГц Pentium үшін ол тиісінше 60 МГц). Pentium бұл шинаны қосымша кэшке қол жеткізу үшін де, негізгі жадқа және PCI чипсеті сияқты басқа құрылғыларға қол жеткізу үшін де пайдаланады.

Қосымша кэшке кіру үшін арнайы шинаны пайдалану жүйе өнімділігін жақсартады. Біріншіден, бұл процессор мен автобус жылдамдығының толық синхрондауына қол жеткізеді; екіншіден, басқа енгізу/шығару операцияларымен бәсекелестік және байланысты кешігулер жойылады. L2 кэш шинасы сыртқы шинадан толығымен бөлек, ол арқылы жады және сыртқы құрылғылар. 64-биттік сыртқы шина процессордың жарты, үштен бір немесе төрттен бір жылдамдығында жұмыс істей алады, ал екінші кэш шинасы толық жылдамдықта тәуелсіз жұмыс істейді.

Процессор мен қосымша кэшті бір бумаға біріктіру және оларды арнайы шина арқылы жіберу - ең қуатты RISC процессорларында қолданылатын өнімділікті арттыру әдістеріне жасалған қадам. Осылайша, Digital компаниясының Alpha 21164 процессорында 96 кБ екінші деңгейлі кэш негізгі кэш сияқты процессор өзегінде орналасқан. Бұл чиптегі транзисторлар санын 9,3 миллионға дейін арттыру арқылы өте жоғары кэш өнімділігін қамтамасыз етеді. Alpha 21164 өнімділігі 300 МГц жиілікте 330 SPECint92. P6 өнімділігі төменірек (Intel 133 МГц жиілікте 200 SPECint92 деп есептейді), бірақ P6 өзінің әлеуетті нарығы үшін ең жақсы шығын/өнімділік арақатынасын қамтамасыз етеді.

Құн/өнімділік арақатынасын бағалау кезінде, P6 бәсекелестеріне қарағанда қымбатырақ болуы мүмкін екенін ескерген жөн, басқа процессорлардың көпшілігі жад микросхемаларының қосымша жиынтығымен және кэш контроллерімен қоршалған болуы керек. Сонымен қатар, салыстырмалы кэш өнімділігіне қол жеткізу үшін басқа процессорлар 256 Кбайттан үлкен кэштерді пайдалануы керек.

Intel әдетте өз процессорларының көптеген нұсқаларын ұсынады. Бұл жүйе дизайнерлерінің әртүрлі талаптарын қанағаттандыру және бәсекелес модельдерге аз орын қалдыру үшін жасалады. Сондықтан, P6 өндірісі басталғаннан кейін көп ұзамай қайталама кэш жадының көлемі ұлғайған модификациялар да, екіншілік кэштің сыртқы орналасуы бар арзанырақ модификациялар да, бірақ қосалқы кэш пен компьютер арасында сақталған арнайы шинасы бар деп болжауға болады. процессор пайда болады.

Pentium бастапқы нүкте ретінде

Pentium процессоры оның конвейері мен суперскалярысәулет өнерінің әсерлі деңгейлеріне қол жеткізді. Pentium параллель жұмыс істей алатын және бір машинаның тактілік цикліне екі бүтін команданы орындай алатын екі 5 сатылы конвейерден тұрады. Бұл жағдайда бағдарламада бір-бірін қадағалайтын және белгілі бір ережелерді қанағаттандыратын, мысалы, «оқылғаннан кейін жазу» типіндегі регистрлік тәуелділіктердің болмауы параллельді командалар жұбын ғана орындауға болады.

Р6-да өткізу қабілеттілігін арттыру үшін 12 сатылы бір құбырға көшу жасалды. Кезеңдер санын ұлғайту әр кезеңде орындалатын жұмыстың азаюына және нәтижесінде Pentium-мен салыстырғанда әр кезеңде команданың жұмсайтын уақытының 33 пайызға қысқаруына әкеледі. Бұл 100 МГц Pentium сияқты P6 шығару үшін пайдаланылатын технологияны пайдалану 133 МГц жиілікте P6 жылдамдығына әкелетінін білдіреді.

Pentium суперскалярлық архитектурасының күші, оның сағатына екі нұсқауды орындау қабілеті, мүлдем жаңа көзқарассыз жеңу қиын болар еді. P6-ның жаңа тәсілі дәстүрлі «алу» және «орындау» фазалары арасындағы қатаң қатынасты жояды, мұнда осы екі фаза арқылы берілген командалар тізбегі бағдарламадағы командалар тізбегіне сәйкес келеді.

