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컴퓨터 기술의 구성. 컴퓨터 기술의 기본 특성. 컴퓨터 기술 발전의 역사

컴퓨터 기술의 개념은 계산 및 정보 처리 프로세스를 기계화하고 자동화하는 데 사용되는 일련의 기술적, 수학적 수단, 방법 및 기술입니다. 현대 컴퓨팅의 기술적 수단의 기초는 전자 컴퓨터(컴퓨터), 입력, 출력, 프리젠테이션 및 전송 장치(스캐너, 프린터, 모뎀, 모니터, 플로터, 키보드, 자기 테이프 및 디스크 드라이브 등), 노트북, 마이크로 계산기, 전자 노트 등

개인용 컴퓨터는 보편적인 접근성과 보편성의 요구 사항을 충족하는 데스크탑 또는 휴대용 단일 사용자 마이크로컴퓨터입니다.

개인용 컴퓨터의 기본은 마이크로프로세서입니다. 마이크로프로세서 기술과 기술의 발전은 PC 세대의 변화를 결정했습니다.

1세대(1975~1980) – 8비트 MP 기반

2세대(1981 – 1985) – 16비트 MP 기반

3세대(1986 – 1992) – 32비트 MP 기반;

4세대(1993년 이후) – 64비트 MP를 기반으로 합니다.

오늘날 컴퓨터 세계는 혁명의 위기에 처해 있습니다. 차세대 트랜지스터와 강력한 성능을 갖춘 CPU 모바일 칩노트북, 태블릿, 스마트폰의 성능이 몇 배나 향상될 것입니다.

10nm와 12nm를 측정하는 처리 요소는 내년에 컴퓨터 세계를 완전히 변화시킬 것입니다. 그 두께는 사람 머리카락(100,000nm)보다 10,000배 더 작고 직경은 실리콘 원자(0.3nm)에 가깝습니다.

현재 PC용 마이크로프로세서의 주요 제조업체는 다음과 같습니다.

인텔은 최신 프로세서 개발 및 생산의 선구자입니다. 오늘날 고가의 컴퓨터 시장에서 가장 인기 있는 PC는 멀티 코어 아키텍처 기반 프로세서를 탑재한 PC입니다. 인텔 코어.

2012년 4월, Intel은 강력한 성능을 제공하는 3세대 쿼드 코어 Intel® Core™ 프로세서 제품군을 출시했습니다. 데스크탑 시스템 Tri-Gate 3D 트랜지스터를 사용하는 세계 최초의 22nm 칩을 탑재한 전문가급 모바일 및 얇은 올인원 PC입니다.

AMD(Advanced Micro Deviced)는 Intel의 가장 실질적인 경쟁자입니다. 최근까지 이 회사는 주로 저렴한 컴퓨터와 업그레이드를 대상으로 하는 저렴하지만 빠른 프로세서로 컴퓨터 시장에서 틈새 시장을 점유했습니다.

1999년 Athlon 프로세서, Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton 프로세서가 탄생하고 2003년 이후 K8 시리즈 프로세서가 출시되면서 Intel과 본격적으로 경쟁하기 시작했습니다. 오늘날 두 회사는 거의 모든 까다로운 사용자의 요구를 충족할 수 있는 우수한 품질의 제품을 생산하고 있습니다.

현재 개인용 컴퓨터의 약 85%가 이러한 프로세서를 기반으로 생산됩니다. 목적에 따라 세 그룹으로 나눌 수 있습니다.

대량 소비를 목적으로 하며 가장 간단한 기본 구성을 갖춘 가정용

과학적, 기술적, 경제적 및 기타 문제와 교육을 해결하기 위한 범용입니다. 이 클래스는 가장 널리 퍼져 있으며 일반적으로 비전문 사용자가 제공합니다.

복잡한 정보와 문제를 해결하기 위해 과학 분야에서 사용되는 전문가 생산 작업. 이는 높은 기술적 특성을 갖추고 있으며 전문 사용자가 서비스를 제공합니다.

또한 디자인에 따라 PC는 다음과 같이 나뉩니다.

랩톱 컴퓨터(“노트북” 컴퓨터). 노트북에서는 키보드와 시스템 장치가 하나의 케이스로 만들어지며 상단에는 LCD 디스플레이가 있는 뚜껑이 닫혀 있습니다. 대부분의 모델은 기술적인 측면에서 더 나은 점이 다르지 않으며 단색 디스플레이를 갖추고 있습니다.

노트북(“노트북”). 최신 모델은 범용 PC에 필적할 정도로 상당히 높은 기술 매개변수를 가지고 있습니다( 코어 프로세서 i7-3612QM, 비디오 최대 6144Mb, 하드 드라이브 – 600GB 이상의 HDD 또는 최대 256GB의 SSD;

ULTRABUK(English Ultrabook)은 기존 서브노트북에 비해 크기와 무게가 훨씬 작지만 동시에 본격적인 노트북의 특징을 대부분 갖춘 매우 얇고 가벼운 노트북입니다. 이 용어는 Intel Corporation이 2008년에 출시된 제품을 기반으로 개발된 Intel과 Apple의 컨셉인 울트라북이라는 새로운 종류의 모바일 PC를 선보인 이후 2011년에 널리 퍼지기 시작했습니다. 애플 노트북 맥북 에어. 울트라북은 일반 노트북보다는 작지만 넷북보다는 조금 더 큽니다. 이 제품에는 11~13.3인치의 소형 액정 디스플레이가 장착되어 있으며 두께는 최대 20mm, 무게는 최대 2kg입니다. 크기가 작기 때문에 울트라북에는 외부 포트가 거의 없으며 대부분 DVD 드라이브가 없습니다.

넷북은 주로 인터넷 액세스 및 사무용 응용 프로그램 작업을 위해 설계된 상대적으로 성능이 낮은 노트북입니다. 7-12인치의 작은 화면 대각선, 낮은 전력 소비, 가벼운 무게 및 상대적으로 저렴한 비용을 가지고 있습니다.

최신 PC의 작동 원리는 다음 알고리즘으로 설명할 수 있습니다.

나. 초기화

컴퓨터를 켜고 OS와 필요한 프로그램을 로드한 후 프로그램 카운터에는 이 프로그램의 첫 번째 명령 주소와 동일한 초기 값이 할당됩니다.

II. 팀 선택

CPU는 메모리에서 명령을 읽는 작업을 수행합니다. 프로그램 카운터의 내용은 메모리 셀의 주소로 사용됩니다.

III. 명령 해석 및 프로그램 카운터 증가

읽기 메모리 셀의 내용은 CPU에 의해 명령으로 해석되어 명령 레지스터에 배치됩니다. 제어 장치가 명령을 해석하기 시작합니다. CU는 명령 첫 번째 단어의 작업 코드 필드를 기반으로 길이를 결정하고 필요한 경우 CPU가 전체 명령을 읽을 때까지 추가 읽기 작업을 구성합니다. 프로그램 카운터의 내용에 명령어의 길이가 더해지며, 명령어가 완전히 읽혀지면 다음 명령어의 주소가 프로그램 카운터에 생성된다.

IV. 명령 해독 및 명령 실행

명령어의 주소 필드를 사용하여 제어 장치는 명령어가 메모리에 피연산자를 가지고 있는지 여부를 결정합니다. 그렇다면 주소 필드에 지정된 주소 지정 모드를 기반으로 피연산자의 주소가 계산되고 피연산자를 읽기 위해 메모리 읽기 작업이 수행됩니다.

컨트롤 유닛과 ALU는 명령어의 연산 코드 필드에 지정된 연산을 수행합니다. 프로세서 플래그 레지스터에는 작업 특성이 저장됩니다.

V. 필요한 경우 컨트롤러는 다음을 수행합니다. 결과를 메모리에 쓰는 작업.

마지막 명령이 "프로세서 중지"가 아닌 경우 설명된 작업 순서가 다시 수행됩니다. 이 일련의 작업을 호출합니다. 프로세서 사이클 .

특정 컴퓨터에서는 이 알고리즘의 구현이 약간 다를 수 있습니다. 그러나 원칙적으로 폰 노이만 컴퓨터의 기능은 유사한 알고리즘으로 설명되며 일련의 매우 간단한 작업입니다.

PC에는 세 가지 주요 장치가 포함됩니다. 시스템 장치, 키보드 및 디스플레이 . PC의 기능을 확장하기 위해 주변 장치가 추가로 연결됩니다. 프린터, 스캐너, 조작기 이러한 장치는 시스템 장치 후면 벽에 있는 커넥터를 통해 케이블을 사용하여 시스템 장치에 연결되거나 시스템 장치에 직접 삽입됩니다. PC는 모듈식 구조를 가지고 있습니다. 모든 모듈은 시스템 버스에 연결됩니다.

외부 장치를 제어하는 데 사용됩니다. 컨트롤러(VU 어댑터) . MP로부터 명령을 받은 후 자율적으로 작동하는 컨트롤러는 MP가 외부 장치 서비스를 위한 특정 기능을 수행하지 못하도록 합니다.

최신 MP와 MP 외부의 개별 장치(메인 및 외부 메모리, 비디오 시스템 등)의 성능이 향상되면서 성능이 향상되는 문제가 발생했다는 점에 유의해야 합니다. 대역폭이러한 장치를 연결할 때 시스템 버스. 이 문제를 해결하기 위해 MP 버스에 직접 연결되는 로컬 버스가 개발되었습니다.

PC의 주요 장치는 시스템 장치 . CPU, 보조 프로세서, 영구 및 보조 프로세서로 구성됩니다. 랜덤 액세스 메모리, 컨트롤러, 자기 디스크 드라이브, 전원 공급 장치 및 기타 기능 모듈. 추가 모듈을 연결하여 PC 구성을 변경할 수 있습니다. PC 장치의 일관된 작동을 보장하기 위해 마더보드칩셋이 포함되어 있습니다. 미세 회로(칩) 세트입니다.

칩셋은 보드의 주요 기능을 결정합니다.

· 지원되는 CPU 유형;

· 최대 시스템 버스 주파수;

· 장치 전환 논리;

지원되는 유형 및 최대 크기메인 메모리;

· 각 유형의 메모리에 대한 작업 속도;

· 가속 그래픽 포트 지원;

· 디스크 인터페이스 유형 및 해당 모드;

· 최대 확장 슬롯 수;

· PC 모니터링.

최신 PC의 칩셋은 일반적으로 중앙 장치를 제공하고 주 메모리, 그래픽 버스, 시스템 버스 및 메모리 버스용 컨트롤러를 포함하는 노스 브리지 또는 메모리 컨트롤러 허브(MCH)라는 두 개의 칩으로 구성됩니다. 사우스 브리지 브리지(사우스 브리지) 또는 I/O 컨트롤러 허브(ICH), I/O 장치 및 표준용 컨트롤러 포함 주변기기.

컴퓨터의 기능 다이어그램 - 목적에 따라 컴퓨터 - 이것은 정보 작업을 위한 보편적인 장치입니다.디자인 원칙에 따르면 컴퓨터는 정보를 다루는 사람의 모델입니다.

개인용 컴퓨터(PC)는 하나의 워크스테이션을 제공하도록 설계된 컴퓨터입니다. 그 특성은 메인프레임 컴퓨터와 다를 수 있지만 기능적으로는 유사한 작업을 수행할 수 있습니다. 조작 방식에 따라 데스크탑(데스크탑), 포터블(노트북 및 노트북), 포켓(팜탑) PC 모델로 구분된다.

하드웨어.컴퓨터는 데이터 작업을 위한 세 가지 종류의 정보 방법(하드웨어, 소프트웨어, 자연)을 모두 제공하므로 컴퓨터 시스템을 하드웨어와 소프트웨어가 함께 작동하는 것으로 말하는 것이 일반적입니다. 컴퓨터의 하드웨어를 구성하는 구성 요소를 하드웨어라고 합니다. 형식과 내용 모두에서 등록, 저장, 운송 및 변환 등 데이터를 사용하여 모든 물리적 작업을 수행하고 자연과의 상호 작용에 편리한 형식으로 제공합니다. 정보 방법사람.

컴퓨터 하드웨어 전체를 하드웨어 구성이라고 합니다.

소프트웨어.프로그램은 활성 및 수동의 두 가지 상태가 될 수 있습니다. 수동적 상태에서는 프로그램이 작동하지 않으며 내용이 정보인 데이터처럼 보입니다. 이 상태에서는 책을 읽는 것처럼 프로그램의 내용을 다른 프로그램에서 "읽고" 변경할 수 있습니다. 이를 통해 프로그램의 목적과 작동 방식을 확인할 수 있습니다. 수동 상태에서는 프로그램이 생성, 편집, 저장 및 전송됩니다. 프로그램을 만들고 편집하는 과정을 프로그래밍이라고 합니다.

프로그램이 활성 상태에 있을 때 해당 데이터의 내용은 컴퓨터 하드웨어가 작동하는 명령으로 간주됩니다. 작업 순서를 변경하려면 한 프로그램의 실행을 중단하고 다른 명령 세트가 포함된 다른 프로그램의 실행을 시작하는 것으로 충분합니다.

