Datortehnoloģiju sastāvs. Datortehnoloģiju galvenās īpašības. Datortehnikas attīstības vēsture

Datortehnoloģijas jēdziens - tehnisko un matemātisko rīku, metožu un paņēmienu kopums, ko izmanto, lai mehanizētu un automatizētu skaitļošanas un informācijas apstrādes procesus. Mūsdienu skaitļošanas tehnikas tehnisko līdzekļu pamatu veido elektroniskie datori (datori, datori), ievades, izvades, prezentācijas un datu pārraides ierīces (skeneri, printeri, modemi, monitori, ploteri, tastatūras, magnētiskās lentes un diskdziņi, utt.), klēpjdatoriem, kalkulatoriem, elektroniskām piezīmjdatoriem utt.

Personālais dators ir galddators vai pārnēsājams viena lietotāja mikrodators, kas atbilst vispārējās pieejamības un universāluma prasībām.

Personālā datora pamatā ir mikroprocesors. Mikroprocesoru tehnoloģiju un tehnoloģiju attīstība ir noteikusi datoru paaudžu maiņu:

1. paaudze (1975 - 1980) - pamatojoties uz 8 - un bitu MP;

2. paaudze (1981 - 1985) - pamatojoties uz 16 - un bitu MP;

3. paaudze (1986 - 1992) - pamatojoties uz 32 bitu MP;

4. paaudze (kopš 1993. gada) - balstīta uz 64 bitu MP.

Mūsdienās datoru pasaule atrodas uz revolūcijas sliekšņa: CPU ar nākamās paaudzes tranzistoriem un jaudīgiem mobilās mikroshēmas par lielumu palielinās klēpjdatoru, planšetdatoru un viedtālruņu veiktspēju.

Procesora elementi ar izmēru 10 un 12 nm tuvākā gada laikā pilnībā mainīs datoru pasauli: tie ir 10 000 reižu mazāki par cilvēka matu (100 000 nm) biezumā un tuvojas silīcija atomiem (0,3 nm).

Galvenie datoru mikroprocesoru ražotāji pašlaik ir:

Intel ir pionieris modernu procesoru izveidē un ražošanā. Līdz šim dārgo datoru tirgū populārākie datori ar procesoriem, kuru pamatā ir daudzkodolu arhitektūra Intel Core.

2012. gada aprīlī Intel iepazīstināja ar Intel® Core™ četrkodolu procesoru saimes 3. paaudzi, kas ir pieejama jaudīgā versijā. galddatoru sistēmas profesionāla līmeņa un mobilie un plāni viss vienā datori, kas ir pasaulē pirmās mikroshēmas, kas veidotas, izmantojot 22nm ražošanas tehnoloģiju un izmantojot 3D Tri-Gate tranzistorus.

AMD (Advanced Micro Deviced) ir reālākais Intel konkurents. Vēl nesen tas datoru tirgū ieņēma lētu, bet ātru procesoru nišu, kas galvenokārt bija paredzētas lētiem datoriem un jauninājumiem.

1999. gadā izveidojot Athlon procesoru, Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton procesorus un pēc 2003. gada K8 sērijas procesorus, tas sāka nopietni konkurēt ar Intel. Mūsdienās abi uzņēmumi ražo labas kvalitātes produktu, kas spēj apmierināt gandrīz jebkura prasīga lietotāja vajadzības.

Pašlaik aptuveni 85% personālo datoru tiek ražoti uz šo procesoru bāzes. Atkarībā no mērķa tos var iedalīt trīs grupās:

Mājsaimniecība, kas paredzēta masveida patēriņam un kam ir visvienkāršākā pamata konfigurācija;

Vispārējs mērķis, kas paredzēts zinātnisku, tehnisku, ekonomisku un citu uzdevumu un apmācību risināšanai. Šī klase ir saņēmusi vislielāko izplatību, un to parasti apkalpo neprofesionāli lietotāji;

Profesionāls, ko izmanto zinātniskajā jomā, lai atrisinātu sarežģītu informāciju un ražošanas uzdevumi. Tiem ir augsta veiktspēja, un tos apkalpo profesionāli lietotāji.

Turklāt saskaņā ar datora dizainu tie ir sadalīti:

Klēpjdatora datori ("ceļa" dators). Klēpjdatorā tastatūra un sistēmas bloks ir izgatavoti vienā korpusā, kas ir aizvērts no augšas ar vāku ar LCD displeju. Lielākā daļa modeļu pēc tehniskajiem parametriem neatšķiras, un tiem ir vienkrāsaini displeji;

PIEZĪMES BOOK ("piezīmju grāmatiņas"). Jaunākajiem modeļiem ir diezgan augsti tehniskie parametri, kas ir salīdzināmi ar vispārējas nozīmes personālo datoru ( Galvenie procesori i7-3612QM, video līdz 6144 Mb, cietie diski - HDD virs 600 GB vai SSD līdz 256 GB;

ULTRABOOK (eng. Ultrabook) - īpaši plāns un viegls klēpjdators, kuram ir vēl mazāki izmēri un svars, salīdzinot ar parastajiem piezīmjdatoriem, bet tajā pašā laikā - lielākā daļa pilnvērtīgam klēpjdatoram raksturīgo īpašību. Šis termins kļuva plaši izplatīts 2011. gadā pēc tam, kad Intel ieviesa jaunu mobilo datoru klasi - ultrabooks, Intel un Apple koncepciju, kas izstrādāta, pamatojoties uz 2008. Apple klēpjdators Macbook Air. Ultrabook datori ir mazāki nekā parastie klēpjdatori, bet nedaudz lielāki par netbook datoriem. Tie ir aprīkoti ar nelielu šķidro kristālu displeju no 11 līdz 13,3 collām, ir kompakti - līdz 20 mm biezi un sver līdz 2 kg. Mazā izmēra dēļ ultrabook datoriem ir maz ārējo pieslēgvietu, un lielākajai daļai no tiem nav DVD diskdziņa.

Netbook (eng. Netbook) - klēpjdators ar salīdzinoši zemu veiktspēju, kas paredzēts galvenokārt piekļuvei internetam un darbam ar biroja lietojumprogrammām. Tam ir mazs ekrāna izmērs 7–12 collas, mazs enerģijas patēriņš, mazs svars un salīdzinoši zemas izmaksas.

Mūsdienu personālo datoru darbības principu var aprakstīt ar šādu algoritmu:

es Inicializācija

Pēc datora ieslēgšanas, OS un vajadzīgās programmas ielādēšanas programmas skaitītājam tiek piešķirta sākotnējā vērtība, kas vienāda ar šīs programmas pirmās komandas adresi.

II. Komandas atnešana

CPU veic instrukcijas nolasīšanas darbību no atmiņas. Programmas skaitītāja saturs tiek izmantots kā atmiņas šūnas adrese.

III. Komandas interpretācija un programmas skaitītāja palielināšana

Lasīšanas atmiņas vietas saturu CPU interpretē kā komandu un ievieto komandu reģistrā. CU turpina interpretēt komandu. Pamatojoties uz operācijas koda lauku no komandas pirmā vārda, CU nosaka tā garumu un, ja nepieciešams, organizē papildu lasīšanas darbības, līdz CPU nolasa visu komandu. Instrukcijas garums tiek pievienots programmas skaitītāja saturam, un, kad instrukcija ir pilnībā nolasīta, programmas skaitītājā tiek veidota nākamās instrukcijas adrese.

IV. Komandu atšifrēšana un komandu izpilde

No instrukcijas adreses laukiem CU nosaka, vai instrukcijai ir operandi atmiņā. Ja ir, tad, pamatojoties uz adreses laukos norādītajiem adresācijas režīmiem, tiek aprēķinātas operandu adreses un tiek veiktas atmiņas nolasīšanas darbības operandu nolasīšanai.

CU un ALU veic instrukcijas operācijas koda laukā norādīto darbību. Procesora karoga reģistrā tiek saglabātas darbības pazīmes.

V. Nepieciešamības gadījumā VI veic operācija ar rezultātu ierakstīšanu atmiņā.

Ja pēdējā komanda nebija "apturēt procesoru", tad aprakstītā darbību secība tiek veikta vēlreiz. Šo darbību secību sauc procesora cikls .

Atsevišķos datoros šī algoritma ieviešana var nedaudz atšķirties. Bet principā jebkura fon Neimaņa datora darbība tiek aprakstīta ar līdzīgu algoritmu un ir diezgan vienkāršu darbību secība.

Datorā ietilpst trīs galvenās ierīces: sistēmas vienība, tastatūra un displejs . Lai paplašinātu datora funkcionalitāti, papildus tiek pievienotas perifērijas ierīces: printeris, skeneris, manipulatori utt. Šīs ierīces ir vai nu savienotas ar sistēmas bloku, izmantojot kabeļus caur savienotājiem, kas atrodas sistēmas vienības aizmugurējā sienā, vai ievietotas tieši sistēmas blokā. Datoram ir modulāra struktūra. Visi moduļi ir savienoti ar sistēmas kopni.

Izmanto ārējo ierīču vadīšanai kontrolieri (VU adapteri) . Pēc komandas saņemšanas no MP kontrolleris, darbojoties autonomi, atbrīvo MP no konkrētu funkciju veikšanas ārējās ierīces apkalpošanai.

Jāatzīmē, ka mūsdienu MP un atsevišķu tai ārējo ierīču (galvenā un ārējā atmiņa, video sistēmas utt.) ātruma palielināšanās ir radījusi problēmu joslas platums sistēmas kopne, pievienojot šīs ierīces. Lai atrisinātu šo problēmu, tika izstrādāti vietējie autobusi, kas ir tieši savienoti ar MP kopni.

Galvenā datora ierīce ir sistēmas bloks . Tas sastāv no CPU, kopprocesora, konstanta un brīvpiekļuves atmiņa, kontrolleri, magnētiskie diskdziņi, barošanas bloks un citi funkcionālie moduļi. Datora konfigurāciju var mainīt, pievienojot papildu moduļus. Lai nodrošinātu konsekventu datoru ierīču darbību mātesplatē satur mikroshēmu, t.i. mikroshēmu (mikroshēmu) komplekts.

Mikroshēmojums nosaka galvenās plates īpašības:

atbalstīto CPU veidi;

Sistēmas kopnes maksimālā frekvence;

ierīču pārslēgšanas loģika;

atbalstītie veidi un maksimālais izmērs galvenā atmiņa;

darba ātrums ar katru atmiņas veidu;

atbalsts paātrinātai grafikas portam;

diska saskarnes veids un tā režīmi;

maksimālais paplašināšanas slotu skaits;

PC uzraudzība.

Mūsdienu datora mikroshēmojums parasti sastāv no divām mikroshēmām: ziemeļu tilta (North Bridge) vai atmiņas kontrollera centrmezgla (eng. Memory Controller Hub, MCH), kas apkalpo centrālās ierīces un satur kontrolleri galvenajai atmiņai, grafikas kopnei, sistēmas kopne un atmiņas kopne, kā arī dienvidu tilts (South Bridge) vai I/O Controller Hub (ICH), kas satur I/O ierīču un standarta kontrolierus perifērijas ierīces.

Datora funkcionālā diagramma-Atbilstoši tā mērķim dators - tā ir universāla ierīce darbam ar informāciju. Pēc savas ierīces darbības principiem dators ir cilvēka modelis, kas strādā ar informāciju.

Personālais dators(PC) ir dators, kas paredzēts vienas darba vietas apkalpošanai. Pēc īpašībām tas var atšķirties no lielajiem datoriem, taču funkcionāli spēj veikt līdzīgas darbības. Pēc darbības metodes izšķir galddatoru (galddatoru), portatīvo (klēpjdatoru un piezīmjdatoru) un kabatas (plaukstdatoru) datoru modeļus.

Aparatūra. Tā kā dators nodrošina visas trīs informācijas metožu klases darbam ar datiem (aparatūras, programmatūras un dabiskās), ir ierasts runāt par datorsistēmu, kas sastāv no aparatūras un programmatūras, kas darbojas kopā. Daļas, kas veido datora aparatūru, sauc par aparatūru. Viņi veic visus fiziskos darbus ar datiem: reģistrāciju, uzglabāšanu, transportēšanu un pārveidošanu gan pēc formas, gan satura, kā arī pasniedz tos ērtā formā mijiedarbībai ar dabas resursiem. informācijas metodes persona.

Datora aparatūras kopumu sauc par tā aparatūras konfigurāciju.

Programmatūra. Programmas var būt divos stāvokļos: aktīvā un pasīvā. Pasīvā stāvoklī programma nedarbojas un izskatās pēc datiem, kuru saturs ir informācija. Šajā stāvoklī programmas saturu var "lasīt" ar citām programmām, kamēr grāmatas tiek lasītas un modificētas. No tā jūs varat uzzināt programmas mērķi un tā darbību. Pasīvā stāvoklī programmas tiek veidotas, rediģētas, saglabātas un transportētas. Programmu izveides un rediģēšanas procesu sauc par programmēšanu.

Kad programma ir aktīvā stāvoklī, tās datu saturs tiek uzskatīts par komandām, saskaņā ar kurām darbojas datora aparatūra. Lai mainītu viņu darba secību, pietiek pārtraukt vienas programmas izpildi un sākt citas programmas izpildi, kas satur citu komandu kopu.

Datorā saglabāto programmu kopums to padara programmatūra. Darbam sagatavoto programmu komplektu sauc par instalēto programmatūru. Programmu kopu, kas darbojas vienā vai otrā reizē, sauc par programmas konfigurāciju.