Жаңа тәсіл пәрмендер пулын және жаңа деп аталатынды пайдалануды қамтиды тиімді әдістербағдарламаның болашақтағы әрекетін болжау. Бұл жағдайда дәстүрлі «орындау» кезеңі екіге ауыстырылады: «жіберу/орындау» және «қайтару». Нәтижесінде командалар кез келген ретпен орындай бастауы мүмкін, бірақ әрқашан олардың орындалуын бағдарламадағы бастапқы ретіне сәйкес аяқтайды. P6 ядросы командалық пул арқылы өзара әрекеттесетін үш тәуелсіз құрылғы ретінде жүзеге асырылады (1-сурет).

Еңбек өнімділігін арттырудағы басты мәселе

P6-ны нұсқаулар пулы арқылы өзара әрекеттесетін үш тәуелсіз құрылғы ретінде ұйымдастыру туралы шешім заманауи микропроцессорлардың өнімділігін шектейтін факторларды мұқият талдаудан кейін қабылданды. Pentium және басқа да көптеген процессорларға қатысты негізгі факт, нақты әлемдегі бағдарламаларды орындау кезінде процессордың қуаты толық пайдаланылмайды.

Соңғы 10 жылда процессор жылдамдығы кем дегенде 10 есе өскенімен, негізгі жадқа кіру уақыты 60 пайызға ғана қысқарды. Процессор жылдамдығына қатысты жад жылдамдығының артта қалуы P6 дизайнын жасау кезінде шешілуі керек негізгі мәселе болды.

Бұл мәселені шешудің мүмкін тәсілдерінің бірі оның назарын процессорды қоршап тұрған өнімділігі жоғары компоненттерді дамытуға ауыстыру болып табылады. Дегенмен, жоғары өнімді процессорды да, жоғары жылдамдықты мамандандырылған орта чиптерін де қамтитын жүйелерді жаппай өндіру тым қымбат болар еді.

Бір ықтимал қатыгез күш шешімі кэштің қажетті деректерді жіберіп алу пайызын азайту үшін L2 кэшінің өлшемін ұлғайту болуы мүмкін.

Бұл шешім тиімді, бірақ сонымен бірге өте қымбат, әсіресе L2 кэш құрамдастарына арналған бүгінгі жылдамдық талаптарын ескере отырып. P6 толық есептеу жүйесін тиімді енгізу тұрғысынан әзірленген және арзан жадының ішкі жүйесін пайдалану арқылы бүкіл жүйенің жоғары өнімділігіне қол жеткізу талап етілді.

Осылайша,Жақсартылған тармақты болжау (пәрмендердің келесі тізбегі әрқашан дерлік дұрыс анықталады), деректер ағынын талдау (пәрмендерді орындаудың оңтайлы тәртібі анықталады) және алдын ала орындау (пәрмендердің болжамды тізбегі тоқтаусыз орындалады) сияқты P6 архитектуралық әдістердің үйлесімі оңтайлы тәртіпте) бірдей өндіріс технологиясын қолдана отырып, Pentium-ға қатысты өнімділікті екі есе арттырды. Әдістердің бұл комбинациясы динамикалық орындау деп аталады.

Қазіргі уақытта Intel 200 МГц-тен асатын негізгі тактілік жиілігі бар P6 процессорларын шығаруға мүмкіндік беретін 0,35 микронды өндірудің жаңа технологиясын әзірлеуде.

P6 қуатты серверлерді құруға арналған платформа ретінде

Ең маңыздыларының қатарындаСоңғы жылдардағы компьютерлік дамудың тенденцияларын x86 отбасылық процессорларына негізделген жүйелерді қолданбалы серверлер ретінде пайдаланудың артуы және автобустар сияқты процессорлық емес технологияларды жеткізуші ретінде Intel рөлінің өсуі ретінде атап өтуге болады. желілік технологиялар, бейнені қысу, флэш-жад және жүйені басқару құралдары.