컴퓨터에 저장된 프로그램 세트가 컴퓨터를 구성합니다. 소프트웨어. 작동을 위해 준비된 프로그램 세트를 설치된 소프트웨어라고 합니다. 한 번에 실행되는 프로그램 세트를 소프트웨어 구성이라고 합니다.

컴퓨터 장치.모든 컴퓨터(가장 큰 컴퓨터라도)는 네 부분으로 구성됩니다.

입력 장치
정보 처리 장치
저장 장치
정보 출력 장치.

구조적으로 이러한 부품은 책 크기만큼 하나의 케이스에 결합되거나 각 부품이 다소 부피가 큰 여러 장치로 구성될 수 있습니다.

기본 PC 하드웨어 구성.개인용 컴퓨터의 기본 하드웨어 구성은 컴퓨터 작업을 시작하는 데 충분한 최소 하드웨어 세트입니다. 시간이 지남에 따라 기본 구성의 개념은 점차 변합니다.

대부분의 경우 개인용 컴퓨터는 다음 장치로 구성됩니다.

시스템 장치
감시 장치
건반

또한, 다른 입력 및 출력 장치를 연결할 수 있습니다. 사운드 스피커, 프린터, 스캐너...

시스템 장치- 메인 블록 컴퓨터 시스템. 내부로 간주되는 장치가 포함되어 있습니다. 시스템 장치에 외부적으로 연결된 장치는 외부로 간주됩니다. 주변 장비라는 용어는 외부 장치에도 사용됩니다.
감시 장치- 상징적이고 시각적인 재현을 위한 장치 그래픽 정보. 출력 장치 역할을 합니다. 데스크탑 PC의 경우 오늘날 가장 일반적인 모니터는 음극선관 기반 모니터입니다. 그들은 가정용 텔레비전과 모호하게 유사합니다.
건반- 컴퓨터 작동을 제어하고 컴퓨터에 정보를 입력하도록 설계된 키보드 장치입니다. 정보는 영숫자 데이터 형식으로 입력됩니다.
생쥐- 그래픽 제어 장치.

개인용 컴퓨터의 내부 장치.
시스템 장치에 있는 장치는 내부 장치로 간주됩니다. 그 중 일부는 전면 패널에서 접근이 가능해 빠른 변경이 편리합니다. 정보 매체, 플로피 자기 디스크 등. 일부 장치의 커넥터는 후면 벽에 있으며 주변 장비를 연결하는 데 사용됩니다. 일부 시스템 장치 장치에 대한 액세스는 제공되지 않습니다. 정상적인 작동에는 필요하지 않습니다.

CPU.마이크로프로세서는 개인용 컴퓨터의 주요 칩이다. 모든 계산이 수행됩니다. 프로세서의 주요 특징은 클럭 주파수(메가헤르츠, MHz로 측정)입니다. 클럭 속도가 높을수록 프로세서 성능이 높아집니다. 예를 들어 500MHz의 클럭 주파수에서 프로세서는
5억 번 진술하세요. 대부분의 작업에서 하나의 클록 주기로는 충분하지 않으므로 프로세서가 초당 수행할 수 있는 작업 수는 클록 속도뿐만 아니라 작업의 복잡성에도 따라 달라집니다.

프로세서가 "태어날 때부터 그 존재를 알고 있는" 유일한 장치는 RAM이며 RAM과 함께 작동합니다. 여기서 데이터와 명령이 나옵니다. 데이터는 프로세서 셀(레지스터라고 함)에 복사된 다음 명령어 내용에 따라 변환됩니다. 프로그래밍 기본 사항에 대한 장에서 프로세서가 RAM과 상호 작용하는 방식에 대한 더 완전한 그림을 얻을 수 있습니다.

램. RAM은 컴퓨터가 켜져 있는 동안 숫자 데이터와 명령을 저장하는 방대한 셀 배열로 생각할 수 있습니다. RAM의 양은 수백만 바이트(MB) 단위로 측정됩니다.

프로세서는 고유한 숫자 주소를 갖고 있기 때문에 모든 RAM 셀(바이트)에 액세스할 수 있습니다. 비트에 주소가 없기 때문에 프로세서는 RAM의 개별 비트에 액세스할 수 없습니다. 동시에 프로세서는 모든 비트의 상태를 변경할 수 있지만 이를 위해서는 몇 가지 작업이 필요합니다.

마더보드.마더보드는 개인용 컴퓨터의 가장 큰 회로 기판입니다. 여기에는 프로세서와 RAM(소위 버스)을 연결하는 고속도로가 포함되어 있습니다. 프로세서가 메모리 셀의 데이터를 복사하는 데이터 버스, 특정 메모리 셀과 연결하는 주소 버스, 프로그램으로부터 명령을 받는 명령 버스가 있습니다. 컴퓨터의 다른 모든 내부 장치도 마더보드 버스에 연결됩니다. 마더보드의 작동은 소위 칩셋이라고 불리는 마이크로프로세서 칩셋에 의해 제어됩니다.

비디오 어댑터.비디오 어댑터는 마더보드의 커넥터 중 하나에 설치된 내부 장치입니다. 최초의 개인용 컴퓨터에는 비디오 어댑터가 없었습니다. 대신 비디오 데이터를 저장하기 위해 RAM에 작은 영역이 할당되었습니다. 특수 칩(비디오 컨트롤러)은 비디오 메모리 셀에서 데이터를 읽고 그에 따라 모니터를 제어합니다.

컴퓨터의 그래픽 성능이 향상됨에 따라 비디오 메모리 영역은 메인 RAM에서 분리되었고 비디오 컨트롤러와 함께 비디오 어댑터라고 불리는 별도의 장치로 분리되었습니다. 최신 비디오 어댑터에는 자체 컴퓨팅 프로세서(비디오 프로세서)가 있어 복잡한 이미지를 구성할 때 메인 프로세서의 부하가 줄어듭니다. 비디오 프로세서는 평면 화면에 구축할 때 특히 중요한 역할을 합니다. 3D 이미지. 이러한 작업 중에 그는 특히 많은 수학적 계산을 수행해야 합니다.

일부 마더보드 모델에서는 비디오 어댑터의 기능이 칩셋 칩에 의해 수행됩니다. 이 경우 비디오 어댑터가 다음과 통합되어 있다고 합니다. 마더보드. 비디오 어댑터를 별도의 장치로 제작하면 비디오 카드라고 합니다. 비디오 카드 커넥터는 후면 벽에 있습니다. 모니터가 연결되어 있습니다.

사운드 어댑터. IBM PC 컴퓨터의 경우 처음에는 사운드 작업이 제공되지 않았습니다. 처음 10년 동안 이 플랫폼의 컴퓨터는 사무용 장비로 간주되었으며 사운드 장치가 없었습니다. 현재 오디오 도구는 표준으로 간주됩니다. 이 작업을 수행하려면 마더보드사운드 어댑터가 설치되었습니다. 마더보드 칩셋에 통합되거나 사운드 카드라는 별도의 플러그인 카드로 구현될 수 있습니다.
사운드 카드 커넥터는 컴퓨터 뒷벽에 있습니다. 소리를 재생하려면 스피커나 헤드폰이 연결되어 있습니다. 별도의 커넥터는 마이크 연결용입니다. 존재하는 경우 특별 프로그램이를 통해 소리를 녹음할 수 있습니다. 외부 사운드 녹음이나 사운드 재생 장비(테이프 레코더, 앰프 등)에 연결하기 위한 커넥터(라인 출력)도 있습니다.

HDD.컴퓨터의 RAM은 전원이 꺼지면 지워지기 때문에 데이터와 프로그램을 장기간 보관하려면 장치가 필요합니다. 현재 소위 하드 드라이브가 이러한 목적으로 널리 사용됩니다.
동작 원리 하드 드라이브이는 녹음 헤드 근처 자기장의 녹음 변화를 기반으로 합니다.

기본 하드 매개변수디스크 용량은 기가바이트(수십억 바이트), GB 단위로 측정됩니다. 최신 하드 드라이브의 평균 크기는 80~160GB이며 이 매개변수는 꾸준히 증가하고 있습니다.

플로피 드라이브.원격 컴퓨터 간에 데이터를 전송하기 위해 소위 플로피 디스크가 사용됩니다. 표준 플로피 디스크(플로피 디스크)의 용량은 1.44MB로 비교적 작은 용량입니다. 현대 표준에 따르면 이는 대부분의 데이터 저장 및 전송 작업에 완전히 불충분하지만 미디어 비용이 저렴하고 가용성이 높기 때문에 플로피 디스크가 가장 일반적인 저장 미디어가 되었습니다.

플로피 디스크에 저장된 데이터를 쓰고 읽으려면 디스크 드라이브라는 특수 장치가 사용됩니다. 드라이브 수용 구멍은 시스템 장치의 전면 패널에 있습니다.

CD-ROM 드라이브.많은 양의 데이터를 전송하려면 CD-ROM을 사용하는 것이 편리합니다. 이러한 디스크는 이전에 기록된 데이터를 읽을 수만 있고 기록할 수는 없습니다. 디스크 1개의 용량은 약 650-700MB입니다.

CD-ROM 드라이브는 CD를 읽는 데 사용됩니다. CD-ROM 드라이브의 주요 매개변수는 읽기 속도입니다. 여러 단위로 측정됩니다. 80년대 중반에 승인된 읽기 속도를 하나로 삼는다. 음악 CD(오디오 CD)용. 최신 CD-ROM 드라이브는 40x - 52x의 읽기 속도를 제공합니다.
주요 단점 CD-ROM 드라이브- 디스크 기록이 불가능하다는 점은 현대의 1회 기록 장치인 CD-R에서 극복되었습니다. 다중 녹음이 가능한 CD-RW 장치도 있습니다.

CD에 데이터를 저장하는 원리는 플로피 디스크처럼 자기가 아니라 광학입니다.

통신 포트.프린터, 스캐너, 키보드, 마우스 등과 같은 다른 장치와 통신하기 위해 컴퓨터에는 소위 포트가 장착되어 있습니다. 포트는 커넥터로 끝나지만 단순히 외부 장비를 연결하기 위한 커넥터가 아닙니다. 포트는 자체 마이크로 회로가 있고 소프트웨어로 제어되는 단순한 커넥터보다 더 복잡한 장치입니다.

네트워크 어댑터.컴퓨터가 서로 통신하려면 네트워크 어댑터가 필요합니다. 이 장치는 인접한 컴퓨터의 네트워크 어댑터가 이전 부분을 자체적으로 복사할 때까지 프로세서가 데이터의 새 부분을 외부 포트로 보내지 않도록 합니다. 그 후, 프로세서는 데이터가 수집되었고 새로운 데이터를 제출할 수 있다는 신호를 받습니다. 이것이 전송이 이루어지는 방식입니다.

네트워크 어댑터는 인접 어댑터로부터 데이터 조각이 있다는 것을 "학습"하면 이를 자신에게 복사한 다음 해당 어댑터에 주소가 지정되어 있는지 확인합니다. 그렇다면 프로세서에 전달됩니다. 그렇지 않은 경우 출력 포트에 배치하고, 다음 인접 컴퓨터의 네트워크 어댑터가 이를 선택합니다. 이는 데이터가 수신자에게 도달할 때까지 컴퓨터 간에 데이터가 이동하는 방식입니다.
네트워크 어댑터는 마더보드에 내장될 수 있지만 네트워크 카드라는 추가 카드 형태로 별도로 설치되는 경우가 더 많습니다.

전자 컴퓨터는 일반적으로 다음과 같은 여러 특성에 따라 분류됩니다. 기능성조직 방법에 따라 해결되는 작업의 성격 컴퓨팅 프로세스, 아키텍처 기능 및 컴퓨팅 성능을 기준으로 합니다.

기능과 해결되는 작업의 성격에 따라 다음 사항이 구별됩니다.

범용(범용) 컴퓨터;

문제지향적 컴퓨터;

특수 컴퓨터.

메인프레임 컴퓨터알고리즘의 복잡성과 처리된 데이터의 양이 많은 다양한 엔지니어링 및 기술 문제를 해결하도록 설계되었습니다.

문제지향적 컴퓨터소량의 데이터 등록, 축적 및 처리와 관련된 보다 좁은 범위의 작업을 해결하도록 설계되었습니다.

특수 컴퓨터좁은 범위의 문제를 해결하는 데 사용됩니다(기술 장치의 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서 및 컨트롤러).

컴퓨팅 프로세스를 구성함으로써컴퓨터는 단일 프로세서와 다중 프로세서, 순차 프로세서와 병렬 프로세서로 구분됩니다.

단일 프로세서.컴퓨터에는 하나의 중앙 프로세서가 있으며 모든 컴퓨팅 작업과 입출력 장치를 제어하는 작업이 이 프로세서에서 수행됩니다.

다중 프로세서.컴퓨터에는 컴퓨팅 프로세스를 구성하고 정보 입력/출력 장치를 관리하는 기능이 재분배되는 여러 프로세서가 포함되어 있습니다.