Datora ierīce. Jebkurš dators (pat lielākais) sastāv no četrām daļām:

• ievades ierīces
• informācijas apstrādes ierīces
• atmiņas ierīces
• izvadierīces.

Strukturāli šīs daļas var apvienot vienā gadījumā grāmatas izmērā, vai arī katra daļa var sastāvēt no vairākām diezgan apjomīgām ierīcēm.

Pamata datora aparatūras konfigurācija. Personālā datora pamata aparatūras konfigurāciju sauc par minimālo aparatūras komplektu, kas ir pietiekams, lai sāktu darbu ar datoru. Laika gaitā pamatkonfigurācijas koncepcija pakāpeniski mainās.

Visbiežāk personālais dators sastāv no šādām ierīcēm:

• Sistēmas bloks
• Monitors
• Tastatūra

Turklāt var pievienot, piemēram, citas ievades un izvades ierīces skaņas skaļruņi, printeris, skeneris...

Sistēmas bloks- galvenā vienība datorsistēmu. Tajā ir ierīces, kas tiek uzskatītas par iekšējām. Ierīces, kas savienotas ar sistēmas bloku no ārpuses, tiek uzskatītas par ārējām. Attiecībā uz ārējām ierīcēm tiek lietots arī termins perifērijas aprīkojums.
Monitors- ierīce tēla vizuālai atveidei un grafiskā informācija. Kalpo kā izvades ierīce. Galddatoriem pašlaik visizplatītākie ir monitori, kuru pamatā ir katodstaru lampas. Tie neskaidri atgādina mājsaimniecības televizorus.
Tastatūra- tastatūras ierīce, kas paredzēta datora darbības kontrolei un informācijas ievadīšanai tajā. Informācija tiek ievadīta kā burtciparu rakstzīmju dati.
Pele- "grafiskā" vadības ierīce.

Personālā datora iekšējās ierīces.
Ierīces, kas atrodas sistēmas vienībā, tiek uzskatītas par iekšējām. Dažas no tām ir pieejamas no priekšējā paneļa, kas ir ērti ātrai maiņai. informācijas nesēji piemēram, disketes. Dažu ierīču savienotāji ir parādīti aizmugurējā sienā - tos izmanto, lai savienotu perifērijas iekārtas. Piekļuve dažām sistēmas vienības ierīcēm nav nodrošināta - tā nav nepieciešama normālai darbībai.

PROCESORS. Mikroprocesors ir galvenā personālā datora mikroshēma. Tajā tiek veikti visi aprēķini. Procesora galvenā īpašība ir takts frekvence (mēra megahercos, MHz). Jo lielāks ir pulksteņa ātrums, jo augstāka ir procesora veiktspēja. Tātad, piemēram, ar takts frekvenci 500 MHz procesors var mainīt savu
stāvoklis 500 miljonus reižu. Lielākajai daļai darbību ar vienu ciklu nepietiek, tāpēc operāciju skaits, ko procesors var veikt sekundē, ir atkarīgs ne tikai no takts frekvences, bet arī no darbību sarežģītības.

Vienīgā ierīce, par kuru procesors "zina kopš dzimšanas", ir operatīvā atmiņa – tā darbojas kopā ar to. No šejienes nāk dati un komandas. Dati tiek kopēti procesora šūnās (tos sauc par reģistriem) un pēc tam pārveidoti saskaņā ar instrukciju saturu. Lai iegūtu pilnīgāku priekšstatu par to, kā procesors mijiedarbojas ar RAM, jūs iegūsit nodaļās par programmēšanas pamatiem.

RAM. RAM var uzskatīt par plašu šūnu klāstu, kas glabā skaitliskos datus un komandas, kamēr dators ir ieslēgts. RAM apjoms tiek mērīts miljonos baitu - megabaitos (MB).

Procesors var piekļūt jebkurai RAM šūnai (baitam), jo tai ir unikāla ciparu adrese. Procesors nevar piekļūt atsevišķam RAM bitam, jo ​​bitam nav adreses. Tajā pašā laikā procesors var mainīt jebkura bita stāvokli, taču tas prasa vairākas darbības.

Mātesplate. Mātesplate ir lielākā personālā datora plate. Uz tā atrodas lielceļi, kas savieno procesoru ar operatīvo atmiņu - tā saucamās riepas. Izšķir datu kopni, caur kuru procesors kopē datus no atmiņas šūnām, adrešu kopni, caur kuru tas savienojas ar konkrētām atmiņas šūnām, un komandu kopni, caur kuru procesors saņem komandas no programmām. Arī visas pārējās datora iekšējās ierīces ir savienotas ar mātesplates kopnēm. Kontrolē mātesplates mikroprocesora mikroshēmojuma darbību - tā saukto mikroshēmojumu.

Video adapteris. Video adapteris ir iekšēja ierīce, kas ir instalēta vienā no mātesplates savienotājiem. Pirmajiem personālajiem datoriem nebija video adapteru. Tā vietā RAM tika atvēlēta neliela platība video datu glabāšanai. Īpaša mikroshēma (video kontrolleris) nolasīja datus no video atmiņas šūnām un kontrolēja monitoru atbilstoši tiem.

Uzlabojoties datoru grafiskajām iespējām, video atmiņas apgabals tika atdalīts no galvenās RAM un kopā ar video kontrolieri tika iedalīts atsevišķā ierīcē, ko sauca par video adapteri. Mūsdienu video adapteriem ir savs skaitļošanas procesors (video procesors), kas ir samazinājis galvenā procesora slodzi, veidojot sarežģītus attēlus. Video procesoram ir īpaši svarīga loma, veidojot plakanu ekrānu. 3D attēli. Veicot šādas darbības, viņam ir jāveic īpaši daudz matemātisko aprēķinu.

Dažos mātesplates modeļos video adaptera funkcijas veic mikroshēmu mikroshēmas - šajā gadījumā viņi saka, ka video adapteris ir integrēts ar mātesplatē. Ja video adapteris ir izgatavots kā atsevišķa ierīce, to sauc par videokarti. Videokartes savienotājs atrodas aizmugurējā sienā. Tam ir pievienots monitors.

Skaņas adapteris. IBM PC datoriem darbs ar skaņu sākotnēji netika nodrošināts. Pirmajos desmit pastāvēšanas gados šīs platformas datori tika uzskatīti par biroja aprīkojumu un iztika bez skaņas ierīcēm. Pašlaik instrumenti darbam ar skaņu tiek uzskatīti par standarta. Par šo uz mātesplatē ir instalēts audio adapteris. To var integrēt mātesplates mikroshēmojumā vai ieviest kā atsevišķu spraudņa plati, ko sauc par skaņas karti.
Skaņas kartes savienotāji atrodas datora aizmugurē. Lai atskaņotu skaņu, pievienojiet tiem skaļruņus vai austiņas. Atsevišķs savienotājs ir paredzēts mikrofona pievienošanai. Klātbūtnē īpaša programma tas ļauj ierakstīt skaņu. Ir arī savienotājs (līnijas izeja) savienošanai ar ārēju skaņas ierakstīšanas vai reproducēšanas aprīkojumu (magnetofoni, pastiprinātāji utt.).

HDD. Tā kā datora RAM tiek notīrīta, izslēdzot barošanu, ir nepieciešama ierīce datu un programmu ilgstošai glabāšanai. Pašlaik šiem nolūkiem plaši tiek izmantoti tā sauktie cietie diski.
Darbības princips cietais disks ir balstīta uz magnētiskā lauka izmaiņu reģistrēšanu ierakstīšanas galviņas tuvumā.

Galvenā grūti disks ir ietilpība, ko mēra gigabaitos (miljardos baitu), GB. Vidējais mūsdienu cietā diska izmērs ir 80 - 160 GB, un šis parametrs nepārtraukti pieaug.

Diskešu diskdzinis. Lai pārsūtītu datus starp attāliem datoriem, tiek izmantoti tā sauktie disketes. Standarta disketes (disketes) ietilpība ir salīdzinoši neliela - 1,44 MB. Saskaņā ar mūsdienu standartiem tas ir pilnīgi nepietiekams lielākajai daļai datu uzglabāšanas un transportēšanas uzdevumu, taču zemās datu nesēju izmaksas un augstā pieejamība darbam ir padarījusi disketes par visizplatītāko datu nesēju.

Lai rakstītu un lasītu datus, kas ievietoti disketēs, tiek izmantota īpaša ierīce - diskdzinis. Diskdziņa uztveršanas caurums tiek parādīts sistēmas vienības priekšējā panelī.

CD-ROM diskdzinis. Liela apjoma datu pārsūtīšanai ir ērti izmantot CD-ROM. Šie diski ļauj tikai nolasīt iepriekš ierakstītus datus – tajos nevar ierakstīt. Viena diska ietilpība ir aptuveni 650-700 MB.

CD-ROM diskdziņi tiek izmantoti kompaktdisku lasīšanai. CD-ROM diskdziņa galvenais parametrs ir lasīšanas ātrums. To mēra vairākās vienībās. Mērvienība ir lasīšanas ātrums, kas apstiprināts 80. gadu vidū. mūzikas kompaktdiskiem (audio CD). Mūsdienu CD-ROM diskdziņi nodrošina lasīšanas ātrumu 40x - 52x.
Galvenais trūkums CD-ROM diskdziņi- disku ierakstīšanas neiespējamība - pārvarēta mūsdienu vienreiz ierakstāmās ierīcēs - CD-R. Ir arī CD-RW ierīces, kas ļauj veikt vairākus ierakstus.

Datu uzglabāšanas princips kompaktdiskos nav magnētisks, piemēram, disketes, bet gan optisks.

Sakaru porti. Lai sazinātos ar citām ierīcēm, piemēram, printeri, skeneri, tastatūru, peli utt., dators ir aprīkots ar tā sauktajām pieslēgvietām. Ports nav tikai savienotājs ārējā aprīkojuma pievienošanai, lai gan ports beidzas ar savienotāju. Ports ir sarežģītāka ierīce nekā tikai savienotājs, kam ir savas mikroshēmas un kuru kontrolē programmatūra.

tīkla adapteris. Datoriem ir nepieciešami tīkla adapteri, lai tie varētu sazināties savā starpā. Šī ierīce nodrošina, ka procesors neiesniedz jaunu datu daļu ārējam portam, kamēr blakus esošā datora tīkla adapteris nav nokopējis iepriekšējo daļu. Pēc tam apstrādātājam tiek dots signāls, ka dati ir paņemti un var iesniegt jaunus. Šādi notiek pārraide.

Kad tīkla adapteris “uzzina” no blakus esošā adaptera, ka tam ir daļa datu, tas tos kopē sev un pēc tam pārbauda, ​​vai tie ir tam adresēti. Ja jā, tas nodod tos procesoram. Ja nē, tas pakļauj tos izvades portam, no kura nākamā blakus esošā datora tīkla adapteris tos uztvers. Šādi dati tiek pārvietoti starp datoriem, līdz tie sasniedz galamērķi.
NIC var iebūvēt mātesplatē, bet biežāk tie tiek uzstādīti atsevišķi kā pievienojumplates, ko sauc par tīkla kartēm.

Elektroniskos datorus parasti klasificē pēc vairākiem kritērijiem, jo ​​īpaši: funkcionalitāte un risināmo uzdevumu raksturs atbilstoši organizēšanas metodei skaitļošanas process, pēc arhitektūras iezīmēm un skaitļošanas jaudas.

Atkarībā no risināmo uzdevumu funkcionalitātes un rakstura ir:

Universālie (vispārēja pielietojuma) datori;

Uz problēmām orientēti datori;

specializēti datori.

Lieldatori ir paredzēti dažādu inženiertehnisku un tehnisko problēmu risināšanai, ko raksturo algoritmu sarežģītība un liels apstrādāto datu apjoms.

Uz problēmām orientēti datori paredzēts šaurāka uzdevumu loka risināšanai, kas saistīti ar nelielu datu apjomu reģistrēšanu, uzkrāšanu un apstrādi.

Specializēti datori tiek izmantoti šaura uzdevumu risināšanai (mikroprocesori un kontrolleri, kas veic tehnisko ierīču vadības funkcijas).

Atbilstoši skaitļošanas procesa organizēšanas metodei Datorus iedala vienprocesoros un daudzprocesoros, kā arī seriālajos un paralēlajos.

Vienprocesors. Datoram ir viens centrālais procesors, un visas skaitļošanas darbības un operācijas ievades-izvades ierīču vadīšanai tiek veiktas ar šo procesoru.

Daudzprocesors. Datoram ir vairāki procesori, starp kuriem tiek pārdalītas skaitļošanas procesa organizēšanas un informācijas ievades-izvades ierīču vadības funkcijas.

Secīgi. Tie darbojas vienas programmas režīmā, kad dators ir veidots tā, lai tas varētu izpildīt tikai vienu programmu, un visi tā resursi tiek izmantoti tikai izpildāmās programmas interesēs.

Paralēli. Tās darbojas daudzprogrammu režīmā, kad datorā tiek izpildītas vairākas lietotāju programmas un starp šīm programmām tiek dalīti resursi, nodrošinot to paralēlu izpildi.

Saskaņā ar arhitektūras iezīmēm un skaitļošanas jaudu ir:

Apskatīsim datoru klasifikācijas shēmu pēc šīs pazīmes (1. att.).

1. att. Datoru klasifikācija pēc arhitektūras iezīmēm

un skaitļošanas jaudu.

Superdatori- Šie ir jaudīgākie datori ātruma un veiktspējas ziņā. Superdatori ietver "Cray" un "IBM SP2" (ASV). Tos izmanto liela mēroga skaitļošanas problēmu un simulāciju risināšanai, sarežģītiem aprēķiniem aerodinamikā, meteoroloģijā, augstas enerģijas fizikā, kā arī atrod pielietojumu finanšu sektorā.