P6 процессорының шығарылымы Intel компаниясының бұрын тек қымбатырақ компьютерлерде табылған мүмкіндіктерді жаппай нарыққа шығару саясатын жалғастырады. Ішкі P6 регистрлері үшін паритеттік бақылау қарастырылған, ал процессордың өзегі мен екінші деңгейдегі кэшті қосатын 64-биттік шинасы қателерді анықтау және түзету құралдарымен жабдықталған. P6 ішіне енгізілген жаңа диагностикалық мүмкіндіктер өндірушілерге сенімдірек жүйелерді жобалауға мүмкіндік береді. P6 процессор контактілері арқылы немесе бағдарламалық жасақтаманы пайдалану арқылы 100-ден астам процессор айнымалылары немесе онда болып жатқан оқиғалар туралы ақпаратты алу мүмкіндігін қамтамасыз етеді, мысалы, кэште деректердің болмауы, регистрлердің мазмұны, өзін-өзі өзгертетін кодтың пайда болуы және т.б. Операциялық жүйе және басқа бағдарламалар процессордың күйін анықтау үшін бұл ақпаратты оқи алады. P6 сонымен қатар бақылау нүктелеріне қолдауды жақсартады, яғни қате орын алса, компьютерді бұрын жазылған күйге қайтаруға болады.

Ұқсас құжаттар

Компьютерлік технология ертеде пайда болды, өйткені әртүрлі есептеулердің қажеттілігі өркениет дамуының басында болды. Компьютерлік технологияның қарқынды дамуы. ХХ ғасырдың 80-жылдарынан бастап алғашқы дербес компьютерлердің, шағын компьютерлердің жасалуы.

аннотация, 25.09.2008 қосылған


Есептеу техникасына техникалық және профилактикалық қызмет көрсету жүйелерінің сипаттамасы. Операциялық жүйелерге арналған диагностикалық бағдарламалар. Басқарудың автоматтандырылған жүйелерінің өзара байланысы. Компьютерді сыртқы жағымсыз әсерлерден қорғау.

аннотация, 25.03.2015 қосылған


Компьютерлік техниканың конфигурациясын талдау және оңтайландырудың ақпараттық-аналитикалық жүйесін әзірлеу. Есептеу техникасын автоматтандырылған басқару құрылымы. Бағдарламалық қамтамасыз ету, жобаның экономикалық тиімділігін негіздеу.

диссертация, 20.05.2013 қосылған


Компьютерлік технологияны дамытудың қолмен кезеңі. Позициялық санау жүйесі. 17 ғасырдағы механиканың дамуы. Есептеу техникасының дамуының электромеханикалық кезеңі. Бесінші буын компьютерлері. Параметрлер және айрықша ерекшеліктерісуперкомпьютер.

курстық жұмыс, 18.04.2012 қосылған


Дербес компьютердің (ДК) құрылымы мен жұмыс істеу принципі. ДК өнімділігін диагностикалау және ақауларды анықтау. Тапсырмалар Техникалық қызмет көрсетукомпьютерлік құралдар. Жабдықты жұмыс жағдайында ұстау әдістерін әзірлеу.

курстық жұмыс, 13.07.2011 қосылған


Есептеу техникасын дамытудың шетелдік және отандық тәжірибесін, сондай-ақ жақын болашақта ЭЕМ-нің даму перспективаларын зерттеу. Компьютерлерді пайдалану технологиялары. Біздің еліміздегі есептеу өнеркәсібінің даму кезеңдері. Компьютер мен коммуникацияларды біріктіру.

курстық жұмыс, 27.04.2013 қосылған


Жобалау процедураларының классификациясы. Компьютерлік технология мен инженерлік дизайн синтезінің тарихы. Автоматтандырылған жобалау жүйелерінің функциялары, оларды бағдарламалық қамтамасыз ету. Үш өлшемді сканерлерді, манипуляторларды және принтерлерді қолдану ерекшеліктері.

аннотация, 25/12/2012 қосылды


Мәліметтерді өңдеуді автоматтандыру. Информатика және оның практикалық нәтижелері. Цифрлық есептеуіш техниканың құрылу тарихы. Электромеханикалық компьютерлер. Қолданылуы вакуумдық түтіктержәне бірінші, үшінші және төртінші буын компьютерлері.

диссертация, 23.06.2009 қосылған


Дербес компьютер түсінігі және сипаттамасы, оның негізгі бөліктері және олардың тағайындалуы. Информатиканы оқыту құралдары және информатика кабинетіндегі жұмысты ұйымдастыру ерекшеліктері. Жұмыс орындарын жабдықтау және бағдарламалық қамтамасыз етуді қолдану.

аннотация, 09.07.2012 қосылған


Компьютерлік жүйенің құрамы – компьютердің конфигурациясы, оның аппараттық және бағдарламалық құралдары. Дербес компьютердің аппараттық конфигурациясын құрайтын құрылғылар мен аспаптар. Негізгі жады, енгізу/шығару порттары, перифериялық адаптер.