일관된.컴퓨터가 하나의 프로그램만 실행할 수 있도록 설계되고 모든 리소스가 실행 중인 프로그램의 이익을 위해서만 사용되는 단일 프로그램 모드에서 작동합니다.

평행한.여러 사용자 프로그램이 컴퓨터에서 실행되고 리소스가 이러한 프로그램 간에 공유되어 병렬 실행을 보장하는 다중 프로그램 모드에서 작동합니다.

아키텍처 기능과 컴퓨팅 성능을 기반으로 다음과 같이 구별됩니다.

이 기준에 따라 컴퓨터를 분류하는 방식을 고려해 보겠습니다(그림 1).

그림 1.아키텍처 특성에 따른 컴퓨터 분류

그리고 컴퓨팅 파워.

슈퍼컴퓨터- 속도와 성능면에서 가장 강력한 컴퓨팅 기계입니다. 슈퍼컴퓨터에는 'Cray', 'IBM SP2'(미국) 등이 있습니다. 이는 공기 역학, 기상학, 고에너지 물리학의 복잡한 계산을 위해 대규모 컴퓨팅 문제 및 모델링을 해결하는 데 사용되며 금융 부문에서도 사용됩니다.

대형 머신 또는 메인프레임.메인프레임은 금융 부문, 국방 단지에서 사용되며 직원 부서, 지역 및 지역 컴퓨팅 센터에 사용됩니다.

중형 컴퓨터복잡한 기술 생산 프로세스를 제어하는 데 널리 사용됩니다.

미니컴퓨터제어 컴퓨터 시스템 및 네트워크 서버로 사용하도록 설계되었습니다.

초소형 컴퓨터- 마이크로프로세서를 중앙처리장치로 사용하는 컴퓨터입니다. 여기에는 내장형 마이크로컴퓨터(다양한 장비, 장비 또는 장치에 내장됨) 및 개인용 컴퓨터(PC)가 포함됩니다.

개인용 컴퓨터.지난 20년 동안 급속도로 발전했습니다. 개인용 컴퓨터(PC)는 단일 워크스테이션을 제공하도록 설계되었으며 중소기업과 개인의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 인터넷의 출현으로 개인용 컴퓨터를 사용하면 과학, 참고, 교육 및 엔터테인먼트 정보를 사용할 수 있기 때문에 PC의 인기가 크게 높아졌습니다.

개인용 컴퓨터에는 데스크톱 PC와 노트북 PC가 포함됩니다. 휴대용 컴퓨터에는 노트북(노트북 또는 노트북)과 포켓 개인용 컴퓨터(개인용 컴퓨터(Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants - PDA and Palmtop))가 포함됩니다.

임베디드 컴퓨터.특정 기능을 구현하기 위해 다양한 장치, 시스템 및 복합체에 사용되는 컴퓨터입니다. 예를 들어, 자동차 진단.

1999년부터 국제 인증 규격인 PC99 규격을 사용해 PC를 분류해 왔다. 이 사양에 따르면 PC는 다음 그룹으로 나뉩니다.

· 대용량 PC(소비자 PC);

· 비즈니스 PC(사무실 PC);

· 휴대용 PC(모바일 PC);

· 워크스테이션(WorkStation);

· 엔터테인먼트 PC(Entertainment PC).

대부분의 PC는 엄청난표준(최소 필수) 하드웨어 세트를 포함합니다. 이 세트에는 시스템 장치, 디스플레이, 키보드, 마우스가 포함됩니다. 필요한 경우 이 세트는 사용자의 요청에 따라 프린터와 같은 다른 장치로 쉽게 보완될 수 있습니다.

비즈니스 PC최소한의 그래픽 및 사운드 재생 도구가 포함됩니다.

노트북 PC원격 액세스 통신 수단이 있으면 다릅니다.

워크스테이션데이터 저장 장치의 메모리 용량에 대한 증가된 요구 사항을 충족합니다.

엔터테인먼트 PC고품질 그래픽과 사운드 재생에 중점을 두었습니다.

에 의해 디자인 특징 PC는 다음과 같이 나뉩니다.

· 고정식(데스크탑, 데스크탑);

가지고 다닐 수 있는:

· 휴대용(노트북);

· 노트북;

· 포켓(팜탑).

컴퓨터 응용기술을 효과적으로 연구하기 위해서는 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어에 대한 명확한 이해가 매우 중요합니다. 컴퓨터 기술의 구성은 다음과 같습니다. 구성 . 하드웨어 및 소프트웨어컴퓨터 기술은 일반적으로 별도로 고려됩니다. 따라서 그들은 별도로 고려합니다. 하드웨어 구성 그리고 그들 소프트웨어 구성 이러한 분리 원칙은 컴퓨터 과학에서 특히 중요합니다. 동일한 문제에 대한 해결책이 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 제공될 수 있는 경우가 많기 때문입니다. 하드웨어 또는 소프트웨어 솔루션을 선택하는 기준은 성능과 효율성입니다. 예를 들어 텍스트 에디터, 또는 스캐너를 사용하십시오.

개인용 컴퓨터의 기본 하드웨어 구성

개인용 컴퓨터는 보편적인 기술 시스템입니다. 그의 구성 (장비 구성)은 필요에 따라 유연하게 변경될 수 있습니다. 그래도 컨셉은 있네 기본 구성 , 이는 전형적인 것으로 간주됩니다. 최소 장비 세트. 컴퓨터에는 일반적으로 이 키트가 함께 제공됩니다. 기본 구성의 개념은 다를 수 있습니다. 현재 기본 구성으로 고려 중 다음 장치(그림 2.1.):

해당 부분을 살펴보겠습니다.

메인으로 기술적 수단개인용 컴퓨터에는 다음이 포함됩니다.

- 시스템 장치;

- 모니터(디스플레이);

- 키보드.

또한 다음과 같이 컴퓨터에 연결할 수 있습니다.

- 프린터;

- 생쥐;

- 스캐너;

- 모뎀(변조기-복조기)

- 플로터;

- 조이스틱 등

시스템 장치

시스템 장치는 가장 중요한 구성 요소가 설치되는 기본 장치입니다. 시스템 장치 (그림 2.2., 2.3. 참조)은 컴퓨터의 거의 모든 하드웨어가 위치한 경우입니다.

시스템 장치 내부에 위치한 장치를 호출합니다. 내부, 외부적으로 연결된 장치를 이라고 합니다. 외부. 외부 추가 장치,라고도 함 주변.

내부 조직시스템 장치:

· 마더보드;

· HDD:

· 플로피 디스크 드라이브;

· CD-ROM 드라이브;

· 비디오 카드(비디오 어댑터);

· 사운드 카드;

· 전원 장치.

다음에 위치한 시스템 마더보드:

· 램;

· 프로세서;

· ROM 칩 및 BIOS 시스템;

· 버스 인터페이스 등

RAM과 달리 자기 디스크는 정보를 영구적으로 저장하도록 설계되었습니다.

PC에 사용되는 자기 디스크에는 두 가지 유형이 있습니다.

· 이동식이 아닌 하드 디스크(하드 드라이브);

· 이동식, 유연한 디스크(플로피 디스크).

하드 디스크는 운영 체제 프로그램, 프로그래밍 언어의 컴파일러, 서비스(유지 관리) 프로그램, 사용자 응용 프로그램 등 업무에 다소 자주 사용되는 정보를 영구적으로 저장하도록 설계되었습니다. 텍스트 문서, 데이터베이스 파일 등. 하드 드라이브는 액세스 속도, 용량 및 신뢰성 측면에서 플로피 디스크보다 훨씬 뛰어납니다.

3. 컴퓨터기술 1

3.1 컴퓨터 기술 발전의 역사 1

3.2 컴퓨터 분류 방법 3

3.3 기타 유형의 컴퓨터 분류 5

3.4 컴퓨팅 시스템의 구성 7

3.4.1 하드웨어 7

3.4.2 소프트웨어 7

3.5 응용 소프트웨어의 분류 9

3.6 유틸리티 소프트웨어의 분류 12

3.7 컴퓨터 시스템에 대한 정보 및 수학적 지원의 개념 13

3.8 요약 13

컴퓨터 공학
1. 컴퓨터 기술 발전의 역사

컴퓨팅 시스템, 컴퓨터

작업의 기계화 및 자동화를 위한 수단과 방법을 찾는 것은 기술 분야의 주요 작업 중 하나입니다. 데이터 작업 자동화에는 다른 유형의 작업 자동화와 고유한 특성과 차이점이 있습니다. 이 작업 클래스에는 특별한 유형의 장치가 사용되며 대부분 전자 장치입니다. 자동 또는 자동화된 데이터 처리를 위해 설계된 장치 세트를 호출합니다. 컴퓨터 기술,하나의 작업 영역을 제공하도록 설계된 특정 상호 작용 장치 및 프로그램 세트를 호출합니다. 컴퓨팅 시스템.대부분의 컴퓨팅 시스템의 중심 장치는 컴퓨터.

컴퓨터는 데이터의 생성, 저장, 처리 및 전송을 자동화하도록 설계된 전자 장치입니다.

컴퓨터 작동 방식

컴퓨터를 장치로 정의하면서 우리는 다음과 같은 정의 기능을 표시했습니다. 전자.그러나 자동 계산이 항상 전자 장치에서 수행되는 것은 아닙니다. 자동으로 계산을 수행할 수 있는 기계 장치도 알려져 있습니다.

분석하는 초기 역사컴퓨터 기술, 일부 외국 연구자들은 종종 기계적인 계산 장치를 컴퓨터의 고대 전신이라고 부릅니다. 주판."주판에서" 접근 방식은 주판이 자동으로 계산을 수행하는 속성이 없지만 컴퓨터의 경우 결정적이기 때문에 깊은 방법론적 오해를 나타냅니다.

주판은 최초의 기계식 계수 장치로, 원래 숫자를 나타내는 돌이 홈이 있는 점토판이었습니다. 주판의 출현은 기원전 4천년으로 거슬러 올라갑니다. 이자형. 원산지는 아시아로 간주됩니다. 중세 유럽에서는 주판이 그래프 표로 대체되었습니다. 이를 이용한 계산이 호출되었습니다. 줄을 세고, 16~17세기 러시아에서는 훨씬 더 발전된 발명품이 등장했는데, 이는 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 러시아 주판.

동시에 우리는 자동으로 계산을 수행할 수 있는 또 다른 장치인 시계에 대해 매우 잘 알고 있습니다. 작동 원리와 관계없이 모든 유형의 시계(모래시계, 물시계, 기계식, 전자식, 전자식 등)는 일정한 간격으로 움직임이나 신호를 생성하고 결과 변화를 기록하는 기능, 즉 신호의 자동 합산을 수행하는 기능을 갖추고 있습니다. 또는 움직임. 이 원리는 기록 장치만 포함된 해시계에서도 볼 수 있습니다(발전기의 역할은 지구-태양 시스템에 의해 수행됨).

기계식 시계는 일정한 간격으로 자동으로 움직임을 수행하는 장치와 이러한 움직임을 기록하는 장치로 구성된 장치입니다. 최초의 기계식 시계가 등장한 장소는 알려져 있지 않습니다. 가장 초기의 사례는 14세기로 거슬러 올라가며 수도원에 속합니다. (타워 시계).

모든 최신 컴퓨터의 핵심은 다음과 같습니다. 전자시계, 거짓말 시계 발생기,컴퓨터 시스템의 모든 장치를 구동하는 데 사용되는 전기 신호를 일정한 간격으로 생성합니다. 컴퓨터 제어는 실제로 장치 간의 신호 분배를 관리하는 것으로 귀결됩니다. 이러한 제어는 자동으로 수행될 수 있습니다(이 경우에는 프로그램 제어)또는 외부 컨트롤(버튼, 스위치, 점퍼 등)을 수동으로 사용합니다(초기 모델의 경우). 현대 컴퓨터에서 외부 제어는 제어 및 데이터 입력 장치(키보드, 마우스, 조이스틱 등)가 연결된 특수 하드웨어 논리 인터페이스를 사용하여 대부분 자동화됩니다. 프로그램 제어와 달리 이러한 제어를 호출합니다. 인터렉티브.

기계적 소스

추가 작업을 수행하는 세계 최초의 자동 장치는 기계식 시계를 기반으로 만들어졌습니다. 1623년 독일 튀빙겐대학교 동양어학과 교수였던 빌헬름 시카르트(Wilhelm Schickard)에 의해 개발되었습니다. 요즘에는 장치의 작동 모델이 도면을 통해 재현되었으며 그 기능이 확인되었습니다. 발명가는 자신의 편지에서 이 기계를 "가산시계"라고 불렀습니다.

1642년에 프랑스 기계공 블레즈 파스칼(1623-1662)은 보다 컴팩트한 덧셈 장치를 개발했는데, 이는 세계 최초의 대량 생산 기계식 계산기(주로 파리 대금업자와 환전업자의 요구에 맞춰)가 되었습니다. 1673년, 독일의 수학자이자 철학자인 G. W. 라이프니츠(1646-1717)는 덧셈과 뺄셈 연산을 계속해서 반복함으로써 곱셈과 나눗셈 연산을 수행할 수 있는 기계식 계산기를 만들었습니다.