Lielas mašīnas vai lieldatori (Mainframe). Lieldatori tiek izmantoti finanšu sektorā, aizsardzības rūpniecībā un tiek izmantoti departamentu, teritoriālo un reģionālo datorcentru aprīkošanai.

Vidēji datori vispārējas nozīmes izmanto, lai kontrolētu sarežģītus tehnoloģiskos ražošanas procesus.

minidators ir orientēti izmantošanai kā vadības skaitļošanas kompleksi, kā tīkla serveri.

Mikrodators ir datori, kuros kā centrālais procesors tiek izmantots mikroprocesors. Tie ietver iegultos mikrodatorus (iegultos dažādās iekārtās, aparātos vai ierīcēs) un personālos datorus.

Personālie datori. Pēdējo 20 gadu laikā gūta strauja attīstība. Personālais dators (PC) ir paredzēts vienas darba vietas apkalpošanai un spēj apmierināt mazo uzņēmumu un privātpersonu vajadzības. Līdz ar interneta parādīšanos personālā datora popularitāte ir ievērojami palielinājusies, jo ar personālā datora palīdzību var izmantot zinātnisku, uzziņu, izglītības un izklaides informāciju.

Personālie datori ietver galddatorus un klēpjdatorus. Portatīvie datori ietver piezīmjdatoru (piezīmjdatoru vai piezīmjdatoru) un personālos ciparasistentus (personālie datori — rokas datori, personālie digitālie palīgi — PDA un plaukstdators).

Iegultie datori. Datori, kas tiek izmantoti dažādās ierīcēs, sistēmās, kompleksos konkrētu funkciju īstenošanai. Piemēram, auto diagnostika.

Kopš 1999. gada personālo datoru klasificēšanai tiek izmantots starptautisks sertifikācijas standarts, RS99 specifikācija. Saskaņā ar šo specifikāciju personālie datori ir sadalīti šādās grupās:

Masveida datori (patērētāju datori);

Biznesa datori (biroja datori);

portatīvie datori (mobilie datori);

darbstacijas (WorkStation);

Izklaides datori (izklaides datori).

Lielākā daļa datoru ir masīvs un ietver standarta (minimāli nepieciešamo) aparatūras komplektu. Šajā komplektā ietilpst: sistēmas bloks, displejs, tastatūra, pele. Ja nepieciešams, šo komplektu pēc lietotāja pieprasījuma var ērti papildināt ar citām ierīcēm, piemēram, printeri.

Biznesa datori ietver minimālos līdzekļus grafikas un skaņas reproducēšanai.

Portatīvie datori atšķiras ar attālās piekļuves saziņas līdzekļu klātbūtni.

Darbstacijas atbilst paaugstinātajām atmiņas ierīču prasībām.

Izklaides datori koncentrējās uz augstas kvalitātes grafikas un skaņas reproducēšanu.

Autors dizaina iezīmes Datori ir sadalīti:

stacionārs (galddators, Desktop);

pārnēsājams:

Pārnēsājams (klēpjdators);

piezīmju grāmatiņas;

Kabata (palmtop).

Lietišķo datortehnoloģiju efektīvai izpētei ir ārkārtīgi svarīga skaidra izpratne par datortehnoloģiju aparatūru un programmatūru. Datortehnoloģiju sastāvu sauc konfigurācija . Aparatūra un programmatūra skaitļošanas tehnoloģija tiek aplūkota atsevišķi. Attiecīgi mēs izskatām atsevišķi aparatūras konfigurācija un viņiem programma konfigurācija. Šis atdalīšanas princips ir īpaši svarīgs datorzinātnēs, jo ļoti bieži vienu un to pašu problēmu risinājumu var nodrošināt gan aparatūra, gan programmatūra. Aparatūras vai programmatūras risinājuma izvēles kritēriji ir veiktspēja un efektivitāte. Piemēram, vai ierakstiet tekstu teksta redaktors vai izmantojiet skeneri.

Personālā datora pamata aparatūras konfigurācija

Personālais dators ir universāla tehniskā sistēma. Viņa konfigurācija (aprīkojuma sastāvs) var elastīgi mainīt pēc vajadzības. Tomēr ir jēdziens pamata konfigurācija , kas tiek uzskatīts par tipisku, t.i. minimālais aprīkojuma komplekts. Šādā komplektā dators parasti tiek piegādāts. Pamatkonfigurācijas jēdziens var mainīties. Pašlaik tiek apsvērta pamata konfigurācija sekojošām ierīcēm(2.1. att.):

Apskatīsim tās daļas.

Uz galveno tehniskajiem līdzekļiem personālais dators ietver:

- sistēmas bloks;

- monitors (displejs);

- tastatūra.

Turklāt varat izveidot savienojumu ar datoru, piemēram:

- Printeris;

- pele;

- skeneris;

- modems (modulators-demodulators);

- ploteris;

- kursorsviru utt.

Sistēmas bloks

Sistēmas vienība ir galvenais mezgls, kurā ir uzstādīti vissvarīgākie komponenti. Sistēmas bloks (skat. 2.2., 2.3. att.) - tas ir gadījums, kurā atrodas gandrīz visa datora aparatūra.

Tiek izsauktas ierīces, kas atrodas sistēmas vienības iekšpusē iekšējs, un ar to no ārpuses pieslēgtās ierīces sauc ārējā. Ārējais papildu ierīces, ko sauc arī par perifēra.

Iekšējā organizācija sistēmas bloks:

· mātesplate;

· HDD:

diskešu diskdzinis;

CD-ROM diskdzinis;

videokarte (video adapteris);

· Skaņas karte;

· spēka agregāts.

Sistēmas, kas atrodas uz mātesplatē:

· RAM;

procesors;

ROM mikroshēma un BIOS sistēma;

autobusu saskarnes utt.

Magnētiskie diski, atšķirībā no RAM, ir paredzēti pastāvīgai informācijas glabāšanai.

Datorā tiek izmantoti divu veidu magnētiskie diski:

cietais disks (cietais disks);

Noņemami, disketes (disketes).

Cietais disks paredzēts darbā vairāk vai retāk izmantotās informācijas pastāvīgai glabāšanai: operētājsistēmas programmas, kompilatori no programmēšanas valodām, servisa (servisa) programmas, lietotāja lietojumprogrammas, teksta dokumenti, datu bāzes faili utt. Piekļuves ātruma, ietilpības un uzticamības ziņā Winchester ir daudz pārāka par disketēm.

3. Datortehnika 1

3.1 Datortehnoloģiju attīstības vēsture 1

3.2. Datora klasifikācijas metodes 3

3.3. Citas datoru klasifikācijas 5

3.4 Datorsistēmas sastāvs 7

3.4.1. Aparatūra 7

3.4.2. Programmatūra 7

3.5. Lietojumprogrammatūras klasifikācija 9

3.6. Lietderīgās programmatūras klasifikācija 12

3.7. Informācijas jēdziens un skaitļošanas sistēmu matemātiskais atbalsts 13

3.8. Apspriešana 13

1. Datortehnika

   1. Datortehnoloģiju attīstības vēsture

Datorsistēma, dators

Mehanizācijas un darba automatizācijas līdzekļu un metožu atrašana ir viens no tehnisko disciplīnu galvenajiem uzdevumiem. Darba automatizācijai ar datiem ir savas īpatnības un atšķirības no cita veida darba automatizācijas. Šīs klases uzdevumu veikšanai tiek izmantotas īpašas ierīces, no kurām lielākā daļa ir elektroniskas ierīces. Tiek saukts ierīču kopums, kas paredzēts automātiskai vai automatizētai datu apstrādei datortehnoloģijas, Tiek saukts īpašs mijiedarbojošu ierīču un programmu kopums, kas paredzēts vienas darba zonas apkalpošanai skaitļošanas sistēma. Lielākās daļas skaitļošanas sistēmu sirds ir dators.

Dators ir elektroniska ierīce, kas paredzēta datu izveides, uzglabāšanas, apstrādes un transportēšanas automatizēšanai.

Datora darbības princips

Datora kā ierīces definīcijā mēs norādījām definējošu funkciju - elektroniski. Tomēr automātiskos aprēķinus ne vienmēr veica elektroniskās ierīces. Zināmas un mehāniskas ierīces, kas spēj veikt aprēķinus automātiski.

Analizējot agrīnā vēsture datortehnoloģijas, daži ārvalstu pētnieki mehānisko skaitīšanas ierīci bieži dēvē par senu datora priekšteci. abakuss. Pieeja “no abaka” norāda uz dziļu metodisku kļūdu, jo abakam nav īpašības automātiski veikt aprēķinus, bet datoram tas ir noteicošais.

Abakuss ir senākā skaitļošanas mehāniskā ierīce, sākotnēji māla plāksne ar rievām, kurās tika izlikti skaitļi attēlojoši akmeņi. Abakusa izskats tiek attiecināts uz ceturto gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. e. Izcelsmes vieta ir Āzija. Viduslaikos Eiropā abakuss tika aizstāts ar grafiskām tabulām. Ar viņu palīdzību tika izsaukti aprēķini kontu uz līnijām, un Krievijā 16.-17.gadsimtā parādījās daudz progresīvāks izgudrojums, kas tiek izmantots arī mūsdienās - Krievu abakuss.

Tajā pašā laikā mēs labi zinām vēl vienu ierīci, kas var automātiski veikt aprēķinus - tas ir pulkstenis. Neatkarīgi no darbības principa visu veidu pulksteņiem (smilšu, ūdens, mehāniskiem, elektriskiem, elektroniskiem u.c.) ir iespēja ar noteiktu intervālu ģenerēt kustības vai signālus un reģistrēt izmaiņas, kas šajā gadījumā notiek, tas ir, veikt automātiska signālu vai kustību summēšana. Šo principu var izsekot pat saules pulksteņos, kuros ir tikai ierakstīšanas ierīce (ģeneratora lomu pilda sistēma Zeme-Saule).

Mehāniskais pulkstenis ir ierīce, kas sastāv no ierīces, kas automātiski veic kustības noteiktos intervālos, un ierīces šo kustību reģistrēšanai. Pirmā mehāniskā pulksteņa izcelsme nav zināma. Agrākie piemēri ir datēti ar 14. gadsimtu un pieder klosteriem (torņa pulkstenis).

Jebkura mūsdienu datora centrā, piemēram, elektroniskais pulkstenis, meli pulksteņa ģenerators, regulāri ģenerējot elektriskos signālus, ko izmanto, lai darbinātu visas datorsistēmas ierīces. Datoru pārvaldība faktiski ir saistīta ar signālu sadales pārvaldību starp ierīcēm. Šādu kontroli var veikt automātiski (šajā gadījumā runā par programmas vadība) vai manuāli, izmantojot ārējās vadības ierīces - pogas, slēdžus, džemperus utt. (agrākajos modeļos). Mūsdienu datoros ārējā vadība lielā mērā tiek automatizēta, izmantojot īpašas aparatūras-loģiskās saskarnes, kurām ir pievienotas vadības un datu ievades ierīces (tastatūra, pele, kursorsvira un citas). Atšķirībā no programmas vadības šāda vadība tiek saukta interaktīvs.

Mehāniskie primārie avoti

Pasaulē pirmā automātiskā ierīce pievienošanas operācijas veikšanai tika izveidota uz mehāniskā pulksteņa bāzes. 1623. gadā to izstrādāja Vilhelms Šikards, Tībingenes Universitātes (Vācija) austrumu valodu profesors. Šodien ierīces darba modelis tika reproducēts saskaņā ar rasējumiem un apstiprināja tā veiktspēju. Pats izgudrotājs savās vēstulēs mašīnu sauca par "summēšanas pulksteni".

1642. gadā franču mehāniķis Blēzs Paskāls (1623-1662) izstrādāja kompaktāku saskaitīšanas ierīci, kas kļuva par pasaulē pirmo sērijveidā ražoto mehānisko kalkulatoru (galvenokārt Parīzes naudas aizdevēju un naudas mijēju vajadzībām). 1673. gadā vācu matemātiķis un filozofs G. W. Leibnics (1646-1717) radīja mehānisku kalkulatoru, kas varēja veikt reizināšanas un dalīšanas darbības, atkārtoti atkārtojot saskaitīšanas un atņemšanas darbības.

18. gadsimtā, ko sauc par apgaismības laikmetu, parādījās jauni, progresīvāki modeļi, taču skaitļošanas operāciju mehāniskās vadības princips palika nemainīgs. Ideja par skaitļošanas operāciju programmēšanu nāca no tās pašas pulksteņu nozares. Senie klostera torņu pulksteņi tika uzstādīti tā, lai noteiktā laikā ieslēgtu mehānismu, kas saistīts ar zvanu sistēmu. Tāda programmēšana bija grūts - tajā pašā laikā tika veikta tā pati operācija.

Ideja par elastīgu mehānisko ierīču programmēšanu, izmantojot perforētu papīra lenti, pirmo reizi tika realizēta 1804. gadā žakarda stellēs, pēc tam atlika tikai viens solis, lai programmas vadība skaitļošanas operācijas.