계몽주의 시대로 알려진 18세기에 새롭고 더욱 발전된 모델이 등장했지만 컴퓨팅 작업을 기계적으로 제어하는 원리는 동일하게 유지되었습니다. 계산 작업을 프로그래밍한다는 아이디어는 동일한 시계 산업에서 나왔습니다. 고대 수도원 탑의 시계는 특정 시간에 종소리 시스템과 연결된 메커니즘을 켜도록 설정되었습니다. 그러한 프로그래밍은 힘든 -같은 작업이 동시에 수행되었습니다.

천공된 종이 테이프를 사용하여 기계 장치를 유연하게 프로그래밍한다는 아이디어는 1804년 자카드 직기에서 처음 실현되었습니다. 프로그램 제어계산 작업.

이 단계는 뛰어난 영국 수학자이자 발명가인 Charles Babbage(1792-1871)의 분석 엔진에서 수행되었습니다. 불행히도 발명가는 평생 동안 완전히 구축하지 않았지만 그의 그림에 따라 우리 시대에 재현되었습니다. 오늘 우리는 실제로 존재하는 장치로서 분석 엔진에 대해 이야기할 권리가 있습니다. 분석 엔진의 특별한 특징은 그것이 최초로 구현되었다는 것입니다. 정보를 명령과 데이터로 나누는 원리.분석 엔진에는 "창고"와 "밀"이라는 두 개의 큰 단위가 포함되어 있습니다. 데이터는 기어 블록을 설치하여 "창고"의 기계적 메모리에 입력된 다음 천공된 카드(자카드 직기에서와 같이)에서 입력된 명령을 사용하여 "밀"에서 처리되었습니다.

Charles Babbage의 연구 연구자들은 분석 엔진 프로젝트 개발에서 유명한 시인 Lord Byron의 딸인 Augusta Ada Lovelace 백작부인(1815-1852)의 특별한 역할을 확실히 주목합니다. 계산 작업 프로그래밍을 위해 천공 카드를 사용하는 아이디어를 생각해낸 것은 바로 그녀였습니다(1843). 특히 그녀는 편지 중 하나에서 다음과 같이 썼습니다. "분석 엔진은 베틀이 꽃과 잎을 재현하는 것과 같은 방식으로 대수 패턴을 엮습니다." Lady Ada는 당연히 세계 최초의 프로그래머라고 불릴 수 있습니다. 오늘날 유명한 프로그래밍 언어 중 하나가 그녀의 이름을 따서 명명되었습니다.

찰스 배비지의 분리고려 사상 팀그리고 데이터유난히 유익한 것으로 밝혀졌습니다. 20세기에는 이는 John von Neumann(1941)의 원리에서 발전되었으며 오늘날에는 분리 고려의 원리를 계산하는 데 사용됩니다. 프로그램들그리고 데이터매우 중요합니다. 현대 컴퓨터의 아키텍처를 개발할 때와 컴퓨터 프로그램을 개발할 때 모두 고려됩니다.

수학적 출처

현대 전자 컴퓨터의 최초 기계식 전신이 어떤 개체를 사용했는지 생각해 보면 숫자가 체인 및 랙 메커니즘의 선형 움직임 형태로 또는 기어 및 레버 메커니즘의 각도 움직임 형태로 표현되었다는 점을 인정해야 합니다. . 두 경우 모두 장치의 크기와 작동 속도에 영향을 미칠 수밖에 없는 움직임이었습니다. 움직임 기록에서 신호 기록으로의 전환만이 크기를 크게 줄이고 성능을 향상시킬 수 있었습니다. 그러나 이 성과를 달성하는 과정에서 몇 가지 더 중요한 원칙과 개념을 도입하는 것이 필요했습니다.

라이프니츠 이진 시스템.기계장치에 있어서 기어는 고정된 부분이 꽤 많을 수 있고, 가장 중요한 것은 서로 다르다는 것입니다.조항을 구성합니다. 이러한 위치의 수는 최소한 기어 톱니 수와 같습니다. 전기 및 전자 기기 우리 얘기 중이야등록에 관한 것이 아니라 식량구조적 요소 및 등록에 대해 주장치 요소. 그래서 안정적이고 구별할 수 있는두 가지 상태만 있습니다: 켜짐 - 꺼짐; 개방형 - 폐쇄형; 충전-방전 등. 따라서 기계식 계산기에 사용되는 전통적인 십진법은 전자 컴퓨팅 장치에 불편합니다.

이진수로 모든 숫자(숫자뿐만 아니라)를 표현하는 가능성은 1666년 고트프리트 빌헬름 라이프니츠(Gottfried Wilhelm Leibniz)에 의해 처음 제안되었습니다. 그는 통일성이라는 철학적 개념과 반대의 투쟁을 연구하던 중 이진수 체계를 접하게 되었습니다. 두 가지 원리(“흑인”과 “백인”, 남성과 여성, 선과 악)의 지속적인 상호작용 형태로 우주를 상상하고 그 연구에 “순수” 수학 방법을 적용하려는 시도는 라이프니츠가 데이터의 이진 표현 속성. 라이프니츠는 이미 컴퓨팅 장치에서 이진법을 사용할 가능성에 대해 생각했지만 기계 장치에는 이것이 필요하지 않았기 때문에 계산기에 이진법의 원리를 사용하지 않았습니다(1673). .

조지 부울(George Boole)의 수학적 논리,컴퓨터 기술사 연구자들은 George Boole의 작업에 대해 말하면서 19세기 전반의 이 뛰어난 영국 과학자가 독학을 했다는 점을 확실히 강조합니다. 아마도 George Boole이 과학으로서 논리학에 혁명적인 변화를 가져온 것은 바로 "고전적"(당시 이해된 대로) 교육이 부족했기 때문일 것입니다.

사고의 법칙을 연구하면서 그는 수학적 표기법에 가까운 형식 표기법과 논리 규칙을 적용했습니다. 이후 이 시스템은 논리 대수학이라고 함또는 부울 대수학.이 시스템의 규칙은 다양한 개체와 해당 그룹에 적용 가능합니다. (세트,저자의 용어에 따르면). J. Boole이 생각한 시스템의 주요 목적은 논리적 진술을 인코딩하고 논리적 결론의 구조를 수학 공식에 가까운 간단한 표현으로 축소하는 것이 었습니다. 논리 표현식의 공식 평가 결과는 다음 두 논리 값 중 하나입니다. 진실또는 거짓말하다.

논리 대수의 중요성은 그 기술과 방법이 당시의 과학 기술에 대한 실질적인 이점을 포함하지 않았기 때문에 오랫동안 무시되었습니다. 그러나 전자 기반으로 컴퓨터 기술을 만드는 근본적인 가능성이 생겼을 때 Boole이 도입한 작업은 매우 유용한 것으로 나타났습니다. 처음에는 두 가지 엔터티만 사용하는 데 중점을 둡니다. 진실그리고 거짓말하다.현대 컴퓨터에서도 두 가지 신호로만 표시되는 이진 코드 작업에 이 코드가 어떻게 유용했는지 이해하는 것은 어렵지 않습니다. 영그리고 단위.

George Boole의 시스템 전체(또는 그가 제안한 모든 논리 연산)가 전자 컴퓨터를 만드는 데 사용된 것은 아니지만 다음 네 가지 주요 작업이 사용되었습니다. (교차로),또는 (노동 조합),아니다 (항소) EXCLUSIVE OR - 현대 컴퓨터의 모든 유형의 프로세서 작동의 기초를 형성합니다.

쌀. 3.1. 논리대수의 기본 연산

컴퓨터 장비의 분류

1. 하드웨어

컴퓨팅 시스템의 구성을 구성이라고 합니다. 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어는 일반적으로 별도로 간주됩니다. 따라서 컴퓨팅 시스템의 하드웨어 구성과 소프트웨어 구성은 별도로 고려됩니다. 이러한 분리 원칙은 컴퓨터 과학에서 특히 중요합니다. 동일한 문제에 대한 해결책이 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 제공될 수 있는 경우가 많기 때문입니다. 하드웨어 또는 소프트웨어 솔루션을 선택하는 기준은 성능과 효율성입니다. 일반적으로 하드웨어 솔루션이 평균적으로 더 비싸다는 것이 인정되지만, 구현은 소프트웨어 솔루션더 높은 자격을 갖춘 인력이 필요합니다.

에게 하드웨어컴퓨팅 시스템에는 하드웨어 구성을 형성하는 장치 및 도구가 포함됩니다. 최신 컴퓨터컴퓨팅 시스템은 블록 모듈식 설계(실행에 필요한 하드웨어 구성)를 갖습니다. 특정 유형기성품 유닛과 블록으로 조립할 수 있는 작품입니다.

컴퓨팅 시스템의 주요 하드웨어 구성 요소는 시스템 버스로 상호 연결된 메모리, 중앙 프로세서 및 주변 장치입니다(그림 1). 주 메모리는 프로그램과 데이터를 바이너리 형식으로 저장하도록 설계되었으며 다음 형식으로 구성됩니다. 각각 고유한 디지털 주소를 갖는 정렬된 셀 배열로 구성됩니다. 일반적으로 셀 크기는 1바이트입니다. 주 메모리의 일반적인 작업: 특정 주소가 있는 셀의 내용을 읽고 씁니다.

2. 중앙 프로세서

중앙 처리 장치는 데이터 처리 작업을 수행하고 컴퓨터 주변 장치를 제어하는 컴퓨터의 중앙 장치입니다. 중앙 프로세서에는 다음이 포함됩니다.

제어 장치 - 프로그램 실행 프로세스를 구성하고 작동 중에 컴퓨터 시스템의 모든 장치 상호 작용을 조정합니다.

산술 논리 단위 - 데이터에 대한 산술 및 논리 연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 비교 등)을 수행합니다.

저장 장치 - 입니다 내부 저장소레지스터로 구성된 프로세서는 사용 시 계산을 수행하고 중간 결과를 저장합니다. RAM 작업 속도를 높이기 위해 후속 작업을 위해 프로세서에 필요한 RAM의 명령과 데이터가 앞으로 펌핑되는 캐시 메모리가 사용됩니다.

클록 생성기 - 모든 컴퓨터 노드의 작동을 동기화하는 전기 충격을 생성합니다.

중앙 프로세서는 주요 변수와 임시 결과(내부 레지스터)를 저장하기 위한 특수 셀을 사용하여 데이터로 다양한 작업을 수행합니다. 레지스터는 두 가지 유형으로 구분됩니다(그림 2).

범용 레지스터 - 주요 로컬 변수의 임시 저장 및 중간 계산 결과에 사용되며 데이터 레지스터 및 포인터 레지스터가 포함됩니다. 주요 기능은 제공하는 것입니다 빠른 접근자주 사용되는 데이터(보통 메모리 액세스 없음)

특수 레지스터 - 프로세서의 작동을 제어하는 데 사용되며 그 중 가장 중요한 것은 명령 레지스터, 스택 포인터, 플래그 레지스터 및 프로그램 상태에 대한 정보가 포함된 레지스터입니다.

프로그래머는 재량에 따라 데이터 레지스터를 사용하여 객체(데이터 또는 주소)를 임시로 저장하고 필요한 작업을 수행할 수 있습니다. 데이터 레지스터와 마찬가지로 인덱스 레지스터는 어떤 방식으로든 사용할 수 있습니다. 주요 목적은 기본 주소의 시작 부분부터 데이터 및 명령어의 인덱스 또는 오프셋을 저장하는 것입니다(메모리에서 피연산자를 가져올 때). 기본 주소는 기본 레지스터에 있을 수 있습니다.

세그먼트 레지스터는 프로세서 아키텍처의 중요한 요소로, 16비트 피연산자를 사용하여 20비트 주소 공간의 주소 지정을 제공합니다. 메인 세그먼트 레지스터: CS - 코드 세그먼트 레지스터; DS - 데이터 세그먼트 레지스터; SS는 스택 세그먼트 레지스터이고, ES는 추가 세그먼트 레지스터입니다. 메모리는 세그먼트(물리적 주소 공간의 모든 부분에 겹쳐진 논리적 구성)를 통해 액세스됩니다. 16(최하위 16진수 제외)으로 나눈 세그먼트의 시작 주소는 세그먼트 레지스터 중 하나에 입력됩니다. 그 후에는 지정된 세그먼트 주소에서 시작하는 메모리 섹션에 대한 액세스가 제공됩니다.

모든 메모리 셀의 주소는 두 개의 단어로 구성됩니다. 그 중 하나는 해당 세그먼트의 메모리 위치를 결정하고 다른 하나는 이 세그먼트 내의 오프셋을 결정합니다. 세그먼트의 크기는 포함된 데이터의 양에 따라 결정되지만 가능한 최대 오프셋 값에 따라 결정되는 64KB를 초과할 수 없습니다. 명령어 세그먼트의 세그먼트 주소는 CS 레지스터에 저장되고 주소 지정된 바이트에 대한 오프셋은 IP 명령어 포인터 레지스터에 저장됩니다.