Šo soli spēra izcilais angļu matemātiķis un izgudrotājs Čārlzs Babidžs (1792-1871) savā analītiskajā dzinējā, kuru diemžēl izgudrotājs savas dzīves laikā tā arī nekad nebija pilnībā uzbūvējis, bet šodien tika reproducēts pēc viņa zīmējumiem, lai šodien. mums ir tiesības runāt par analītisko dzinēju kā reālu ierīci. Analītiskā dzinēja iezīme bija tā, ka tā pirmo reizi tika ieviesta šeit informācijas sadalīšanas komandās un datos princips. Analītiskajā dzinējā bija divi lieli mezgli - "noliktava" un "dzirnavas". Dati tika ievadīti "noliktavas" mehāniskajā atmiņā, uzstādot zobratu blokus, un pēc tam apstrādāti "dzirnavās", izmantojot komandas, kas tika ievadītas no perforētām kartēm (kā žakarda stellēs).

Čārlza Beidža darbu pētnieki noteikti atzīmē slavenā dzejnieka lorda Bairona meitas grāfienes Augustas Adas Lavleisas (1815-1852) īpašo lomu Analītiskā dzinēja projekta izstrādē. Tieši viņa nāca klajā ar ideju par perforētu karšu izmantošanu skaitļošanas operāciju programmēšanai (1843). Konkrēti, vienā no savām vēstulēm viņa rakstīja: "Analītiskais dzinējs auž algebriskus rakstus tāpat kā stelles atveido ziedus un lapas." Lēdiju Adu var pamatoti saukt par pašu pirmo programmētāju pasaulē. Šodien viņas vārdā ir nosaukta viena no slavenajām programmēšanas valodām.

Čārlza Beidža ideja par atsevišķu apsvērumu komandas Un datus izrādījās ārkārtīgi auglīga. XX gadsimtā. tas tika izstrādāts Džona fon Neimaņa (1941) principos un mūsdienās, aprēķinot atsevišķu apsvērumu principu. programmas Un datus ir ļoti svarīgi. Tas tiek ņemts vērā gan mūsdienu datoru arhitektūru izstrādē, gan datorprogrammu izstrādē.

Matemātiskie avoti

Ja domājam par to, ar kādiem objektiem strādāja pirmie mūsdienu elektroniskā datora mehāniskie priekšteči, jāatzīst, ka skaitļi tika attēloti vai nu kā ķēdes un bagāžnieka mehānismu lineāras kustības, vai kā zobratu un sviras mehānismu leņķiskās kustības. Abos gadījumos tās bija kustības, kas nevarēja neietekmēt ierīču izmērus un to darba ātrumu. Tikai pāreja no kustību ierakstīšanas uz signālu ierakstīšanu ļāva ievērojami samazināt izmērus un palielināt ātrumu. Taču ceļā uz šo sasniegumu bija jāievieš vēl vairāki svarīgi principi un jēdzieni.

Binārā Leibnica sistēma. Mehāniskās ierīcēs zobratiem var būt diezgan daudz fiksētu un galvenais, atšķiras starp noteikumiem. Šādu pozīciju skaits ir vismaz vienāds ar zobratu zobu skaitu. Elektriskajā un elektroniskās ierīces mēs runājam ne par reģistrāciju noteikumiem strukturālie elementi, bet par reģistrāciju štatos ierīces elementi. tik stabils un atšķirami ir tikai divi stāvokļi: ieslēgts - izslēgts; atvērts - slēgts; uzlādēts - izlādēts utt.. Tāpēc tradicionālā decimālā sistēma, ko izmanto mehāniskajos kalkulatoros, ir neērta elektroniskām skaitļošanas ierīcēm.

Iespēju attēlot jebkurus skaitļus (un ne tikai skaitļus) ar bināriem cipariem pirmo reizi ierosināja Gotfrīds Vilhelms Leibnics 1666. gadā. Viņš nonāca pie binārās skaitļu sistēmas, pētot filozofisko vienotības un pretstatu cīņas jēdzienu. Mēģinājums pasniegt Visumu kā divu principu nepārtrauktu mijiedarbību (“melnais” un “baltais”, vīrietis un sieviete, labais un ļaunais) un tā pētīšanai izmantot “tīrās” matemātikas metodes, pamudināja Leibnicu pētīt binārās īpašības. datu attēlojums. Jāteic, ka Leibnicam jau tad bija doma par iespēju izmantot bināro sistēmu skaitļošanas ierīcē, taču, tā kā mehāniskām ierīcēm tas nebija vajadzīgs, viņš neizmantoja binārās sistēmas principus. savā kalkulatorā (1673).

Džordža Būla matemātiskā loģika Runājot par Džordža Būla darbu, datortehnoloģiju vēstures pētnieki noteikti uzsver, ka šis izcilais 19. gadsimta pirmās puses angļu zinātnieks bija autodidakts. Iespējams, tieši “klasiskās” (tā laika izpratnē) izglītības trūkuma dēļ Džordžs Būls ieviesa revolucionāras izmaiņas loģikā kā zinātnē.

Nodarbojies ar domāšanas likumu izpēti, viņš loģikā izmantoja formālu apzīmējumu un noteikumu sistēmu, kas ir tuvu matemātiskai. Pēc tam šī sistēma sauc par loģisko algebru vai Būla algebra.Šīs sistēmas noteikumi ir piemērojami ļoti dažādiem objektiem un to grupām. (komplekti, pēc autora terminoloģijas). Sistēmas galvenais mērķis, kā to izdomājis Dž. Būls, bija kodēt loģiskus apgalvojumus un reducēt loģisko secinājumu struktūras līdz vienkāršām izteiksmēm, kas pēc formas ir līdzīgas matemātiskām formulām. Loģiskās izteiksmes formālā novērtējuma rezultāts ir viena no divām loģiskajām vērtībām: taisnība vai meli.

Loģiskās algebras nozīme ilgu laiku tika ignorēta, jo tās tehnikas un metodes neietvēra praktiskus ieguvumus tā laika zinātnei un tehnoloģijai. Taču, kad principā kļuva iespējams izveidot datortehniku ​​elektroniski, Boole ieviestās darbības izrādījās ļoti noderīgas. Sākotnēji tie ir vērsti uz darbu tikai ar divām vienībām: taisnība Un meli. Ir viegli redzēt, kā tie noderēja darbam ar bināro kodu, ko mūsdienu datoros attēlo arī tikai divi signāli: nulle Un vienība.

Elektronisko datoru izveidē tika izmantota nevis visa Džordža Būla sistēma (kā arī ne visas viņa piedāvātās loģiskās darbības), bet gan četras pamatoperācijas: Un (šķērsošana), VAI (Savienība), NAV (apelācija) un EKSKLUZĪVS VAI - ir pamatā visu veidu mūsdienu datoru procesoru darbam.

Rīsi. 3.1. Būla algebras pamatoperācijas

Datortehnikas klasifikācija

1. Aparatūra

Datorsistēmas sastāvu sauc par konfigurāciju. Datoru aparatūra un programmatūra tiek aplūkota atsevišķi. Attiecīgi skaitļošanas sistēmu aparatūras konfigurācija un to programmatūras konfigurācija tiek aplūkota atsevišķi. Šis atdalīšanas princips ir īpaši svarīgs datorzinātnēs, jo ļoti bieži vienu un to pašu problēmu risinājumu var nodrošināt gan aparatūra, gan programmatūra. Aparatūras vai programmatūras risinājuma izvēles kritēriji ir veiktspēja un efektivitāte. Ir vispārpieņemts, ka aparatūras risinājumi ir vidēji dārgāki, bet ieviešana programmatūras risinājumi nepieciešams augstāk kvalificēts personāls.

UZ aparatūra skaitļošanas sistēmas ietver ierīces un ierīces, kas veido aparatūras konfigurāciju. Mūsdienu datori un skaitļošanas sistēmām ir bloku modulāra konstrukcija - izpildei nepieciešamā aparatūras konfigurācija konkrēti veidi darbi, kurus var montēt no gataviem mezgliem un blokiem.

Galvenie skaitļošanas sistēmas aparatūras komponenti ir: atmiņa, centrālais procesors un perifērijas ierīces, kas ir savstarpēji savienotas ar sistēmas maģistrāli (1. att.) Galvenā atmiņa ir paredzēta programmu un datu glabāšanai binārā formā un tiek organizēta kā sakārtota. šūnu masīvs, katrai no kurām ir unikāla digitālā adrese. Parasti šūnas izmērs ir 1 baits. Tipiskas operācijas galvenajā atmiņā: šūnas satura lasīšana un rakstīšana ar noteiktu adresi.

2. CPU

Centrālais procesors ir datora centrālā ierīce, kas veic datu apstrādes darbības un kontrolē datora perifērijas ierīces. Centrālā procesora bloka sastāvā ietilpst:

Vadības ierīce - organizē programmu izpildes procesu un koordinē visu skaitļošanas sistēmas ierīču mijiedarbību tās darbības laikā;

Aritmētiskā loģiskā vienība - veic aritmētiskās un loģiskās darbības ar datiem: saskaitīšanu, atņemšanu, reizināšanu, dalīšanu, salīdzināšanu utt.;

Uzglabāšanas ierīce ir iekšējā atmiņa procesors, kas sastāv no reģistriem, kurus izmantojot, procesors veic aprēķinus un saglabā starprezultātus; lai paātrinātu darbu ar RAM, tiek izmantota kešatmiņa, kurā pirms laika tiek iesūknētas komandas un dati no RAM, kas nepieciešami procesoram turpmākajām darbībām;

Pulksteņa ģenerators - ģenerē elektriskos impulsus, kas sinhronizē visu datora mezglu darbību.

Centrālais procesors veic dažādas datu darbības, izmantojot specializētas šūnas galveno mainīgo un pagaidu rezultātu glabāšanai - iekšējos reģistrus. Reģistrus iedala divos veidos (2. att.):

Vispārējas nozīmes reģistri - izmanto galveno vietējo mainīgo un aprēķinu starprezultātu pagaidu glabāšanai, ietver datu reģistrus un rādītāju reģistrus; galvenā funkcija ir nodrošināt ātra piekļuve bieži izmantotiem datiem (parasti bez piekļuves atmiņai).

Specializētie reģistri - tiek izmantoti procesora darbības kontrolei, svarīgākie no tiem ir: instrukciju reģistrs, steka rādītājs, karogu reģistrs un reģistrs, kas satur informāciju par programmas stāvokli.

Programmētājs var izmantot datu reģistrus pēc saviem ieskatiem, lai īslaicīgi uzglabātu jebkurus objektus (datus vai adreses) un veiktu ar tiem nepieciešamās darbības. Indeksu reģistrus, tāpat kā datu reģistrus, var izmantot patvaļīgi; to galvenais mērķis ir saglabāt datu un instrukciju indeksus vai nobīdes no bāzes adreses sākuma (iznesot operandus no atmiņas). Bāzes adrese var būt bāzes reģistros.

Segmentu reģistri ir būtisks procesora arhitektūras elements, nodrošinot 20 bitu adrešu telpu ar 16 bitu operandiem. Galvenie segmentu reģistri: CS - kodu segmentu reģistrs; DS - datu segmentu reģistrs; SS - kaudzes segmentu reģistrs, ES - papildu segmentu reģistrs. Atmiņai tiek piekļūts, izmantojot segmentus - loģiskus veidojumus, kas atrodas uz jebkuras fiziskās adrešu telpas daļas. Segmenta sākuma adrese, kas dalīta ar 16 (bez vismazākā heksadecimālā cipara), tiek ievadīta vienā no segmentu reģistriem; pēc tam tiek piešķirta piekļuve atmiņas sadaļai, sākot no dotā segmenta adreses.

Jebkuras atmiņas šūnas adrese sastāv no diviem vārdiem, no kuriem viens nosaka attiecīgā segmenta atrašanās vietu atmiņā, bet otrs - nobīdi šī segmenta ietvaros. Segmenta lielumu nosaka tajā ietverto datu apjoms, taču tas nekad nedrīkst pārsniegt 64 KB, ko nosaka maksimālā iespējamā nobīdes vērtība. Instrukcijas segmenta segmenta adrese tiek saglabāta CS reģistrā, un nobīde pret adresēto baitu tiek saglabāta IP instrukciju rādītāju reģistrā.

2. att. 32 bitu procesoru reģistri

Pēc programmas ielādes IP tiek ievadīta programmas pirmās komandas nobīde. Procesors, nolasot to no atmiņas, palielina IP saturu tieši par šīs instrukcijas garumu (Intel procesora instrukcijas var būt no 1 līdz 6 baitiem garas), kā rezultātā IP norāda uz otro programmas instrukciju. Pēc pirmās komandas izpildes procesors nolasa otro no atmiņas, atkal palielinot IP vērtību. Rezultātā IP vienmēr ir nākamās komandas nobīde - komanda, kas seko izpildītajai. Aprakstītais algoritms tiek pārkāpts tikai izpildot lēciena komandas, apakšprogrammas izsaukumus un pārtraukumu apkalpošanu.

Datu segmenta segmenta adrese tiek saglabāta DS reģistrā, nobīde var būt kādā no vispārējas nozīmes reģistriem. Papildu ES segmentu reģistrs tiek izmantots, lai piekļūtu datu laukiem, kas neietilpst programmā, piemēram, video buferim vai sistēmas šūnām. Taču, ja nepieciešams, to var konfigurēt kādam no programmas segmentiem. Piemēram, ja programma strādā ar lielu datu apjomu, varat tiem nodrošināt divus segmentus un piekļūt vienam no tiem caur DS reģistru, bet otram caur ES reģistru.