그림 2. 32비트 프로세서 레지스터

프로그램을 로드한 후 프로그램의 첫 번째 명령의 오프셋이 IP에 입력됩니다. 메모리에서 이를 읽은 프로세서는 이 명령어의 길이만큼 정확하게 IP의 내용을 증가시킵니다(인텔 프로세서 명령어의 길이는 1~6바이트일 수 있음). 그 결과 IP는 프로그램의 두 번째 명령어를 가리킵니다. . 첫 번째 명령을 실행한 후 프로세서는 메모리에서 두 번째 명령을 읽고 IP 값을 다시 증가시킵니다. 결과적으로 IP에는 항상 다음 명령(실행 중인 명령 다음에 오는 명령)의 오프셋이 포함됩니다. 설명된 알고리즘은 점프 명령, 서브루틴 호출 및 인터럽트 서비스를 실행할 때만 위반됩니다.

데이터 세그먼트의 세그먼트 주소는 DS 레지스터에 저장되며 오프셋은 범용 레지스터 중 하나에 있을 수 있습니다. 추가 세그먼트 레지스터 ES는 비디오 버퍼나 시스템 셀과 같이 프로그램에 포함되지 않은 데이터 필드에 액세스하는 데 사용됩니다. 그러나 필요한 경우 프로그램 세그먼트 중 하나에 대해 구성할 수 있습니다. 예를 들어, 프로그램이 많은 양의 데이터로 작업하는 경우 두 개의 세그먼트를 제공하고 그 중 하나는 DS 레지스터를 통해 액세스하고 다른 하나는 ES 레지스터를 통해 액세스할 수 있습니다.

스택 포인터 레지스터 SP는 스택 상단에 대한 포인터로 사용됩니다. 스택은 임의의 데이터를 임시로 저장하는 프로그램 영역입니다. 스택의 편리한 점은 해당 영역이 반복적으로 사용된다는 점이며, 스택에 데이터를 저장하고 거기에서 가져오는 작업은 이름을 지정하지 않고 push 및 pop 명령을 사용하여 수행됩니다. 스택은 전통적으로 서브루틴을 호출하기 전에 프로그램에서 사용하는 레지스터의 내용을 저장하는 데 사용되며, 서브루틴은 다시 자체 목적으로 프로세서 레지스터를 사용합니다. 서브루틴이 반환된 후 레지스터의 원래 내용이 스택에서 팝됩니다. 또 다른 일반적인 기술은 스택을 통해 서브루틴에 필요한 매개변수를 전달하는 것입니다. 매개변수가 스택에 배치되는 순서를 알고 있는 서브루틴은 매개변수를 거기에서 가져와 실행 중에 사용할 수 있습니다.

스택의 특징은 포함된 데이터가 검색되는 고유한 순서입니다. 언제든지 스택의 최상위 요소, 즉 스택에 마지막으로 로드된 요소만 사용할 수 있습니다. 스택에서 맨 위 요소를 팝하면 다음 요소를 사용할 수 있습니다. 스택 요소는 스택에 할당된 메모리 영역에 위치하며 스택의 맨 아래(최대 주소)부터 시작하여 연속적으로 주소가 감소합니다. 액세스 가능한 최상위 요소의 주소는 스택 포인터 레지스터 SP에 저장됩니다.

특수 레지스터는 특권 모드에서만 사용할 수 있으며 운영 체제에서 사용됩니다. 이들은 컴퓨팅 시스템의 다양한 캐시 블록, 메인 메모리, 입/출력 장치 및 기타 장치를 제어합니다.

특권 모드와 사용자 모드 모두에서 액세스할 수 있는 레지스터가 하나 있습니다. 이것이 플래그 레지스터라고 불리는 PSW(Program State Word) 레지스터이다. 플래그 레지스터에는 중앙 프로세서에 필요한 다양한 비트가 포함되어 있으며 가장 중요한 것은 비교 및 조건 점프에 사용되는 조건 코드입니다. 이 비트는 프로세서의 산술 논리 장치의 각 주기에 설정되며 이전 비트의 결과 상태를 반영합니다. 작업. 플래그 레지스터의 내용은 컴퓨팅 시스템의 유형에 따라 다르며 다음을 나타내는 추가 필드를 포함할 수 있습니다. 기계 모드(예: 사용자 또는 특권); 추적 비트(디버깅에 사용됨) 프로세서 우선 순위 수준; 인터럽트 활성화 상태. 플래그 레지스터는 일반적으로 사용자 모드에서 읽히지만 일부 필드는 특권 모드(예: 모드를 나타내는 비트)에서만 쓸 수 있습니다.

명령 포인터 레지스터에는 실행을 위해 대기열에 있는 다음 명령의 주소가 포함되어 있습니다. 메모리에서 명령어를 선택한 후 명령어 레지스터가 조정되고 포인터가 다음 명령어로 이동합니다. 명령어 포인터는 프로그램 실행 진행 상황을 모니터링하여 매 순간 실행 중인 명령어 다음 명령어의 상대 주소를 나타냅니다. 레지스터는 프로그래밍 방식으로 액세스할 수 없습니다. 주소 증가는 현재 명령어의 길이를 고려하여 마이크로 프로세서에 의해 수행됩니다. 점프, 인터럽트, 서브루틴 호출 및 서브루틴에서 복귀하는 명령은 포인터의 내용을 변경하여 프로그램에서 필요한 지점으로 전환합니다.

누산기 레지스터는 대부분의 명령어에 사용됩니다. 이 레지스터를 사용하여 자주 사용되는 명령은 단축된 형식을 갖습니다.

정보를 처리하기 위해 데이터는 일반적으로 메모리 셀에서 범용 레지스터로 전송되어 작업을 수행합니다. 중앙 프로세서그리고 그 결과를 메인 메모리로 전송합니다. 프로그램은 중앙 프로세서에 의해 실행되어야 하는 일련의 기계 명령으로 저장됩니다. 각 명령은 작업 필드와 피연산자 필드(작업이 수행되는 데이터)로 구성됩니다. 기계 명령어 세트를 기계어라고 합니다. 프로그램은 다음과 같이 실행됩니다. 프로그램 카운터가 가리키는 기계 명령어는 메모리에서 읽혀지고 명령어 레지스터에 복사되어 디코딩된 다음 실행됩니다. 실행 후 프로그램 카운터는 다음 명령 등을 가리킵니다. 이러한 동작을 기계 사이클이라고 합니다.

대부분의 중앙 프로세서에는 프로세서 상태 워드(플래그 레지스터)의 비트로 지정되는 커널 모드와 사용자 모드라는 두 가지 작동 모드가 있습니다. 프로세서가 커널 모드에서 실행 중인 경우 명령어 세트의 모든 명령어를 실행하고 하드웨어의 모든 기능을 사용할 수 있습니다. 운영 체제는 커널 모드에서 실행되며 모든 하드웨어에 대한 액세스를 제공합니다. 사용자 프로그램은 사용자 모드에서 실행됩니다. 이 모드에서는 많은 명령을 실행할 수 있지만 하드웨어의 일부만 사용할 수 있습니다.

운영 체제와 통신하려면 사용자 프로그램은 커널 모드로 들어가 운영 체제 기능을 활성화하는 시스템 호출을 실행해야 합니다. 트랩(에뮬레이트된 인터럽트) 명령은 프로세서의 작동 모드를 사용자 모드에서 커널 모드로 전환하고 제어권을 운영 체제로 전달합니다. 작업이 완료된 후 제어는 사용자 프로그램, 시스템 호출 다음 명령으로 반환됩니다.

컴퓨터에는 시스템 호출을 실행하기 위한 명령 외에도 0으로 나누려는 시도나 부동 소수점 오버플로와 같은 예외 상황을 경고하기 위해 하드웨어에서 호출하는 인터럽트가 있습니다. 이러한 모든 경우 제어권은 운영 체제에 전달되며, 운영 체제는 다음에 수행할 작업을 결정해야 합니다. 때로는 오류 메시지와 함께 프로그램을 종료해야 할 수도 있고, 때로는 이를 무시하거나(예를 들어 숫자가 의미를 잃으면 0으로 설정될 수 있음) 특정 유형의 조건을 처리하기 위해 프로그램 자체에 제어권을 넘길 수도 있습니다.

중앙 프로세서에 대한 장치 배열에 따라 내부 장치와 외부 장치가 구별됩니다. 외부는 일반적으로 대부분의 입/출력 장치(주변 장치라고도 함)와 장기간 데이터 저장을 위해 설계된 일부 장치입니다.

개별 노드와 블록 간의 조정은 하드웨어 인터페이스라고 불리는 과도기적 하드웨어-논리 장치를 사용하여 수행됩니다. 컴퓨팅의 하드웨어 인터페이스에 대한 표준을 프로토콜이라고 합니다. 이는 장치 개발자가 다른 장치와의 작동을 성공적으로 조정하기 위해 제공해야 하는 일련의 기술 조건입니다.

모든 컴퓨팅 시스템의 아키텍처에 존재하는 수많은 인터페이스는 직렬 및 병렬이라는 두 개의 큰 그룹으로 나눌 수 있습니다. 직렬 인터페이스를 통해 데이터는 비트 단위로 순차적으로 전송되고 병렬 인터페이스를 통해 동시에 비트 그룹으로 전송됩니다. 하나의 메시지에 포함된 비트 수는 인터페이스 폭에 따라 결정됩니다. 예를 들어 8비트 병렬 인터페이스는 사이클당 1바이트(8비트)를 전송합니다.

병렬 인터페이스는 일반적으로 직렬 인터페이스보다 더 복잡하지만 더 높은 성능을 제공합니다. 인쇄 장치, 그래픽 입력 장치, 외부 미디어에 데이터를 기록하는 장치 등 데이터 전송 속도가 중요한 곳에 사용됩니다. 병렬 인터페이스의 성능은 초당 바이트(바이트/초, KB/초, MB/초)로 측정됩니다.

장치 직렬 인터페이스더 쉽게; 일반적으로 전송 및 수신 장치의 작동을 동기화할 필요가 없지만(따라서 비동기 인터페이스라고도 함) 처리량이 적고 계수가 유용한 행동아래에. 직렬 장치를 통한 데이터 교환은 바이트 단위가 아닌 비트 단위로 이루어지기 때문에 성능은 초당 비트 수(bps, Kbps, Mbps)로 측정됩니다. 직렬 전송 속도 단위를 기계적 8분할을 통해 병렬 데이터 전송 속도 단위로 변환하는 명백한 단순성에도 불구하고 이러한 변환은 서비스 데이터의 존재로 인해 올바르지 않기 때문에 수행되지 않습니다. 서비스 데이터에 맞게 조정된 최후의 수단으로 직렬 장치의 속도는 초당 문자 또는 초당 문자(s/s)로 표시되는 경우가 있지만 이 값은 기술적인 것이 아니라 참조, 소비자 특성을 나타냅니다.

직렬 인터페이스는 느린 장치(가장 단순한 저품질 인쇄 장치: 문자 및 신호 정보의 입력 및 출력 장치, 제어 센서, 저성능 통신 장치 등)를 연결하는 데 사용되며, 연결이 없는 경우에도 사용됩니다. 데이터 교환 기간(디지털 카메라)에 대한 상당한 제한이 있습니다.

컴퓨터의 두 번째 주요 구성 요소는 메모리입니다. 메모리 시스템은 계층 계층 형태로 구성됩니다(그림 3). 최상위 계층은 중앙 프로세서의 내부 레지스터로 구성됩니다. 내부 레지스터는 32비트 프로세서에서 32 x 32비트, 64비트 프로세서에서 64 x 64비트의 저장 용량을 제공하며 두 경우 모두 1KB 미만입니다. 프로그램 자체는 하드웨어 개입 없이 레지스터를 관리할 수 있습니다(즉, 레지스터에 무엇을 저장할지 결정).

그림 3. 전형적인 계층적 구조메모리

다음 계층에는 주로 하드웨어에 의해 제어되는 캐시 메모리가 포함됩니다. RAM은 일반적으로 64바이트의 캐시 라인으로 나누어지며, 주소는 라인 0의 0~63, 라인 1의 64~127 등입니다. 가장 자주 사용되는 캐시 라인은 CPU 내부 또는 CPU와 매우 가까운 곳에 위치한 고속 캐시 메모리에 저장됩니다. 프로그램이 메모리에서 단어를 읽어야 할 때 캐시 칩은 원하는 라인이 캐시에 있는지 확인합니다. 이 경우 캐시 메모리에 대한 효과적인 액세스가 발생하고 요청은 전적으로 캐시에서 충족되며 메모리 요청은 버스로 전송되지 않습니다. 성공적인 캐시 액세스에는 일반적으로 약 2개의 클록 사이클이 소요되는 반면, 실패한 캐시 액세스는 상당한 시간 손실과 함께 메모리 액세스를 초래합니다. 캐시 메모리는 높은 비용으로 인해 크기가 제한됩니다. 일부 시스템에는 2개 또는 3개 수준의 캐시가 있으며 각 수준은 이전 수준보다 느리고 큽니다.

다음은 RAM(RAM - 랜덤 액세스 메모리, English RAM, 랜덤 액세스 메모리 - 랜덤 액세스 메모리)입니다. 이는 컴퓨팅 시스템의 저장 장치의 주요 작업 영역입니다. 캐시 메모리로 처리할 수 없는 모든 CPU 요청은 처리를 위해 주 메모리로 전송됩니다. 컴퓨터에서 여러 프로그램을 실행할 때는 복잡한 프로그램을 RAM에 배치하는 것이 좋습니다. 프로그램을 서로 보호하고 메모리에서 이동하는 것은 컴퓨터에 기본 레지스터와 제한 레지스터라는 두 가지 특수 레지스터를 장착함으로써 실현됩니다.

가장 간단한 경우(그림 4.a), 프로그램이 작동을 시작할 때 기본 레지스터에는 실행 프로그램 모듈의 시작 주소가 로드되고 제한 레지스터에는 실행 프로그램 모듈이 차지하는 양이 표시됩니다. 자료. 하드웨어는 메모리에서 명령을 가져올 때 프로그램 카운터를 확인하여 제한 레지스터보다 작으면 기본 레지스터의 값을 추가하고 그 합계를 메모리로 전송합니다. 프로그램이 한 단어의 데이터(예: 주소 10000)를 읽으려고 하면 하드웨어는 자동으로 기본 레지스터(예: 50000)의 내용을 해당 주소에 추가하고 합계(60000)를 메모리로 전송합니다. 기본 레지스터를 사용하면 프로그램이 저장된 주소 다음에 나오는 메모리의 모든 부분을 참조할 수 있습니다. 또한 제한 레지스터는 프로그램이 프로그램 이후에 메모리의 어떤 부분에도 액세스하는 것을 방지합니다. 따라서 이 계획의 도움으로 프로그램 보호와 이동이라는 두 가지 문제가 모두 해결됩니다.

데이터 검증 및 변환의 결과, 프로그램에 의해 생성된 주소(가상 주소)는 메모리에서 사용하는 주소로 변환되어 물리 주소(Physical Address)라고 불립니다. 확인 및 변환을 수행하는 장치를 메모리 관리 장치 또는 메모리 관리자(MMU, Memory Management Unit)라고 합니다. 메모리 관리자는 프로세서 회로 내부 또는 근처에 위치하지만 논리적으로는 프로세서와 메모리 사이에 위치합니다.

보다 복잡한 메모리 관리자는 두 쌍의 기본 레지스터와 제한 레지스터로 구성됩니다. 한 쌍은 프로그램 텍스트용이고 다른 쌍은 데이터용입니다. 명령 레지스터와 프로그램 텍스트에 대한 모든 참조는 첫 번째 레지스터 쌍에서 작동하고, 데이터에 대한 참조는 두 번째 레지스터 쌍을 사용합니다. 이 메커니즘 덕분에 여러 사용자가 하나의 프로그램을 공유하는 동시에 RAM에 프로그램의 복사본 하나만 저장하는 것이 가능해지며 이는 간단한 구성에서는 제외됩니다. 프로그램 번호 1이 실행 중일 때는 그림 4의 (b)와 같이 왼쪽에 4개의 레지스터가 위치하며, 프로그램 번호 2가 실행 중일 때는 오른쪽에 위치합니다. 메모리 관리자 관리는 운영 체제의 기능입니다.

다음으로 메모리 구조는 자기디스크(하드디스크)이다. 디스크 메모리는 비트당 기준으로 RAM보다 2배 더 저렴하고 크기도 더 크지만, 디스크에 있는 데이터에 액세스하는 데는 약 3배 더 오래 걸립니다. 하드 드라이브의 속도가 느린 이유는 드라이브가 기계적인 구조이기 때문입니다. 하드 드라이브는 5400, 7200 또는 10800rpm의 속도로 회전하는 하나 이상의 금속판으로 구성됩니다(그림 5). 정보는 동심원 형태로 플레이트에 기록됩니다. 주어진 각 위치의 읽기/쓰기 헤드는 트랙이라고 불리는 플래터의 링을 읽을 수 있습니다. 주어진 포크 위치에 대한 트랙이 함께 실린더를 형성합니다.

각 트랙은 여러 섹터(일반적으로 섹터당 512바이트)로 나뉩니다. ~에 현대 드라이브외부 실린더에는 내부 실린더보다 더 많은 섹터가 포함되어 있습니다. 드라이브에 따라 헤드를 한 실린더에서 다른 실린더로 이동하는 데 약 1ms가 걸리고 임의의 실린더로 이동하는 데 5~10ms가 걸립니다. 헤드가 원하는 트랙 위에 있으면 모터가 디스크를 회전시켜 필요한 섹터가 헤드 아래에 위치할 때까지 기다려야 합니다. 디스크 회전 속도에 따라 추가로 5~10ms가 소요됩니다. 섹터가 헤드 아래에 있으면 읽기 또는 쓰기 프로세스가 5MB/s(저속 드라이브의 경우)에서 160MB/s(고속 드라이브의 경우) 범위의 속도로 발생합니다.

마지막 층은 자기 테이프로 채워져 있습니다. 이 매체는 종종 창작에 사용되었습니다. 백업 복사본하드 드라이브 공간 또는 저장 공간 대형 세트데이터. 정보에 액세스하기 위해 테이프를 자기 테이프 리더에 넣은 다음 요청한 정보 블록으로 되감았습니다. 전체 과정은 몇 분 동안 지속되었습니다. 설명된 메모리 계층 구조는 일반적이지만 일부 실시예에서는 모든 레벨이나 다른 유형의 레벨이 존재하지 않을 수도 있습니다(예: 광 디스크). 어쨌든 계층 구조를 위에서 아래로 이동하면 랜덤 액세스 시간이 장치마다 크게 증가하고 용량도 액세스 시간과 동일하게 늘어납니다.

위에서 설명한 유형 외에도 많은 컴퓨터에는 컴퓨터 시스템이 꺼져도 내용이 손실되지 않는 읽기 전용 랜덤 액세스 메모리(ROM, Read Only Memory)가 있습니다. ROM은 제조 과정에서 프로그래밍되며 그 이후에는 내용을 변경할 수 없습니다. 일부 컴퓨터의 ROM에는 컴퓨터를 시작하는 데 사용되는 부팅 프로그램과 하위 수준 장치를 제어하는 일부 I/O 카드가 포함되어 있습니다.

전기적으로 지울 수 있는 ROM(EEPROM, Electrically Erasable ROM) 및 플래시 RAM(플래시 RAM)도 비휘발성이지만 ROM과 달리 내용을 지우고 다시 쓸 수 있습니다. 그러나 데이터를 쓰는 것은 RAM에 쓰는 것보다 훨씬 오래 걸립니다. 따라서 ROM과 똑같은 방식으로 사용됩니다.

또 다른 유형의 메모리가 있습니다. CMOS 메모리는 휘발성이며 현재 날짜와 현재 시간을 저장하는 데 사용됩니다. 메모리는 컴퓨터에 내장된 배터리로 전원을 공급받으며 구성 매개변수(예: 부팅할 하드 드라이브 표시)를 포함할 수 있습니다.

3. 입출력 장치

운영 체제와 긴밀하게 상호 작용하는 다른 장치로는 컨트롤러와 장치 자체라는 두 부분으로 구성된 입력/출력 장치가 있습니다. 컨트롤러는 커넥터에 삽입되어 운영 체제로부터 명령을 수신하고 실행하는 보드의 마이크로 회로(칩셋)입니다.

예를 들어, 컨트롤러는 디스크에서 특정 섹터를 읽으라는 명령을 받습니다. 명령을 실행하기 위해 컨트롤러는 디스크 섹터의 선형 수를 실린더, 섹터 및 헤드 수로 변환합니다. 변환 작업은 외부 실린더가 내부 실린더보다 더 많은 섹터를 가질 수 있다는 사실로 인해 복잡합니다. 그런 다음 컨트롤러는 어떤 실린더가 위에 있는지 결정합니다. 이 순간헤드를 작동시키고 필요한 실린더 수만큼 헤드를 이동시키기 위해 일련의 펄스를 제공합니다. 그런 다음 컨트롤러는 디스크가 회전할 때까지 기다렸다가 필요한 섹터를 헤드 아래에 배치합니다. 그런 다음 디스크에서 비트가 도착하면 이를 읽고 저장하는 프로세스, 헤더를 제거하고 계산하는 프로세스 체크섬. 다음으로 컨트롤러는 수신된 비트를 단어로 수집하여 메모리에 저장합니다. 이 작업을 수행하기 위해 컨트롤러에는 펌웨어가 내장되어 있습니다.

I/O 장치 자체에는 통합 IDE 표준(IDE, Integrated Drive Electronics - 내장 드라이브 인터페이스)을 준수해야 하는 간단한 인터페이스가 있습니다. 장치 인터페이스는 컨트롤러에 의해 숨겨지기 때문에 운영 체제에서는 컨트롤러 인터페이스만 볼 수 있으며 이는 장치 인터페이스와 다를 수 있습니다.

이후 컨트롤러 다른 장치 I/O 장치는 서로 다르기 때문에 이를 관리하려면 적절한 소프트웨어(드라이버)가 필요합니다. 따라서 각 컨트롤러 제조업체는 지원하는 컨트롤러에 대한 드라이버를 제공해야 합니다. 운영체제. 운영 체제에 드라이버를 설치하는 방법에는 세 가지가 있습니다.

새 드라이버로 커널을 다시 빌드한 다음 시스템을 재부팅합니다. 이는 작동하는 UNIX 시스템 수만큼입니다.

드라이버가 필요한 운영 체제에 포함된 파일에 항목을 생성하고 시스템을 재부팅합니다. 초기 부팅 중에 운영 체제가 드라이버를 찾습니다. 필수 드라이버다운로드하세요. 이것이 Windows 운영 체제가 작동하는 방식입니다.

새 드라이버를 수락하고 실행 중인 운영 체제를 사용하여 빠르게 설치하세요. 이 방법은 항상 동적으로 로드된 드라이버가 필요한 USB 및 IEEE 1394 이동식 버스에서 사용됩니다.

각 컨트롤러와의 통신을 위한 특정 레지스터가 있습니다. 예를 들어, 최소 디스크 컨트롤러에는 디스크 주소, 메모리 주소, 섹터 번호 및 작업 방향(읽기 또는 쓰기)을 지정하는 레지스터가 있을 수 있습니다. 컨트롤러를 활성화하기 위해 드라이버는 운영 체제로부터 명령을 받은 다음 이를 장치 레지스터에 쓰기에 적합한 값으로 변환합니다.

일부 컴퓨터에서는 I/O 장치 레지스터가 운영 체제의 주소 공간에 매핑되어 메모리의 일반 단어처럼 읽거나 쓸 수 있습니다. 레지스터 주소는 하드웨어로부터 사용자 프로그램을 보호하기 위해 사용자 프로그램이 접근할 수 없는 RAM에 배치됩니다(예: 기본 및 제한 레지스터 사용).

다른 컴퓨터에서는 장치 레지스터가 특수 I/O 포트에 있으며 각 레지스터에는 자체 포트 주소가 있습니다. 이러한 시스템에서는 드라이버가 레지스터를 읽고 쓸 수 있도록 허용하는 특권 모드에서 IN 및 OUT 명령을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 방식은 특별한 I/O 명령어가 필요하지 않지만 일부 주소 공간을 사용합니다. 두 번째 구성표는 주소 공간에 영향을 미치지 않지만 특수 명령이 필요합니다. 두 가지 방식 모두 널리 사용됩니다. 데이터 입력과 출력은 세 가지 방식으로 수행됩니다.

1. 사용자 프로그램은 시스템 요청을 발행하고, 커널은 이를 해당 드라이버에 대한 프로시저 호출로 변환합니다. 그런 다음 드라이버는 I/O 프로세스를 시작합니다. 이 시간 동안 드라이버는 매우 짧은 프로그램 루프를 실행하여 작업 중인 장치의 준비 상태를 지속적으로 폴링합니다(보통 장치가 여전히 사용 중임을 나타내는 비트가 있음). I/O 작업이 완료되면 드라이버는 필요한 위치에 데이터를 배치하고 원래 상태로 돌아갑니다. 그런 다음 운영 체제는 호출을 수행한 프로그램에 제어권을 반환합니다. 이 방법을 준비 대기 또는 활성 대기라고 하며 한 가지 단점이 있습니다. 즉, 프로세서는 작업이 완료될 때까지 장치를 폴링해야 합니다.

2. 드라이버는 장치를 시작하고 I/O가 완료되면 인터럽트를 발행하도록 요청합니다. 그 후 드라이버는 데이터를 반환하고 운영 체제는 필요한 경우 호출 프로그램을 차단하고 다른 작업을 수행하기 시작합니다. 컨트롤러가 데이터 전송의 끝을 감지하면 작업 완료를 알리기 위해 인터럽트를 생성합니다. 입출력을 구현하는 메커니즘은 다음과 같습니다(그림 6.a).

1단계: 드라이버가 컨트롤러에 명령을 전송하고 장치 레지스터에 정보를 기록합니다. 컨트롤러는 I/O 장치를 시작합니다.