Kā steka rādītājs tiek izmantots steka rādītāja reģistrs SP. Stacks ir programmas apgabals patvaļīgu datu pagaidu glabāšanai. Steka ērtība slēpjas faktā, ka tā apgabals tiek izmantots atkārtoti, un datu glabāšana stekā un to iegūšana no turienes tiek veikta, izmantojot push un pop komandas, nenorādot nosaukumus. Stacks tradicionāli tiek izmantots, lai saglabātu programmas izmantoto reģistru saturu pirms apakšprogrammas izsaukšanas, kas savukārt izmantos procesora reģistrus savām vajadzībām. Sākotnējais reģistru saturs tiek izmests no steka pēc atgriešanās no apakšprogrammas. Vēl viens izplatīts paņēmiens ir nepieciešamo parametru nodošana apakšprogrammai, izmantojot steku. Apakšprogramma, zinot, kādā secībā parametri tiek novietoti stekā, var tos no turienes ņemt un izmantot savā izpildē.

Atšķirīga steka iezīme ir savdabīgā tajā ietverto datu iegūšanas secība: jebkurā laikā kaudzē ir pieejams tikai augšējais elements, tas ir, elements, kas stekā tiek ielādēts pēdējais. Atverot augšējo elementu no kaudzes, nākamais elements kļūst pieejams. Steka elementi atrodas stekam atvēlētajā atmiņas apgabalā, sākot no steka apakšas (no maksimālās adreses) līdz secīgi dilstošām adresēm. Augšējā pieejamā elementa adrese tiek saglabāta steka rādītāju reģistrā SP.

Īpašie reģistri ir pieejami tikai priviliģētajā režīmā, un tos izmanto operētājsistēma. Tie kontrolē dažādus kešatmiņas blokus, galveno atmiņu, I/O ierīces un citas skaitļošanas sistēmas ierīces.

Ir viens reģistrs, kas ir pieejams gan priviliģētā, gan lietotāja režīmā. Šis ir PSW (Program State Word) reģistrs, ko sauc par karoga reģistru. Karoga reģistrā ir dažādi CPU nepieciešamie biti, no kuriem svarīgākie ir nosacījumu kodi, kas tiek izmantoti salīdzināšanā un nosacījuma lēcienā, kas tiek iestatīti katrā procesora ALU ciklā un atspoguļo iepriekšējās darbības rezultāta stāvokli. Karogu reģistra saturs ir atkarīgs no skaitļošanas sistēmas veida un var ietvert papildu laukus, kas norāda: mašīnas režīmu (piemēram, lietotājs vai priviliģēts); trace bit (kas tiek izmantots atkļūdošanai); procesora prioritātes līmenis; pārtraukuma iespējotas statuss. Karoga reģistru parasti nolasa lietotāja režīmā, bet dažus laukus var ierakstīt tikai priviliģētajā režīmā (piemēram, bits, kas norāda režīmu).

Instrukciju rādītāja reģistrā ir nākamās instrukcijas adrese izpildes rindā. Kad instrukcija ir atlasīta no atmiņas, instrukciju reģistrs tiek atjaunināts un rādītājs pāriet uz nākamo instrukciju. Instrukciju rādītājs seko līdzi programmas izpildei, katrā brīdī norādot izpildāmās instrukcijas relatīvo adresi. Reģistrs ir programmatiski nepieejams; adrese tiek palielināta ar mikroprocesoru, ņemot vērā pašreizējās instrukcijas garumu. Norādījumi par lēcieniem, pārtraukumiem, apakšprogrammu izsaukšanu un atgriešanos no tām maina rādītāja saturu, tādējādi veicot lēcienus uz nepieciešamajiem programmas punktiem.

Akumulatoru reģistrs tiek izmantots lielākajā daļā komandu. Bieži lietotajām komandām, kas izmanto šo reģistru, ir saīsināts formāts.

Informācijas apstrādei dati parasti tiek pārsūtīti no atmiņas šūnām uz vispārējas nozīmes reģistriem, tiek veikta operācija Centrālā procesora bloks un rezultātu pārsūtīšana uz galveno atmiņu. Programmas tiek saglabātas kā mašīnas instrukciju secība, kas jāizpilda CPU. Katra komanda sastāv no operācijas lauka un operandu laukiem – datiem, uz kuriem šī darbība tiek veikta. Mašīnas instrukciju kopu sauc par mašīnas valodu. Programmas izpilde tiek veikta šādi. Mašīnas instrukcija, uz kuru norāda programmas skaitītājs, tiek nolasīta no atmiņas un kopēta instrukciju reģistrā, kur tā tiek atšifrēta un pēc tam izpildīta. Kad tas ir izpildīts, programmas skaitītājs norāda uz nākamo instrukciju utt. Šīs darbības sauc par mašīnas ciklu.

Lielākajai daļai CPU ir divi darbības režīmi: kodola režīms un lietotāja režīms, kas tiek norādīts ar bitu procesora statusa vārdā (karoga reģistrā). Kad procesors darbojas kodola režīmā, tas var izpildīt visas instrukciju kopas instrukcijas un izmantot visas aparatūras iespējas. Operētājsistēma darbojas kodola režīmā un nodrošina piekļuvi visai aparatūrai. Lietotāju programmas darbojas lietotāja režīmā, kas ļauj izpildīt daudzas instrukcijas, bet padara pieejamu tikai daļu aparatūras.

Lai sazinātos ar operētājsistēmu, lietotāja programmai ir jāizdod sistēmas izsaukums, kas nodrošina pāreju uz kodola režīmu un aktivizē operētājsistēmas funkcijas. Trap instrukcija (emulēts pārtraukums) pārslēdz procesora režīmu no lietotāja režīma uz kodola režīmu un nodod vadību operētājsistēmai. Pēc darba pabeigšanas vadība atgriežas lietotāja programmā, instrukcijā pēc sistēmas izsaukuma.

Datoros papildus norādījumiem par sistēmas izsaukumiem ir pārtraukumi, kas tiek izsaukti aparatūrā, lai brīdinātu par ārkārtējām situācijām, piemēram, mēģinājumu dalīt ar nulli vai pārplūdi peldošā komata darbību laikā. Visos šādos gadījumos vadība tiek nodota operētājsistēmai, kurai jāizlemj, ko darīt tālāk. Dažreiz jums ir jāpārtrauc programma ar kļūdas ziņojumu, dažreiz jūs varat to ignorēt (piemēram, ja skaitlis zaudē savu nozīmi, varat to uzskatīt par vienādu ar nulli) vai nodot vadību pašai programmai, lai tā apstrādātu noteikta veida nosacījumus.

Atbilstoši tam, kā ierīces atrodas attiecībā pret centrālo procesoru, izšķir iekšējās un ārējās ierīces. Ārējās ierīcēs parasti ietilpst lielākā daļa I/O ierīču (sauktas arī par perifērijas ierīcēm) un dažas ierīces, kas paredzētas ilgstošai datu glabāšanai.

Koordinācija starp atsevišķiem mezgliem un blokiem tiek veikta, izmantojot pārejas aparatūras-loģiskās ierīces, ko sauc par aparatūras saskarnēm. Aparatūras saskarņu standartus skaitļošanā sauc par protokoliem - tehnisko nosacījumu kopumu, kas jānodrošina ierīču izstrādātājiem, lai veiksmīgi koordinētu savu darbu ar citām ierīcēm.

Daudzas jebkuras datorsistēmas arhitektūrā esošās saskarnes var nosacīti iedalīt divās lielās grupās: seriālā un paralēlā. Izmantojot seriālo interfeisu, dati tiek pārsūtīti secīgi, pa bitiem un caur paralēlu interfeisu, vienlaikus bitu grupās. Vienā pakotnē iesaistīto bitu skaitu nosaka interfeisa bitu platums, piemēram, astoņu bitu paralēlās saskarnes pārraida vienu baitu (8 biti) ciklā.

Paralēlās saskarnes parasti ir sarežģītākas nekā seriālās saskarnes, taču nodrošina labāku veiktspēju. Tos izmanto tur, kur svarīgs ir datu pārsūtīšanas ātrums: drukas ierīču pievienošanai, grafiskās informācijas ievadierīcēm, datu ierakstīšanas ierīcēm ārējos datu nesējos utt. Paralēlo saskarņu veiktspēja tiek mērīta baitos sekundē (baiti/s; Kbaiti/s; Mbaiti/s).

Ierīce seriālās saskarnes vieglāk; parasti tiem nav nepieciešams sinhronizēt raidīšanas un uztveršanas ierīces darbību (tāpēc tos bieži sauc par asinhronām saskarnēm), taču to joslas platums ir mazāks un koeficients noderīga darbība zemāk. Tā kā seriālās ierīces sazinās bitos, nevis baitos, to veiktspēja tiek mērīta bitos sekundē (bps, kbps, Mbps). Neskatoties uz šķietamo vienkāršību sērijveida pārsūtīšanas ātruma mērvienību pārveidošanā paralēlā datu pārraides ātruma mērvienībās, mehāniski dalot ar 8, šāda pārveidošana netiek veikta, jo tā nav pareiza pakalpojuma datu klātbūtnes dēļ. Ārkārtējā gadījumā, pielāgojot pakalpojumu datiem, dažkārt seriālo ierīču ātrums tiek izteikts rakstzīmēs sekundē vai simbolos sekundē (s / s), taču šī vērtība nav tehniska, bet gan atsauces, patērētāja raksturs.

Seriālās saskarnes tiek izmantotas, lai savienotu lēnas ierīces (vienkāršākās zemas kvalitātes drukas ierīces: ievades un izvades ierīces zīmju un signālu informācijai, vadības sensori, zemas veiktspējas sakaru ierīces utt.), kā arī gadījumos, kad nav būtisku datu apmaiņas ilguma ierobežojumi (digitālās kameras).

Otra galvenā datora sastāvdaļa ir atmiņa. Atmiņas sistēma veidota kā slāņu hierarhija (3. att.). Augšējais slānis sastāv no CPU iekšējiem reģistriem. Iekšējie reģistri nodrošina iespēju saglabāt 32 x 32 bitus 32 bitu procesorā un 64 x 64 bitus 64 bitu procesorā, kas abos gadījumos ir mazāks par vienu kilobaitu. Programmas pašas var pārvaldīt reģistrus (tas ir, izlemt, ko tajos saglabāt) bez aparatūras iejaukšanās.

3. att. Tipiski hierarhiskā struktūra atmiņa

Nākamais slānis ir kešatmiņa, ko galvenokārt kontrolē aparatūra. RAM ir sadalīta kešatmiņas rindās, parasti katra pa 64 baitiem, 0. rindā adresējot no 0 līdz 63, 1. rindā no 64 līdz 127 un tā tālāk. Visbiežāk izmantotās kešatmiņas līnijas tiek glabātas ātrgaitas kešatmiņā, kas atrodas centrālajā procesorā vai ļoti tuvu tam. Kad programmai ir jānolasa vārds no atmiņas, kešatmiņas mikroshēma pārbauda, ​​vai kešatmiņā ir vēlamā rinda. Ja tas tā ir, kešatmiņai tiek efektīvi piekļūts, pieprasījums tiek pilnībā izpildīts no kešatmiņas un atmiņas pieprasījums netiek ievietots kopnē. Veiksmīga piekļuve kešatmiņai, kā likums, aizņem apmēram divus pulksteņa ciklus, un neveiksmīga piekļuve atmiņai rada ievērojamu laika zudumu. Kešatmiņa ir ierobežota tās augsto izmaksu dēļ. Dažām mašīnām ir divi vai pat trīs kešatmiņas līmeņi, katrs lēnāks un lielāks par iepriekšējo.

Tam seko operatīvā atmiņa (RAM - Random Access Memory, angļu RAM, Random Access Memory - atmiņa ar brīvpiekļuves). Šī ir skaitļošanas sistēmas atmiņas ierīces galvenā darba zona. Visi CPU pieprasījumi, kurus nevar izpildīt ar kešatmiņu, tiek apstrādāti galvenajā atmiņā. Datorā darbinot vairākas programmas, vēlams operatīvajā atmiņā ievietot sarežģītas programmas. Programmu aizsardzība viena no otras un to pārvietošanās atmiņā tiek realizēta ar datortehnikas palīdzību ar diviem specializētiem reģistriem: bāzes reģistru un limitu reģistru.

Vienkāršākajā gadījumā (4.a att.), kad programma sāk darboties, bāzes reģistrā tiek ielādēta programmas izpildāmā moduļa sākuma adrese, un limitu reģistrs norāda, cik daudz programmas izpildāmais modulis aizņem kopā ar datus. Ienesot instrukciju no atmiņas, aparatūra pārbauda instrukciju skaitītāju un, ja tas ir mazāks par limita reģistru, pievieno tam bāzes reģistra vērtību un pārsūta summu uz atmiņu. Kad programma vēlas nolasīt datu vārdu (piemēram, no adreses 10000), aparatūra šai adresei automātiski pievieno bāzes reģistra saturu (piemēram, 50000) un pārsūta atmiņas summu (60000). Bāzes reģistrs ļauj programmai atsaukties uz jebkuru atmiņas daļu pēc tajā saglabātās adreses. Turklāt limitu reģistrs neļauj programmai pēc programmas piekļūt nevienai atmiņas daļai. Tādējādi ar šīs shēmas palīdzību tiek atrisinātas abas problēmas: programmu aizsardzība un kustība.

Datu pārbaudes un konvertēšanas rezultātā programmas ģenerētā adrese, ko sauc par virtuālo adresi, tiek pārtulkota atmiņas izmantotajā adresē un tiek saukta par fizisko adresi. Ierīci, kas veic verifikāciju un pārveidošanu, sauc par atmiņas pārvaldības vienību (MMU). Atmiņas pārvaldnieks atrodas procesora shēmā vai tuvu tai, bet loģiski atrodas starp procesoru un atmiņu.

Sarežģītāks atmiņas pārvaldnieks sastāv no diviem bāzes un ierobežojumu reģistru pāriem. Viens pāris ir paredzēts programmas tekstam, otrs - datiem. Komandu reģistrs un visas atsauces uz programmas tekstu darbojas ar pirmo reģistru pāri, datu atsauces izmanto otro reģistru pāri. Pateicoties šim mehānismam, kļūst iespējams koplietot vienu programmu starp vairākiem lietotājiem, vienlaikus saglabājot tikai vienu programmas kopiju RAM, kas vienkāršā shēmā ir izslēgta. Kad darbojas programma Nr. 1, četri reģistri atrodas, kā parādīts 4. (b) attēlā pa kreisi, kad programma Nr. 2 darbojas - labajā pusē. Atmiņas pārvaldnieka pārvaldība ir operētājsistēmas funkcija.

Nākamais atmiņas struktūrā ir magnētiskais disks (cietais disks). Diska atmiņa ir par divām kārtām lētāka nekā RAM bitu ziņā un lielāka izmēra, taču piekļuve diskā esošajiem datiem prasa apmēram trīs kārtas ilgāk. Cietā diska zemā ātruma iemesls ir fakts, ka disks ir mehāniska struktūra. Cietais disks sastāv no vienas vai vairākām metāla plāksnēm, kas griežas pie 5400, 7200 vai 10800 apgr./min (5. att.). Informācija tiek ierakstīta uz plāksnēm koncentrisku apļu veidā. Lasīšanas/rakstīšanas galviņas katrā konkrētajā pozīcijā var nolasīt gredzenu uz šķīvja, ko sauc par celiņu. Kopā sliedes noteiktai dakšas pozīcijai veido cilindru.

Katrs celiņš ir sadalīts vairākos sektoros, parasti 512 baiti katrā sektorā. Ieslēgts mūsdienu diskiārējos cilindros ir vairāk sektoru nekā iekšējos. Galvas pārvietošana no viena cilindra uz otru aizņem apmēram 1 ms, un pārvietošana uz patvaļīgu cilindru aizņem 5 līdz 10 ms atkarībā no diska. Kad galva atrodas virs vēlamās trases, jums jāgaida, līdz dzinējs pagriež disku tā, lai vajadzīgais sektors nonāktu zem galvas. Tas aizņem papildu 5 līdz 10 ms atkarībā no diska griešanās ātruma. Kad sektors atrodas zem galvas, lasīšanas vai rakstīšanas process notiek ar ātrumu no 5 MB / s (zema ātruma diskiem) līdz 160 MB / s (ātrdarbīgiem diskiem).

Pēdējo slāni aizņem magnētiskā lente. Šo datu nesēju bieži izmanto, lai izveidotu dublējumkopijas vieta cietajā diskā vai krātuve lieli komplekti datus. Lai piekļūtu informācijai, lente tika ievietota magnētiskās lentes lasītājā, pēc tam tika pārtīta uz pieprasīto bloku ar informāciju. Viss process aizņēma minūtes. Aprakstītā atmiņas hierarhija ir tipiska, taču dažos variantos var nebūt visi līmeņi vai citi to veidi (piemēram, optiskais disks). Jebkurā gadījumā, virzoties uz leju pa hierarhiju, nejaušās piekļuves laiks ievērojami palielinās no ierīces uz ierīci, un jauda pieaug līdzvērtīgi piekļuves laikam.

Papildus iepriekš aprakstītajiem veidiem, daudziem datoriem ir brīvpiekļuves lasāmatmiņa (ROM - tikai lasāmatmiņa, ROM, Read Only Memory - lasāmatmiņa), kas nezaudē savu saturu, pagriežot datorsistēmu. izslēgts. ROM tiek ieprogrammēts ražošanas procesā, un pēc tam tā saturu nevar mainīt. Dažos datoros ROM ir bootstrap programmas, kas tiek izmantotas datora startēšanai, un dažas I/O kartes zema līmeņa ierīču vadīšanai.

Elektriski dzēšamā ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) un zibatmiņas atmiņa (flash RAM) arī ir nemainīga, taču atšķirībā no ROM to saturu var izdzēst un pārrakstīt. Tomēr datu rakstīšana tiem aizņem daudz vairāk laika nekā rakstīšana RAM. Tāpēc tos izmanto tāpat kā ROM.

Ir vēl viens atmiņas veids - CMOS atmiņa, kas ir nepastāvīga un tiek izmantota, lai saglabātu pašreizējo datumu un pašreizējo laiku. Atmiņu darbina datorā iebūvēts akumulators, un tajā var būt konfigurācijas parametri (piemēram, norāde par to, no kura cietā diska jāsāknēt).

3. I/O ierīces

Citas ierīces, kas cieši mijiedarbojas ar operētājsistēmu, ir I/O ierīces, kas sastāv no divām daļām: kontrollera un pašas ierīces. Kontrolieris ir mikroshēma (čipsets) uz spraudņa plates, kas saņem un izpilda komandas no operētājsistēmas.

Piemēram, kontrolleris saņem komandu nolasīt no diska noteiktu sektoru. Lai izpildītu komandu, kontrolieris diska lineāro sektora numuru pārvērš cilindra, sektora un galvas skaitā. Pārveidošanas darbību sarežģī fakts, ka ārējos cilindros var būt vairāk sektoru nekā iekšējos. Pēc tam kontrolieris nosaka, kurā cilindrā tas atrodas Šis brīdis galvu, un dod impulsu secību, lai pārvietotu galvu uz vajadzīgo cilindru skaitu. Pēc tam kontrolieris gaida, līdz disks griežas, novietojot nepieciešamo sektoru zem galvas. Pēc tam bitu lasīšanas un glabāšanas procesi, kad tie nonāk no diska, galvenes noņemšana un aprēķināšana kontrolsumma. Tālāk kontrolieris apkopo saņemtos bitus vārdos un saglabā tos atmiņā. Lai veiktu šo darbu, kontrolleros ir iebūvēta programmaparatūra.

Pašai I/O ierīcei ir vienkāršs interfeiss, kuram jāatbilst vienam IDE standartam (IDE, Integrated Drive Electronics — iebūvēts piedziņas interfeiss). Tā kā kontrolieris slēpj ierīces saskarni, operētājsistēma redz tikai kontroliera saskarni, kas var atšķirties no ierīces saskarnes.

Tā kā kontrolieri dažādas ierīces I / O atšķiras viens no otra, tad to vadīšanai ir nepieciešama atbilstoša programmatūra - draiveri. Tāpēc katram kontrollera ražotājam ir jāpiegādā draiveri saviem atbalstītajiem kontrolleriem. operētājsistēmas. Ir trīs veidi, kā instalēt draiveri operētājsistēmā:

Atkārtoti savienojiet kodolu ar jauno draiveri un pēc tam restartējiet sistēmu. Šādi darbojas daudzas UNIX sistēmas;

Operētājsistēmā iekļautajā failā izveidojiet ierakstu, ka ir nepieciešams draiveris, un restartējiet sistēmu, sākotnējās sāknēšanas laikā operētājsistēma atradīs pareizais vadītājs un lejupielādējiet to; šādi darbojas operētājsistēma Windows;

Pieņemiet jaunus draiverus un ātri instalējiet tos, izmantojot operētājsistēmu, kamēr tā darbojas; metodi izmanto noņemamās USB un IEEE 1394 kopnes, kurām vienmēr ir nepieciešami dinamiski ielādēti draiveri.

Ir īpaši reģistri, lai sazinātos ar katru kontrolieri. Piemēram, minimālajam diska kontrollerim var būt reģistri diska adreses, atmiņas adreses, sektora numura un darbības virziena (lasīšanas vai rakstīšanas) norādīšanai. Lai aktivizētu kontrolieri, draiveris saņem komandu no operētājsistēmas, pēc tam pārvērš to vērtībās, kas piemērotas ierakstīšanai ierīces reģistros.

Dažos datoros I/O ierīču reģistri tiek kartēti uz operētājsistēmas adrešu telpu, lai tos varētu lasīt vai ierakstīt kā parastus vārdus atmiņā. Reģistru adreses tiek ievietotas RAM ārpus lietotāju programmām, lai aizsargātu lietotāju programmas no aparatūras (piemēram, izmantojot bāzes un limitu reģistrus).

Citos datoros ierīču reģistri atrodas īpašos I/O portos, un katram reģistram ir sava porta adrese. Šādās iekārtās IN un OUT instrukcijas ir pieejamas priviliģētā režīmā, kas ļauj vadītājiem lasīt un rakstīt reģistrus. Pirmā shēma novērš vajadzību pēc īpašām I/O komandām, bet izmanto zināmu adrešu telpu. Otrā shēma neietekmē adreses telpu, bet prasa īpašu instrukciju klātbūtni. Abas shēmas tiek plaši izmantotas. Datu ievade un izvade tiek veikta trīs veidos.

1. Lietotāja programma izdod sistēmas pieprasījumu, ko kodols pārvērš procedūras izsaukumā attiecīgajam draiverim. Pēc tam draiveris sāk I/O procesu. Šajā laikā draiveris veic ļoti īsu programmas ciklu, nepārtraukti aptaujājot ierīces, ar kuru tas strādā, gatavību (parasti ir kāds bits, kas norāda, ka ierīce joprojām ir aizņemta). Kad I/O darbība ir pabeigta, draiveris ievieto datus, kur tie ir nepieciešami, un atgriežas sākotnējā stāvoklī. Pēc tam operētājsistēma atgriež vadību programmai, kas veica zvanu. Šo metodi sauc par gatavību vai aktīvo gaidīšanu, un tai ir viens trūkums: procesoram ir jāveic ierīces aptauja, līdz tā ir pabeigusi savu darbu.

2. Draiveris startē ierīci un lūdz tai izdot pārtraukumu I/O beigās. Pēc tam vadītājs atgriež datus, operētājsistēma, ja nepieciešams, bloķē zvanītāju un sāk veikt citus uzdevumus. Kad kontrolieris konstatē datu pārsūtīšanas beigas, tas ģenerē pārtraukumu, lai signalizētu par darbības pabeigšanu. I/O ieviešanas mehānisms ir šāds (6.a att.):

1. darbība: draiveris nosūta kontrolierim komandu, ierakstot informāciju ierīču reģistros; kontrolieris startē I/O ierīci.

2. darbība. Pēc lasīšanas vai rakstīšanas pabeigšanas kontrolieris nosūta signālu uz pārtraukuma kontrollera mikroshēmu.

3. darbība: ja pārtraukuma kontrolieris ir gatavs saņemt pārtraukumu, tas nosūta signālu uz noteiktu CPU tapu.

4. darbība. Pārtraukšanas kontrolieris ievieto I/O ierīces numuru kopnē, lai centrālais procesors varētu to nolasīt un zināt, kura ierīce ir pabeigta. Kad centrālais procesors saņem pārtraukumu, programmas skaitītāja (PC) saturs un procesora statusa vārds (PSW) tiek nospiests uz pašreizējo steku, un procesors pārslēdzas uz priviliģēto darbības režīmu (operētājsistēmas kodola režīmu). I/O ierīces numuru var izmantot kā indeksu atmiņas daļai, ko izmanto, lai meklētu pārtraukumu apstrādātāja adresi. šo ierīci. Šo atmiņas daļu sauc par pārtraukuma vektoru. Kad tiek startēts pārtraukumu apstrādātājs (ierīces draivera daļa, kas nosūtīja pārtraukumu), tas no steka noņem programmas skaitītāju un procesora statusa vārdu, saglabā tos un pieprasa ierīcei informāciju par tās stāvokli. Pēc pārtraukuma apstrādes pabeigšanas vadība atgriežas pie iepriekš darbojušās lietotāja programmas, pie komandas, kuras izpilde vēl nav pabeigta (6. att. b).

3. Ievades-izejas informācijai tiek izmantots tiešās atmiņas piekļuves kontrolieris (DMA, Direct Memory Access), kas kontrolē bitu plūsmu starp RAM un dažiem kontrolleriem bez pastāvīgas centrālā procesora iejaukšanās. Procesors izsauc DMA mikroshēmu, norāda, cik baitu jāpārsūta, norāda ierīces un atmiņas adreses un datu pārsūtīšanas virzienu, kā arī ļauj mikroshēmai pašai par sevi parūpēties. Pēc pabeigšanas DMA uzsāk pārtraukumu, kas tiek atbilstoši apstrādāts.

Pārtraukumi var rasties nepiemērotā laikā, piemēram, apstrādājot citu pārtraukumu. Šī iemesla dēļ centrālajam procesoram ir iespēja atspējot pārtraukumus un iespējot tos vēlāk. Kamēr pārtraukumi ir atspējoti, visas ierīces, kas ir pabeigušas savu darbu, turpina sūtīt signālus, taču procesors netiek pārtraukts, līdz tiek iespējoti pārtraukumi. Ja vairākas ierīces vienlaikus pārtrauc darbību, kamēr pārtraukumi ir atspējoti, pārtraukumu kontrolleris izlemj, kura no tām ir jāapstrādā vispirms, parasti pamatojoties uz katrai ierīcei piešķirtajām statiskajām prioritātēm.

Pentium datorsistēmai ir astoņas kopnes (kešatmiņas kopne, vietējā kopne, atmiņas kopne, PCI, SCSI, USB, IDE un ISA). Katrai kopnei ir savs datu pārraides ātrums un savas funkcijas. Lai pārvaldītu datoru un tā konfigurāciju, operētājsistēmai ir jābūt informācijai par visām kopnēm.