2단계: 읽기 또는 쓰기를 마친 후 컨트롤러는 인터럽트 컨트롤러 칩에 신호를 보냅니다.

3단계: 인터럽트 컨트롤러가 인터럽트를 수신할 준비가 되면 CPU의 특정 핀에 신호를 보냅니다.

4단계: 인터럽트 컨트롤러는 CPU가 이를 읽고 어떤 장치가 작업을 완료했는지 알 수 있도록 버스에 I/O 장치 번호를 배치합니다. CPU가 인터럽트를 받으면 프로그램 카운터(PC)와 프로세서 상태 워드(PSW)의 내용이 현재 스택에 푸시되고 프로세서는 특권 모드(운영 체제 커널 모드)로 전환됩니다. I/O 장치 번호는 인터럽트 핸들러의 주소를 찾는 데 사용되는 메모리 부분에 대한 인덱스로 사용될 수 있습니다. 이 장치의. 메모리의 이 부분을 인터럽트 벡터라고 합니다. 인터럽트 핸들러(인터럽트를 보낸 장치 드라이버의 일부)가 작업을 시작하면 스택에 있는 프로그램 카운터와 프로세서 상태 워드를 제거하고 저장한 다음 장치에 상태 정보를 쿼리합니다. 인터럽트 처리가 완료되면 이전에 실행 중이던 사용자 프로그램, 아직 실행이 완료되지 않은 명령으로 제어가 복귀됩니다(그림 6b).

3. 정보의 입출력을 위해 중앙 프로세서의 지속적인 개입 없이 RAM과 일부 컨트롤러 사이의 비트 흐름을 제어하는 직접 메모리 액세스 컨트롤러(DMA, Direct Memory Access)가 사용됩니다. 프로세서는 DMA 칩을 호출하여 전송할 바이트 수를 알려주고 장치 및 메모리 주소와 데이터 전송 방향을 제공하고 칩이 자체 작업을 수행하도록 합니다. 완료되면 DMA는 인터럽트를 발행하고 이에 따라 처리됩니다.

다른 인터럽트가 처리되는 동안과 같이 부적절한 시간에 인터럽트가 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 CPU에는 인터럽트를 비활성화하고 나중에 활성화할 수 있는 기능이 있습니다. 인터럽트가 비활성화된 동안 작업을 완료한 모든 장치는 계속해서 신호를 보내지만 프로세서는 인터럽트가 활성화될 때까지 중단되지 않습니다. 인터럽트가 비활성화된 동안 여러 장치가 동시에 종료되면 인터럽트 컨트롤러는 일반적으로 각 장치에 할당된 정적 우선 순위에 따라 어느 장치를 먼저 처리할지 결정합니다.

펜티엄 컴퓨팅 시스템에는 8개의 버스(캐시 버스, 로컬 버스, 메모리 버스, PCI, SCSI, USB, IDE 및 ISA)가 있습니다. 각 버스에는 고유한 데이터 전송 속도와 기능이 있습니다. 운영 체제에는 컴퓨터를 관리하고 구성하기 위한 모든 버스에 대한 정보가 포함되어 있어야 합니다.

ISA 버스(산업 표준 아키텍처) - IBM PC/AT 컴퓨터에 처음 등장했으며 8.33MHz에서 작동하고 최대 16.67MB/s의 속도로 클록 주기당 2바이트를 전송할 수 있습니다. 이는 이전의 느린 I/O 카드와의 역호환성을 위해 시스템에 포함되어 있습니다.

PCI 버스(Peripheral Component Interconnect) - Intel이 ISA 버스의 후속 제품으로 만든 버스는 66MHz의 주파수에서 작동하고 528MB/s의 속도로 클럭당 8바이트를 전송할 수 있습니다. 현재 PCI 버스많은 I/O 카드가 호환되므로 대부분의 고속 I/O 장치와 비인텔 프로세서가 탑재된 컴퓨터를 사용하십시오.

Pentium 시스템의 로컬 버스는 CPU에서 데이터를 PCI 브리지 칩으로 전송하는 데 사용됩니다. PCI 브리지 칩은 종종 100MHz로 실행되는 전용 메모리 버스의 메모리에 액세스합니다.

Pentium 시스템에는 프로세서에 내장된 1차 수준 캐시(L1 캐시)와 대용량 외부 2차 수준 캐시(L2 캐시)가 있으므로 캐시 버스는 외부 캐시를 연결하는 데 사용됩니다.

IDE 버스는 주변 장치(디스크 및 CD-ROM 판독기)를 연결하는 데 사용됩니다. 버스는 PC/AT 디스크 컨트롤러 인터페이스의 후손이며 현재 펜티엄 프로세서 기반의 모든 시스템에서 표준입니다.

USB 버스(범용 직렬 버스, 범용 직렬 버스)은 느린 입출력 장치(키보드, 마우스)를 컴퓨터에 연결하기 위한 것입니다. USB 장치에 전원을 공급하는 2개의 와이어가 있는 작은 4와이어 커넥터를 사용합니다.

USB 버스는 호스트 장치가 밀리초마다 I/O 장치를 폴링하여 데이터가 있는지 확인하는 중앙 집중식 버스입니다. 1.5MB/s의 속도로 데이터 다운로드를 관리할 수 있습니다. 모든 USB 장치는 동일한 드라이버를 사용하므로 재부팅하지 않고도 시스템에 연결할 수 있습니다.

SCSI 버스(Small Computer System Interface)는 고속 디스크, 스캐너 및 상당한 대역폭이 필요한 기타 장치에 사용되는 고성능 버스입니다. 성능은 160MB/s에 달합니다. SCSI 버스는 Macintosh 시스템에서 사용되며 UNIX 시스템과 Intel 프로세서 기반의 기타 시스템에서 널리 사용됩니다.

IEEE 1394 버스(FireWire)는 비트 직렬 버스이며 최대 50MB/s의 속도로 패킷 데이터 전송을 지원합니다. 이 속성을 사용하면 휴대용 디지털 비디오 카메라 및 기타 멀티미디어 장치를 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. 타이어와 다르게 USB 버스 IEEE 1394에는 중앙 컨트롤러가 없습니다.

운영 체제는 하드웨어 구성 요소를 인식하고 구성할 수 있어야 합니다. 이 요구 사항은 인텔그리고 Microsoft는 플러그 앤 플레이라는 개인용 컴퓨터 시스템을 개발합니다. 이 시스템 이전에는 각 I/O 보드에는 고정된 I/O 레지스터 주소와 인터럽트 요청 수준이 있었습니다. 예를 들어, 키보드는 인터럽트 1과 0x60에서 0x64 범위의 주소를 사용했습니다. 플로피 디스크 컨트롤러는 인터럽트 6과 주소 0x3F0 ~ 0x3F7을 사용했습니다. 프린터는 인터럽트 7과 0x378부터 0x37A까지의 주소를 사용했습니다.

사용자가 사운드 카드와 모뎀을 구입한 경우 이러한 장치가 실수로 동일한 인터럽트를 사용하는 경우가 있었습니다. 충돌이 발생하여 장치가 함께 작동할 수 없습니다. 가능한 해결책각 보드에 DIP 스위치(점퍼) 세트를 내장하고, 서로 다른 장치의 포트 주소와 인터럽트 번호가 서로 충돌하지 않도록 각 보드를 구성하는 것이었습니다.

플러그 앤 플레이를 사용하면 운영 체제가 I/O 장치에 대한 정보를 자동으로 수집하고 중앙에서 인터럽트 수준과 I/O 주소를 할당한 다음 이 정보를 각 보드에 전달할 수 있습니다. 이 시스템은 Pentium 컴퓨터에서 실행됩니다. 각 컴퓨터에는 펜티엄 프로세서프로그램이 있는 마더보드, 즉 BIOS 시스템(기본 입출력 시스템)이 포함되어 있습니다. BIOS에는 키보드 읽기, 화면에 정보 표시, 디스크의 I/O 데이터 등을 포함하는 낮은 수준의 I/O 프로그램이 포함되어 있습니다.

컴퓨터가 부팅되면 BIOS 시스템이 시작되어 시스템에 설치된 RAM의 양, 키보드 및 기타 주요 장치의 연결 및 올바른 작동을 확인합니다. 다음으로 BIOS는 ISA 및 PCI 버스와 이에 연결된 모든 장치를 확인합니다. 이러한 장치 중 일부는 기존 장치입니다(플러그 앤 플레이 사전 지원). 여기에는 고정된 인터럽트 수준과 I/O 포트 주소가 있습니다(예: I/O 보드의 스위치나 점퍼를 사용하여 설정되며 운영 체제에서 변경할 수 없음). 이러한 장치가 등록된 다음 플러그 앤 플레이 장치가 등록됩니다. 존재하는 장치가 마지막 부팅 중에 존재했던 장치와 다른 경우 새 장치가 구성됩니다.

그런 다음 BIOS는 CMOS 메모리에 저장된 각 목록을 차례로 시도하여 부팅할 장치를 결정합니다. 사용자는 부팅 후 즉시 BIOS 구성 프로그램에 들어가 이 목록을 변경할 수 있습니다. 일반적으로 먼저 플로피 디스크에서 부팅을 시도합니다. 이것이 실패하면 CD가 시도됩니다. 컴퓨터에 플로피 디스크와 CD가 모두 없으면 시스템은 하드 디스크에서 부팅됩니다. 첫 번째 섹터는 부팅 장치에서 메모리로 읽어와 실행됩니다. 이 섹터에는 부트 섹터 끝에 있는 파티션 테이블을 확인하여 어떤 파티션이 활성화되어 있는지 확인하는 프로그램이 포함되어 있습니다. 그런 다음 동일한 파티션에서 보조 부트로더를 읽습니다. 활성 파티션에서 운영 체제를 읽고 시작합니다.

그런 다음 운영 체제는 BIOS를 폴링하여 컴퓨터 구성에 대한 정보를 얻고 각 장치에 대한 드라이버가 있는지 확인합니다. 드라이버가 없으면 운영 체제는 사용자에게 드라이버가 포함된 플로피 디스크나 CD(이러한 디스크는 장치 제조업체에서 제공)를 삽입하도록 요청합니다. 모든 드라이버가 제자리에 있으면 운영 체제는 이를 커널에 로드합니다. 그런 다음 드라이버 테이블을 초기화하고, 필요한 백그라운드 프로세스를 생성하고, 암호 입력 프로그램을 실행하거나 GUI각 터미널에서.

5. 컴퓨터 기술 발전의 역사

모든 IBM 호환 개인용 컴퓨터에는 Intel 호환 프로세서가 장착되어 있습니다. 인텔 계열의 마이크로프로세서 개발 역사를 간략하게 살펴보면 다음과 같다. Intel 최초의 범용 마이크로프로세서는 1970년에 등장했습니다. Intel 4004라고 불리며 4비트였으며 4비트 단어를 입력/출력하고 처리하는 기능을 가졌습니다. 속도는 초당 8000회였습니다. Intel 4004 마이크로프로세서는 메모리 크기가 4KB인 프로그래밍 가능한 계산기에 사용하도록 설계되었습니다.

3년 후 Intel은 이미 16비트 산술 연산을 수행할 수 있고 16비트 주소 버스를 갖추고 있어 최대 64KB의 메모리(2,516 0 = 65536)를 주소 지정할 수 있는 8080 프로세서를 출시했습니다. 1978년에는 워드 크기가 16비트(2바이트)이고 20비트 버스가 있으며 1MB의 메모리(2 520 0 = 1048576 또는 1024KB)로 작동할 수 있는 8086 프로세서가 출시되었습니다. (세그먼트) 각각 64KB입니다. 8086 프로세서는 IBM PC 및 IBM PC/XT와 호환되는 컴퓨터에 포함되었습니다. 새로운 마이크로프로세서 개발의 다음 주요 단계는 1982년에 등장한 8028b 프로세서였습니다. 24비트 주소 버스가 있고 16MB의 주소 공간을 관리할 수 있으며 IBM PC/AT와 호환되는 컴퓨터에 설치되었습니다. 1985년 10월에는 32비트 주소 버스(최대 주소 공간 4GB)를 갖춘 80386DX가 출시되었고, 1988년 6월에는 80386DX보다 저렴하고 24비트 주소 버스를 갖춘 80386SX가 출시되었습니다. 그러다가 1989년 4월에 80486DX 마이크로프로세서가 등장했고, 1993년 5월에는 첫 번째 버전의 펜티엄 프로세서(둘 다 32비트 주소 버스 포함)가 등장했습니다.

1995년 5월 모스크바 국제 전시회 Comtec-95에서 Intel은 새로운 프로세서- P6.

P6 개발 과정에서 설정한 가장 중요한 목표 중 하나는 펜티엄 프로세서의 성능을 두 배로 높이는 것이었습니다. 동시에, P6의 첫 번째 버전의 생산은 이미 디버깅된 "Intel"에 따라 수행되어 생산에 사용될 것입니다. 최신 버전펜티엄 반도체 기술(0.6미크론, 3.3V).

동일한 제조 공정을 사용하면 P6를 큰 문제 없이 대량 생산할 수 있습니다. 그러나 이는 프로세서 마이크로아키텍처의 포괄적인 개선을 통해서만 두 배의 성능이 달성된다는 것을 의미합니다. P6 마이크로아키텍처는 다양한 아키텍처 기술을 신중하게 고려하고 조정하여 조합하여 설계되었습니다. 그 중 일부는 이전에 대형 컴퓨터 프로세서에서 테스트되었고 일부는 학술 기관에서 제안되었으며 나머지는 Intel 엔지니어가 개발했습니다. Intel이 "동적 실행"이라고 부르는 이 독특한 아키텍처 기능의 조합을 통해 최초의 P6 다이는 원래 계획된 성능 수준을 초과할 수 있었습니다.

x86 제품군의 대체 Intel 프로세서와 비교할 때 P6 마이크로아키텍처는 NexGen의 Nx586 및 AMD K5 프로세서의 마이크로아키텍처와 많은 공통점을 갖고 있으며, 그 정도는 덜하지만 Cyrix의 M1과도 공통점이 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 공통점은 4개 회사의 엔지니어들이 Intel x86 CISC 아키텍처와의 호환성을 유지하면서 RISC 기술 요소를 도입하는 동일한 문제를 해결하고 있다는 사실로 설명됩니다.

하나의 패키지에 두 개의 크리스탈

P6의 가장 큰 장점이자 독특한 특징은 바로 포지셔닝입니다.프로세서와 동일한 패키지에는 256KB 크기의 보조 정적 캐시 메모리가 있으며 특수 전용 버스를 통해 프로세서에 연결됩니다. 이 설계는 P6 기반 시스템의 설계를 크게 단순화합니다. P6는 하나의 패키지에 두 개의 칩을 포함하도록 대량 생산을 위해 설계된 최초의 마이크로프로세서입니다.

P6의 CPU 다이에는 550만 개의 트랜지스터가 포함되어 있습니다. L2 캐시 크리스탈 - 1,550만개. 이에 비해 최신 펜티엄 모델에는 약 330만 개의 트랜지스터가 포함되어 있으며 L2 캐시는 외부 메모리 다이 세트를 사용하여 구현되었습니다.

캐시에 이렇게 많은 수의 트랜지스터가 있는 것은 정적 특성으로 설명됩니다. P6의 정적 메모리는 6개의 트랜지스터를 사용하여 1비트를 저장하는 반면 동적 메모리는 비트당 하나의 트랜지스터만 필요합니다. 정적 메모리는 더 빠르지만 더 비쌉니다. 보조 캐시가 있는 칩의 트랜지스터 수는 프로세서 칩보다 3배 많지만 캐시의 물리적 크기는 더 작습니다. 즉, 프로세서의 경우 306제곱밀리미터인데 비해 202제곱밀리미터입니다. 두 크리스털 모두 387개 접점("이중 캐비티 핀-드리드 어레이")이 있는 세라믹 패키지에 함께 들어 있습니다. 두 다이 모두 동일한 기술(0.6 µm, 4층 금속-BiCMOS, 2.9 V)을 사용하여 제조되었습니다. 예상 최대 전력 소비: 133MHz에서 20W.

프로세서와 보조 캐시를 하나의 패키지로 결합한 첫 번째 이유는 고성능 P6 기반 시스템의 설계 및 생산을 용이하게 하기 위함입니다. 기반으로 구축된 컴퓨팅 시스템의 성능 빠른 프로세서, 프로세서 환경 칩, 특히 보조 캐시의 미세 조정에 따라 크게 달라집니다. 모든 컴퓨터 제조 회사가 적절한 연구를 수행할 여유가 있는 것은 아닙니다. P6에서는 보조 캐시가 이미 프로세서에 맞게 최적으로 구성되어 있어 마더보드 설계가 단순화됩니다.

두 번째 합병 이유는 생산성 향상이다. 두 번째 수준 CPU는 특별히 전용 64비트 폭 버스를 통해 프로세서에 연결되며 프로세서와 동일한 클록 주파수에서 작동합니다.

60MHz와 66MHz의 첫 번째 펜티엄 프로세서는 동일한 클럭 속도로 64비트 버스를 통해 보조 캐시에 액세스했습니다. 그러나 Pentium 클럭 속도가 증가함에 따라 설계자가 마더보드에서 이러한 클럭 속도를 유지하는 것이 너무 어렵고 비용이 많이 들게 되었습니다. 따라서 주파수 분배기가 사용되기 시작했습니다. 예를 들어, 100MHz Pentium의 경우 외부 버스는 66MHz의 주파수에서 작동합니다(90MHz Pentium의 경우 각각 60MHz). 펜티엄은 보조 캐시에 액세스하고 주 메모리와 PCI 칩셋과 같은 기타 장치에 액세스하기 위해 이 버스를 사용합니다.

전용 버스를 사용하여 보조 캐시에 액세스하면 시스템 성능이 향상됩니다. 첫째, 이는 프로세서와 버스 속도의 완전한 동기화를 달성합니다. 둘째, 다른 I/O 작업과의 경쟁 및 관련 지연이 제거됩니다. L2 캐시 버스는 외부 버스와 완전히 분리되어 있어 메모리와 외부 장치. 64비트 외부 버스는 프로세서 속도의 1/2, 1/3 또는 1/4 속도로 작동할 수 있으며, 보조 캐시 버스는 독립적으로 최대 속도로 작동합니다.

프로세서와 보조 캐시를 단일 패키지로 결합하고 전용 버스를 통해 통신하는 것은 가장 강력한 RISC 프로세서에 사용되는 성능 향상 기술을 향한 한 단계입니다. 따라서 Digital의 Alpha 21164 프로세서에서 96kB의 두 번째 레벨 캐시는 기본 캐시와 마찬가지로 프로세서 코어에 위치합니다. 이는 칩의 트랜지스터 수를 930만개로 늘려 매우 높은 캐시 성능을 제공합니다. Alpha 21164의 성능은 300MHz에서 330 SPECint92입니다. P6의 성능은 더 낮지만(Intel은 133MHz에서 200 SPECint92로 추정) P6는 잠재 시장에 대해 최고의 비용 대비 성능 비율을 제공합니다.

비용/성능 비율을 평가할 때 P6가 경쟁사보다 가격이 높을 수 있지만 대부분의 다른 프로세서는 추가 메모리 칩 세트와 캐시 컨트롤러로 둘러싸여 있어야 한다는 점을 고려해 볼 가치가 있습니다. 또한 비슷한 캐시 성능을 얻으려면 다른 프로세서에서 256KB보다 큰 캐시를 사용해야 합니다.

Intel은 일반적으로 다양한 프로세서 변형을 제공합니다. 이는 시스템 설계자의 다양한 요구 사항을 충족하고 경쟁 모델을 위한 공간을 줄이기 위해 수행됩니다. 따라서 우리는 P6 생산이 시작된 직후 보조 캐시 메모리의 양을 늘리는 수정과 보조 캐시의 외부 위치를 사용하는 저렴한 수정이 있지만 보조 캐시와 메모리 사이에 전용 버스가 유지된다고 가정할 수 있습니다. 프로세서가 나타납니다.

펜티엄을 출발점으로

파이프라인과 수퍼스칼라를 갖춘 펜티엄 프로세서아키텍처는 인상적인 수준의 성능을 달성했습니다. 펜티엄에는 병렬로 실행되고 머신 클럭 주기당 두 개의 정수 명령어를 실행할 수 있는 두 개의 5단계 파이프라인이 포함되어 있습니다. 이 경우, 한 쌍의 명령만 병렬로 실행될 수 있으며, 프로그램에서 서로 뒤따라 특정 규칙을 충족합니다(예: "읽기 후 쓰기" 유형의 레지스터 종속성이 없음).

P6에서는 처리량을 높이기 위해 단일 12단계 파이프라인으로 전환했습니다. 단계 수를 늘리면 각 단계에서 수행하는 작업이 줄어들고, 결과적으로 펜티엄에 비해 팀이 각 단계에서 소비하는 시간이 33% 단축됩니다. 이는 P6을 100MHz Pentium으로 생산하는 데 사용된 것과 동일한 기술을 사용하면 P6이 133MHz로 클럭된다는 것을 의미합니다.

클록당 두 개의 명령을 실행할 수 있는 능력을 갖춘 펜티엄 슈퍼스칼라 아키텍처의 강력한 성능은 완전히 새로운 접근 방식 없이는 따라잡기 어려울 것입니다. P6의 새로운 접근 방식은 전통적인 "가져오기" 단계와 "실행" 단계 사이의 엄격한 관계를 제거합니다. 여기서 이 두 단계를 통한 명령 순서는 프로그램의 명령 순서에 해당합니다.

새로운 접근 방식에는 소위 명령 풀과 새로운 기능을 사용하는 것이 포함됩니다. 효과적인 방법프로그램의 미래 동작을 예측합니다. 이 경우 기존의 "실행" 단계는 "디스패칭/실행"과 "롤백"의 두 단계로 대체됩니다. 결과적으로 명령은 어떤 순서로든 실행을 시작할 수 있지만 항상 프로그램의 원래 순서에 따라 실행을 완료합니다. P6 코어는 명령 풀을 통해 상호 작용하는 3개의 독립적인 장치로 구현됩니다(그림 1).

생산성 향상의 주요 문제

P6를 명령 풀을 통해 상호 작용하는 세 개의 독립적인 장치로 구성하기로 한 결정은 최신 마이크로프로세서의 성능을 제한하는 요소를 철저히 분석한 후에 이루어졌습니다. 펜티엄과 다른 많은 프로세서에 있어서 근본적인 사실은 실제 프로그램을 실행할 때 프로세서의 성능이 최대한 활용되지 않는다는 것입니다.

프로세서 속도는 지난 10년 동안 최소 10배 증가했지만 주 메모리 액세스 시간은 60%만 감소했습니다. 프로세서 속도에 비해 메모리 속도의 지연이 증가하는 것은 P6를 설계할 때 해결해야 했던 근본적인 문제였습니다.

이 문제를 해결하기 위한 한 가지 가능한 접근 방식은 프로세서를 둘러싼 고성능 부품 개발에 초점을 맞추는 것입니다. 그러나 고성능 프로세서와 고속 특수 환경 칩을 모두 포함하는 시스템을 대량 생산하려면 비용이 너무 많이 듭니다.

가능한 무차별 대입 솔루션 중 하나는 L2 캐시의 크기를 늘려 캐시가 필수 데이터를 놓친 횟수의 비율을 줄이는 것입니다.

이 솔루션은 효과적이지만 특히 L2 캐시 구성 요소에 대한 오늘날의 속도 요구 사항을 고려할 때 매우 비쌉니다. P6는 완전한 컴퓨팅 시스템을 효율적으로 구현한다는 관점에서 설계되었으며, 저렴한 메모리 하위 시스템을 사용하여 전체 시스템의 고성능을 달성해야 했습니다.

따라서, P6에는 향상된 분기 예측(다음 명령 시퀀스가 거의 항상 정확하게 결정됨), 데이터 흐름 분석(명령 실행의 최적 순서가 결정됨) 및 미리보기 실행(예측된 명령 시퀀스가 다운타임 없이 실행됨)과 같은 아키텍처 기술이 결합되어 있습니다. 최적의 순서로) 동일한 생산 기술을 사용하는 Pentium에 비해 성능이 두 배 향상되었습니다. 이러한 메소드 조합을 동적 실행이라고 합니다.

현재 인텔은 새로운 0.35 마이크론 생산 기술을 개발하고 있으며 이를 통해 코어 클럭 속도가 200MHz 이상인 P6 프로세서를 생산할 수 있습니다.

강력한 서버 구축을 위한 플랫폼으로서의 P6

가장 중요한 것 중최근 몇 년간 컴퓨터 개발 동향은 응용 프로그램 서버로서 x86 제품군 프로세서 기반 시스템의 사용이 증가하고 버스, 네트워크 기술, 비디오 압축, 플래시 메모리 및 시스템 관리 도구.

P6 프로세서의 출시는 이전에 더 비싼 컴퓨터에서만 볼 수 있었던 기능을 대중 시장에 제공하려는 Intel의 정책을 이어갑니다. 내부 P6 레지스터에는 패리티 제어가 제공되며 프로세서 코어와 두 번째 레벨 캐시를 연결하는 64비트 버스에는 오류 감지 및 수정 도구가 장착되어 있습니다. P6에 내장된 새로운 진단 기능을 통해 제조업체는 보다 안정적인 시스템을 설계할 수 있습니다. P6은 프로세서 접촉을 통해 또는 소프트웨어를 사용하여 캐시에 데이터가 없는 경우, 레지스터 내용, 자체 수정 코드의 출현 등 100개 이상의 프로세서 변수나 이벤트에서 발생하는 정보를 얻을 수 있는 기능을 제공합니다. 곧. 운영 체제와 기타 프로그램은 이 정보를 읽어 프로세서의 상태를 확인할 수 있습니다. P6은 또한 향상된 체크포인트 지원 기능을 제공합니다. 즉, 오류가 발생할 경우 컴퓨터를 이전에 기록된 상태로 롤백할 수 있습니다.