ISA kopne (Industry Standard Architecture, nozares standarta arhitektūra) - pirmo reizi parādījās IBM PC / AT datoros, darbojas ar frekvenci 8,33 MHz un var pārsūtīt divus baitus vienā pulkstenī ar maksimālo ātrumu 16,67 MB / s .; tas ir iekļauts atpakaļsaderībai ar vecākām lēnām I/O kartēm.

PCI kopne (Peripheral Component Interconnect, Peripheral Device Interface) - ko Intel izveidojis kā ISA kopnes pēcteci, var darboties ar frekvenci 66 MHz un pārsūtīt 8 baitus uz pulksteni ar ātrumu 528 MB / s. Šobrīd PCI kopne izmantot lielāko daļu ātrgaitas I/O ierīču, kā arī datorus ar procesoriem, kas nav Intel procesori, jo daudzas I/O kartes ir ar to saderīgas.

Pentium sistēmas lokālo kopni izmanto centrālais procesors, lai nosūtītu datus uz PCI tilta mikroshēmu, kas piekļūst atmiņai, izmantojot īpašu atmiņas kopni, kas bieži darbojas ar 100 MHz.

Kešatmiņas kopne tiek izmantota, lai savienotu ārējo kešatmiņu, jo Pentium sistēmām ir procesorā iebūvēta pirmā līmeņa kešatmiņa (L1 kešatmiņa) un liela ārējā otrā līmeņa kešatmiņa (L2 kešatmiņa).

IDE kopne tiek izmantota, lai savienotu perifērijas ierīces: diskus un CD-ROM diskus. Kopne ir PC/AT diska kontrollera saskarnes pēctecis, un tagad tā ir standarta visās Pentium balstītajās sistēmās.

USB kopne (Universal Serial Bus, universāla seriālā kopne) ir paredzēts lēnu I/O ierīču (tastatūras, peles) savienošanai ar datoru. Tas izmanto nelielu četru vadu savienotāju, no kura divi vadi nodrošina barošanu USB ierīcēm.

USB kopne ir centralizēta kopne, kurā saimniekdators ik pēc milisekundes aptauj I/O ierīces, lai noskaidrotu, vai tām ir dati. Tas var pārvaldīt datu lejupielādi ar ātrumu 1,5 MB/s. Visas USB ierīces izmanto vienu un to pašu draiveri, tāpēc tās var pievienot sistēmai bez sistēmas pārstartēšanas.

SCSI kopne (Small Computer System Interface, mazo datoru sistēmas saskarne) ir augstas veiktspējas kopne, ko izmanto ātriem diskdziņiem, skeneriem un citām ierīcēm, kurām nepieciešams ievērojams joslas platums. Tā veiktspēja sasniedz 160 MB / s. SCSI kopne tiek izmantota Macintosh sistēmās, un tā ir populāra UNIX sistēmās un citās uz Intel balstītajās sistēmās.

IEEE 1394 (FireWire) kopne ir bitu seriālā kopne un atbalsta sērijveida datu pārraides ātrumu līdz 50 MB/s. Šī funkcija ļauj datoram pievienot pārnēsājamas digitālās videokameras un citas multivides ierīces. Atšķirībā no riepām USB kopne IEEE 1394 nav centrālā kontrollera.

Operētājsistēmai ir jāspēj atpazīt aparatūras komponentus un jāspēj tos konfigurēt. Šī prasība ir novedusi no Intel un Microsoft izstrādāt personālo datoru sistēmu, ko sauc par plug and play. Pirms šīs sistēmas katrai I/O platei bija fiksētas I/O reģistra adreses un pārtraukuma pieprasījuma līmenis. Piemēram, tastatūra izmantoja pārtraukumu 1 un adreses diapazonā no 0x60 līdz 0x64; diskešu kontrolleris izmantoja pārtraukumu 6 un adreses no 0x3F0 līdz 0x3F7; printeris izmantoja pārtraukumu 7 un adreses no 0x378 līdz 0x37A.

Ja lietotājs iegādājās skaņas karti un modemu, gadījās, ka šīs ierīces nejauši izmantoja vienu un to pašu pārtraukumu. Izcēlās konflikts, tāpēc ierīces nevarēja darboties kopā. Iespējamais risinājums tas bija katrā platē iebūvēt DIP slēdžu komplektu (džemperi, džemperis - džemperis) un katru plati konfigurēt tā, lai dažādu ierīču portu adreses un pārtraukumu numuri nebūtu pretrunā viens ar otru.

Plug and play ļauj operētājsistēmai automātiski apkopot informāciju par I/O ierīcēm, centralizēti piešķirt pārtraukumu līmeņus un I/O adreses un pēc tam ziņot par šo informāciju katrai platei. Šāda sistēma darbojas Pentium datoros. Katrs dators ar Pentium procesors satur mātesplati, uz kuras atrodas programma - BIOS sistēma (Basic Input Output System - pamata ievades-izejas sistēma). BIOS satur zema līmeņa I/O programmas, tostarp procedūras lasīšanai no tastatūras, informācijas parādīšanai ekrānā, datu ievadei/izvadīšanai no diska un tā tālāk.

Kad dators sāk palaist, tiek startēta BIOS sistēma, kas pārbauda sistēmā instalētās RAM apjomu, tastatūras un citu galveno ierīču savienojumu un pareizu darbību. Pēc tam BIOS pārbauda ISA un PCI kopnes un visas tām pievienotās ierīces. Dažas no šīm ierīcēm ir tradicionālas (iepriekš pievienojiet un atskaņojiet). Tiem ir fiksēti pārtraukumu līmeņi un I/O porta adrese (piemēram, iestatīta, izmantojot I/O plates slēdžus vai džemperus, kurus operētājsistēma nevar mainīt). Šīs ierīces tiek reģistrētas, pēc tam tiek veikta plug and play ierīču reģistrācija. Ja esošās ierīces atšķiras no tām, kas bija pēdējās sāknēšanas laikā, jaunās ierīces tiek konfigurētas.

Pēc tam BIOS nosaka, no kuras ierīces palaist, izmēģinot katru pēc kārtas no CMOS atmiņā saglabātā saraksta. Lietotājs var modificēt šo sarakstu, ievadot BIOS konfigurācijas programmu tūlīt pēc sāknēšanas. Parasti vispirms tiek mēģināts palaist no disketes. Ja tas neizdodas, tiek izmēģināts kompaktdisks. Ja datoram nav gan disketes, gan kompaktdiska, sistēma tiek sāknēta no cietā diska. No sāknēšanas ierīces pirmais sektors tiek nolasīts atmiņā un izpildīts. Šajā sektorā ir programma, kas pārbauda nodalījuma tabulu sāknēšanas sektora beigās, lai noteiktu, kurš nodalījums ir aktīvs. Pēc tam sekundārais sāknēšanas ielādētājs tiek nolasīts no tā paša nodalījuma. Tas nolasa operētājsistēmu no aktīvā nodalījuma un palaiž to.

Pēc tam operētājsistēma aptauj BIOS, lai iegūtu informāciju par datora konfigurāciju, un katrai ierīcei pārbauda draiveri. Ja draivera nav, operētājsistēma pieprasa lietotājam ievietot disketi vai kompaktdisku, kurā ir draiveris (šos diskus piegādā ierīces ražotājs). Ja visi draiveri ir ievietoti, operētājsistēma tos ielādē kodolā. Pēc tam tas inicializē draiveru tabulas, izveido visus nepieciešamos fona procesus un palaiž paroles ievades programmu vai GUI katrā terminālī.

5. Datortehnoloģiju attīstības vēsture

Visi ar IBM saderīgie personālie datori ir aprīkoti ar Intel saderīgiem procesoriem. Intel saimes mikroprocesoru attīstības vēsture ir īsi šāda. Intel pirmais universālais mikroprocesors parādījās 1970. gadā. To sauca par Intel 4004, tas bija četru bitu, un tam bija iespēja ievadīt/izvadīt un apstrādāt četru bitu vārdus. Tā ātrums bija 8000 operāciju sekundē. Intel 4004 mikroprocesors bija paredzēts lietošanai programmējamos kalkulatoros ar 4K baitu atmiņu.

Trīs gadus vēlāk Intel izlaida 8080 procesoru, kas jau varēja veikt 16 bitu aritmētiskās darbības, kam bija 16 bitu adrešu kopne un tādējādi varēja adresēt līdz 64 KB atmiņu (2516 0 = 65536). 1978. gads iezīmējās ar procesora 8086 izlaišanu ar vārda lielumu 16 biti (divi baiti), 20 bitu kopni un jau varēja darboties ar 1 MB atmiņu (2520 0 = 1048576 jeb 1024 KB), kas sadalīta bloki (segmenti) pa 64 KB katrā. 8086 procesors bija aprīkots ar datoriem, kas bija saderīgi ar IBM PC un IBM PC / XT. Nākamais lielais solis jaunu mikroprocesoru izstrādē bija 8028b procesors, kas parādījās 1982. gadā. Tam bija 24 bitu adrešu kopne, tā varēja apstrādāt 16 megabaitus adrešu telpas, un tā tika instalēta datoros, kas bija saderīgi ar IBM PC/AT. 1985. gada oktobrī tika izlaists 80386DX ar 32 bitu adrešu kopni (maksimālā adrešu telpa ir 4 GB), bet 1988. gada jūnijā tika izlaists 80386SX, kas bija lētāks nekā 80386DX un tam bija 24 bitu adrešu kopne. Pēc tam 1989. gada aprīlī parādās 80486DX mikroprocesors un 1993. gada maijā pirmā Pentium procesora versija (abi ar 32 bitu adrešu kopni).

1995. gada maijā Maskavā starptautiskajā izstādē Komtek-95 Intel prezentēja jauns procesors- P6.

Viens no svarīgākajiem P6 dizaina mērķiem bija dubultot Pentium procesora veiktspēju. Tajā pašā laikā pirmo P6 versiju ražošana tiks veikta pēc jau atkļūdotā "Intel" un izmantota ražošanā. jaunākās versijas Pentium pusvadītāju tehnoloģija (0,6 µm, Z, Z V).

Izmantojot to pašu ražošanas procesu, tiek nodrošināts, ka P6 masveida ražošanu var sasniegt bez lielām problēmām. Tomēr tas nozīmē, ka veiktspējas dubultošana tiek panākta tikai ar visaptverošiem procesora mikroarhitektūras uzlabojumiem. P6 mikroarhitektūra tika izstrādāta, izmantojot rūpīgi pārdomātu un noregulētu dažādu arhitektūras metožu kombināciju. Dažus no tiem iepriekš pārbaudīja "lielo" datoru procesoros, dažus ierosināja akadēmiskās institūcijas, pārējos izstrādāja Intel uzņēmuma inženieri. Šī unikālā arhitektūras iezīmju kombinācija, ko Intel dēvē par "dinamisku izpildi", ļāva pirmajām P6 mikroshēmām pārsniegt to sākotnēji paredzēto veiktspējas līmeni.

Salīdzinot ar alternatīvajiem x86 saimes "Intel" procesoriem, izrādās, ka P6 mikroarhitektūrai ir daudz kopīga ar Nx586 procesoru mikroarhitektūru no NexGen un K5 no AMD, un, lai gan mazākā mērā, ar M1 no. Cyrix. Šī kopīgā iezīme ir izskaidrojama ar to, ka četru uzņēmumu inženieri risināja vienu un to pašu problēmu: ieviešot RISC tehnoloģijas elementus, vienlaikus saglabājot savietojamību ar Intel x86 CISC arhitektūru.

Divi kristāli vienā korpusā

Galvenā P6 priekšrocība un unikālā iezīme ir novietojums vienā pakotnē ar procesoru sekundārā statiskā kešatmiņa 256 KB, kas savienota ar procesoru, izmantojot īpašu kopni. Šim dizainam vajadzētu ievērojami vienkāršot uz P6 balstītu sistēmu dizainu. P6 ir pirmais sērijveidā ražotais mikroprocesors, kas satur divas mikroshēmas vienā iepakojumā.

CPU die P6 satur 5,5 miljonus tranzistoru; otrā līmeņa kešatmiņas kristāls - 15,5 milj. Salīdzinājumam, jaunākajā Pentium modelī bija aptuveni 3,3 miljoni tranzistoru, un L2 kešatmiņa tika ieviesta, izmantojot ārēju atmiņas mikroshēmu komplektu.

Tik liels tranzistoru skaits kešatmiņā ir saistīts ar tā statisko raksturu. Statiskā atmiņa P6 izmanto sešus tranzistorus, lai saglabātu vienu bitu, savukārt dinamiskā atmiņa izmantotu vienu tranzistoru uz bitu. Statiskā atmiņa ir ātrāka, bet dārgāka. Lai gan tranzistoru skaits mikroshēmā ar sekundāro kešatmiņu ir trīs reizes lielāks nekā procesora mikroshēmā, kešatmiņas fiziskie izmēri ir mazāki: 202 kvadrātmilimetri pret procesora 306. Abi presformas ir ievietotas kopā 387 tapu keramikas iepakojumā ("divdobuma pin-drid masīvs"). Abas presformas tiek ražotas, izmantojot vienu un to pašu tehnoloģiju (0,6 µm, 4 slāņu Metal-BiCMOS, 2,9 V). Paredzamais maksimālais enerģijas patēriņš: 20 W pie 133 MHz.

Pirmais iemesls procesora un sekundārās kešatmiņas apvienošanai vienā pakotnē ir veicināt augstas veiktspējas sistēmu projektēšanu un ražošanu, pamatojoties uz P6. Uzturētas skaitļošanas sistēmas veiktspēja ātrs procesors, ir ļoti atkarīgs no procesora vides mikroshēmu, jo īpaši sekundārās kešatmiņas, precīzās noregulēšanas. Ne visi datoru ražotāji var atļauties attiecīgo pētījumu. P6 sekundārā kešatmiņa jau ir optimāli noregulēta uz procesoru, tādējādi atvieglojot mātesplates dizainu.

Otrs apvienošanas iemesls ir veiktspējas uzlabošana. Otrā līmeņa kzsh ir savienots ar procesoru ar speciāli tam paredzētu 64 bitu platu kopni un darbojas ar tādu pašu takts frekvenci kā procesors.

Pirmie 60 un 66 MHz Pentium procesori piekļuva sekundārajai kešatmiņai, izmantojot 64 bitu kopni ar tādu pašu takts ātrumu. Tomēr, palielinoties Pentium pulksteņa ātrumam, dizaineriem kļuva pārāk grūti un dārgi uzturēt šo frekvenci mātesplatē. Tāpēc sāka izmantot frekvenču dalītājus. Piemēram, 100 MHz Pentium ārējā kopne darbojas ar 66 MHz frekvenci (90 MHz Pentium - attiecīgi 60 MHz). Pentium izmanto šo kopni gan sekundārajai kešatmiņai, gan piekļuvei galvenajai atmiņai un citām ierīcēm, piemēram, PCI mikroshēmu komplektam.

Īpašas kopnes izmantošana, lai piekļūtu sekundārajai kešatmiņai, uzlabo skaitļošanas sistēmas veiktspēju. Pirmkārt, tādējādi tiek panākta pilnīga procesora un kopnes ātruma sinhronizācija; otrkārt, ir izslēgta konkurence ar citām I/O operācijām un ar to saistītās kavēšanās. L2 kešatmiņas kopne ir pilnībā nošķirta no ārējās kopnes, caur kuru tiek piekļūta atmiņai un ārējās ierīces. 64 bitu ārējā kopne var darboties ar pusi, vienu trešdaļu vai vienu ceturtdaļu procesora ātruma, bet sekundārā kešatmiņas kopne darbojas neatkarīgi pilnā ātrumā.

Procesora un sekundārās kešatmiņas apvienošana vienā pakotnē un saziņa, izmantojot īpašu kopni, ir solis pretī veiktspējas uzlabošanas metodēm, ko izmanto jaudīgākajos RISC procesoros. Tātad Alpha 21164 procesorā no "Digital" otrā līmeņa kešatmiņa 96 kb atrodas procesora kodolā, tāpat kā primārā kešatmiņa. Tas nodrošina ļoti augstu kešatmiņas veiktspēju, palielinot tranzistoru skaitu vienā mikroshēmā līdz 9,3 miljoniem. Alpha 21164 veiktspēja ir 330 SPECint92 pie 300 MHz. P6 veiktspēja ir zemāka (Intel lēš, ka 200 SPECint92 pie 133MHz), bet P6 nodrošina vislabāko izmaksu un veiktspējas attiecību savā potenciālajā tirgū.

Izvērtējot izmaksu un veiktspējas attiecību, jāņem vērā, ka, lai gan P6 var būt dārgāks par konkurentiem, lielākajai daļai citu procesoru vajadzētu būt ieskautam ar papildu atmiņas mikroshēmu komplektu un kešatmiņas kontrolieri. Turklāt, lai sasniegtu salīdzināmu kešatmiņas veiktspēju, citiem procesoriem būs jāizmanto kešatmiņa, kas lielāka par 256 KB.

"Intel" parasti piedāvā daudzas savu procesoru variācijas. Tas tiek darīts, lai apmierinātu daudzveidīgās sistēmu izstrādātāju prasības un atstātu mazāk vietas konkurentu modeļiem. Līdz ar to varam pieņemt, ka drīz pēc P6 iznākšanas parādīsies gan modifikācijas ar palielinātu sekundārās kešatmiņas apjomu, gan lētākas modifikācijas ar ārēju sekundārās kešatmiņas vietu, bet ar speciālu kopni starp sekundāro kešatmiņu un procesoru.

Pentium kā sākumpunkts

Pentium procesors ar konveijeru un superskalāru arhitektūra ir sasniegusi iespaidīgu veiktspējas līmeni. Pentium satur divus 5 pakāpju cauruļvadus, kas var darboties paralēli un izpildīt divus veselu skaitļu instrukcijas uz mašīnas pulksteni. Šajā gadījumā paralēli var izpildīt tikai pāris komandu, kas programmā seko viena pēc otras un atbilst noteiktiem noteikumiem, piemēram, nav "rakstīt pēc lasīšanas" tipa reģistra atkarības.

P6, lai palielinātu caurlaidspēju, tika veikta pāreja uz vienu 12 pakāpju cauruļvadu. Posmu skaita pieaugums noved pie katrā posmā veiktā darba samazināšanās un līdz ar to komandas pavadītā laika katrā posmā samazināšanās par 33 procentiem, salīdzinot ar Pentium. Tas nozīmē, ka, izmantojot to pašu tehnoloģiju P6 ražošanā, kā 100 MHz Pentium ražošanā, tiks iegūts P6, kura takts frekvence ir 133 MHz.

Pentium superskalārās arhitektūras iespējas ar spēju izpildīt divas instrukcijas katrā pulkstenī būtu grūti pārspēt bez pilnīgi jaunas pieejas. Jaunā pieeja, kas tiek izmantota P6, novērš stingro atkarību starp tradicionālajām "iegūšanas" un "izpildīšanas" fāzēm, kad komandu secība, kas iet caur šīm divām fāzēm, atbilst komandu secībai programmā.

Jaunā pieeja ir saistīta ar tā sauktā komandu pūla izmantošanu un ar jaunu efektīvas metodes prognozēt programmas turpmāko darbību. Šajā gadījumā tradicionālā "izpildes" fāze tiek aizstāta ar divām: "nosūtīšana/izpilde" un "atcelšana". Rezultātā komandas var sākt izpildi jebkurā secībā, taču tās vienmēr tiek pabeigtas saskaņā ar to sākotnējo secību programmā. P6 kodols ir realizēts kā trīs neatkarīgas ierīces, kas mijiedarbojas, izmantojot instrukciju kopu (1. att.).

Galvenā problēma ceļā uz veiktspējas uzlabošanu

Lēmums organizēt P6 kā trīs neatkarīgas ierīces, kas mijiedarbojas, izmantojot instrukciju kopumu, tika pieņemts pēc rūpīgas mūsdienu mikroprocesoru veiktspēju ierobežojošo faktoru analīzes. Galvenais fakts, kas attiecas uz Pentium un daudziem citiem procesoriem, ir tāds, ka reālās programmas neizmanto visu procesora jaudu.

Lai gan procesora ātrums pēdējo 10 gadu laikā ir palielinājies vismaz 10 reizes, galvenās atmiņas piekļuves laiks ir samazinājies tikai par 60 procentiem. Šī pieaugošā atmiņas veiktspējas nobīde attiecībā pret procesora ātrumu bija galvenā problēma, kas bija jārisina, izstrādājot P6.

Viena no iespējamām pieejām šīs problēmas risināšanai ir koncentrēt uzmanību uz augstas veiktspējas komponentu izstrādi ap procesoru. Tomēr tādu sistēmu masveida ražošana, kurās ir gan augstas veiktspējas procesors, gan liela ātruma īpašas vides mikroshēmas, būtu pārāk dārgi.

Problēmu varētu mēģināt atrisināt ar brutālu spēku, proti, palielināt otrā līmeņa kešatmiņas izmērus, lai samazinātu to gadījumu procentuālo daļu, kad kešatmiņā neatrodas nepieciešamie dati.

Šis risinājums ir efektīvs, taču arī ārkārtīgi dārgs, īpaši ņemot vērā mūsdienu prasības L2 kešatmiņas komponentiem. P6 tika izstrādāts no pilnīgas skaitļošanas sistēmas efektīvas ieviešanas viedokļa, un tika prasīts, lai visas sistēmas augstā veiktspēja tiktu sasniegta, izmantojot lētu atmiņas apakšsistēmu.

Tādējādi P6 arhitektūras metožu kombinācija, piemēram, uzlabota zaru prognozēšana (gandrīz vienmēr pareizi nosaka nākamo instrukciju secību), datu plūsmas analīze (nosaka optimālo instrukciju izpildes secību) un iepriekšēja izpilde (tiek izpildīta paredzamā instrukciju secība bez dīkstāves laika optimālā secībā), ļāva mums dubultot veiktspēju salīdzinājumā ar Pentium, izmantojot to pašu ražošanas tehnoloģiju. Šo metožu kombināciju sauc par dinamisko izpildi.

Intel šobrīd izstrādā jaunu 0,35 mikronu ražošanas tehnoloģiju, kas ļaus ražot P6 procesorus ar kodola takts frekvenci virs 200 MHz.

P6 kā platforma jaudīgu serveru veidošanai

Starp nozīmīgākajiem Datoru attīstības tendences pēdējos gados var identificēt kā uz x86 procesoru saimi balstītu sistēmu kā lietojumprogrammu serveru pieaugošo izmantošanu un "Intel" pieaugošo lomu kā bezprocesoru tehnoloģiju, piemēram, autobusu, piegādātāja, tīkla tehnoloģijas, video kompresijas, zibatmiņas un sistēmas administrēšanas rīki.

P6 procesora izlaišana turpina Intel politiku, lai masu tirgū ieviestu iespējas, kas iepriekš bija rezervētas dārgākiem datoriem. Paritāte ir nodrošināta iekšējiem reģistriem P6, un 64 bitu kopne, kas savieno procesora kodolu un otrā līmeņa kešatmiņu, ir aprīkota ar kļūdu noteikšanas un labošanas rīkiem. P6 iebūvētās jaunās diagnostikas iespējas ļauj ražotājiem izstrādāt uzticamākas sistēmas. P6 nodrošina iespēju caur procesora kontaktiem saņemt informāciju par vairāk nekā 100 procesora mainīgajiem vai notikumiem, kas notiek procesorā, piemēram, par datu neesamību kešatmiņā, reģistru saturu, pašmodificējoša koda parādīšanos utt. vai izmantojot programmatūru. Operētājsistēma un citas programmas var nolasīt šo informāciju, lai noteiktu procesora stāvokli. P6 ir arī uzlabots kontrolpunktu atbalsts, tas ir, tas nodrošina iespēju kļūdas gadījumā atgriezt datoru iepriekš fiksētā stāvoklī.

Līdzīgi dokumenti

Datortehnoloģijas parādījās jau sen, jo vajadzība pēc dažāda veida aprēķiniem pastāvēja civilizācijas attīstības rītausmā. Strauja skaitļošanas tehnikas attīstība. Pirmo personālo datoru, minidatoru izveide kopš divdesmitā gadsimta 80. gadiem.

abstrakts, pievienots 25.09.2008


Datortehnikas tehniskās un profilaktiskās apkopes sistēmu raksturojums. Diagnostikas programmas operētājsistēmām. Automatizēto vadības sistēmu attiecības. Aizsargājiet datoru no ārējām nelabvēlīgām ietekmēm.

abstrakts, pievienots 25.03.2015


Informācijas analītiskās sistēmas izstrāde datortehnoloģiju konfigurācijas analīzei un optimizēšanai. Datortehnoloģiju automatizētās vadības struktūra. Programmatūra, projekta ekonomiskās efektivitātes pamatojums.

diplomdarbs, pievienots 20.05.2013


Datortehnoloģiju izstrādes manuālais posms. Pozīciju skaitļu sistēma. Mehānikas attīstība 17. gs. Elektromehāniskais posms datortehnoloģiju attīstībā. Piektās paaudzes datori. Iespējas un specifiskas īpatnības superdators.

kursa darbs, pievienots 18.04.2012


Personālā datora (PC) ierīce un darbības princips. Datoru veselības diagnostika un traucējummeklēšana. Uzdevumi Apkope datoru iespējas. Metožu izstrāde iekārtu uzturēšanai darba stāvoklī.

kursa darbs, pievienots 13.07.2011


Ārvalstu, pašmāju prakses izpēte datortehnoloģiju attīstībā, kā arī datoru attīstības perspektīvas tuvākajā nākotnē. Datortehnoloģijas. Datorrūpniecības attīstības posmi mūsu valstī. Datoru un sakaru apvienošana.

kursa darbs, pievienots 27.04.2013


Projektēšanas procedūru klasifikācija. Datortehnoloģiju un inženierprojektēšanas sintēzes vēsture. Datorizētās projektēšanas sistēmu funkcijas, to programmatūra. Trīsdimensiju skeneru, manipulatoru un printeru izmantošanas iezīmes.

abstrakts, pievienots 25.12.2012


Datu apstrādes automatizācija. Informātika un tās praktiskie rezultāti. Digitālās datortehnikas radīšanas vēsture. Elektromehāniskie datori. Lietošana elektroniskās lampas un pirmās, trešās un ceturtās paaudzes datori.

diplomdarbs, pievienots 23.06.2009


Personālā datora jēdziens un īpašības, tā galvenās daļas un to mērķis. Informātikas mācīšanas līdzekļi un darba organizācijas iezīmes datortehnoloģiju birojā. Darba vietas aprīkojums un programmatūras lietojumprogramma.

abstrakts, pievienots 09.07.2012


Datorsistēmas sastāvs - datora konfigurācija, tā aparatūra un programmatūra. Ierīces un ierīces, kas veido personālā datora aparatūras konfigurāciju. Galvenā atmiņa, I/O porti, perifērijas ierīces adapteris.