Datortehnoloģiju sastāvs. Datortehnoloģiju pamatīpašības. Datortehnoloģiju attīstības vēsture

Datortehnoloģijas jēdziens ir tehnisku un matemātisko līdzekļu, metožu un paņēmienu kopums, ko izmanto, lai mehanizētu un automatizētu aprēķinu un informācijas apstrādes procesus. Mūsdienu skaitļošanas tehnikas pamatu veido elektroniskie datori (datori), ievades, izvades, prezentācijas un pārraides ierīces (skeneri, printeri, modemi, monitori, ploteri, tastatūras, magnētiskās lentes un diskdziņi utt.), klēpjdatori, mikrokalkulatori, elektroniskās piezīmju grāmatiņas utt.

Personālais dators ir galddators vai pārnēsājams viena lietotāja mikrodators, kas atbilst universālas 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 bitu MP;

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

3. paaudze (1986 – 1992) – uz 32 bitu MP bāzes;

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

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

Apstrādes elementi, kuru izmēri ir 10 un 12 nm, tuvākā gada laikā pilnībā izmainīs datoru pasauli: to biezums ir 10 000 reižu mazāks par cilvēka matu (100 000 nm), un to diametrs ir tuvu silīcija atomiem (0,3 nm).

Galvenie personālo datoru mikroprocesoru ražotāji šobrīd joprojām ir:

Intel ir pionieris modernu procesoru izveidē un ražošanā. Mūsdienās vispopulārākie personālie datori dārgo datoru tirgū ir datori ar procesoriem, kuru pamatā ir daudzkodolu arhitektūra. Intel Core.

2012. gada aprīlī Intel iepazīstināja ar četrkodolu Intel® Core™ procesoru saimes trešo paaudzi, kas ir pieejama jaudīgā versijā. galddatoru sistēmas profesionālas klases un mobilie un plāni viss vienā datori, kas aprīkoti ar pasaulē pirmajām 22 nm mikroshēmām, izmantojot Tri-Gate 3D tranzistorus.

AMD (Advanced Micro Deviced) ir reālākais Intel konkurents. Vēl nesen tas ieņēma nišu datoru tirgū ar lētiem, bet ātriem procesoriem, kas paredzēti galvenokārt lētiem datoriem un jauninājumiem.

1999. gadā izveidojot Athlon procesorus, 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.

Šobrīd 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, paredzēts zinātnisku, tehnisku, ekonomisku un citu problēmu risināšanai un apmācībai. Šī klase ir visizplatītākā, un to parasti apkalpo neprofesionāli lietotāji;

Profesionālis, ko izmanto zinātnes jomā, lai atrisinātu sarežģītas informācijas un ražošanas problēmas. Tiem ir augstas tehniskās īpašības, un tos apkalpo profesionāli lietotāji.

Turklāt pēc konstrukcijas personālie datori ir sadalīti:

Klēpjdatori (“klēpjdatori”). 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 datoriem ( Galvenie procesori i7-3612QM, video līdz 6144 Mb, cietie diski – HDD virs 600 GB vai SSD līdz 256 GB;

ULTRABUK (angļu valodā Ultrabook) ir īpaši plāns un viegls klēpjdators, ar vēl mazākiem izmēriem un svaru, salīdzinot ar parastajiem piezīmjdatoriem, bet tajā pašā laikā - lielāko daļu pilnvērtīgam klēpjdatoram raksturīgo īpašību. Šis termins sāka plaši izplatīties 2011. gadā pēc tam, kad Intel Corporation prezentēja jaunu mobilo datoru klasi - ultrabooks, Intel un Apple koncepciju, kas izstrādāta, pamatojoties uz 2008. gadā izdoto. 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 - biezums līdz 20 mm un sver līdz 2 kg. Mazā izmēra dēļ ultrabook datoriem ir maz ārējo pieslēgvietu, un lielākajai daļai no tiem nav DVD diskdziņa.

Netbook ir klēpjdators ar salīdzinoši zemu veiktspēju, kas galvenokārt paredzēts piekļuvei internetam un darbam ar biroja lietojumprogrammām. Tam ir maza ekrāna diagonāle 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 atlase

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

III. Interpretēt komandu un palielināt programmas skaitītāju

Lasīšanas atmiņas šūnas saturu CPU interpretē kā komandu un ievieto komandu reģistrā. Vadības bloks sāk interpretēt komandu. Pamatojoties uz operācijas koda lauku no komandas pirmā vārda, CU nosaka tā garumu un, ja nepieciešams, organizē papildu nolasīšanas darbības, līdz CPU nolasa visu komandu. Komandas garums tiek pievienots programmas skaitītāja saturam, un, kad komanda ir pilnībā nolasīta, programmas skaitītājā tiek ģenerēta nākamās komandas adrese.

IV. Komandu atšifrēšana un komandu izpilde

Izmantojot instrukcijas adreses laukus, vadības bloks 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.

Vadības bloks un ALU veic instrukcijas darbības koda laukā norādīto darbību. Procesora karoga reģistrā tiek saglabāti operācijas raksturlielumi.

V. Ja nepieciešams, Kontrolieris veic operācija ar rezultātu ierakstīšanu atmiņā.

Ja pēdējā komanda nebija “apturēt procesoru”, 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 aizmugurējā sienā sistēmas bloks, vai ir ievietoti tieši sistēmas vienībā. Datoram ir modulāra struktūra. Visi moduļi ir savienoti ar sistēmas kopni.

Izmanto ārējo ierīču vadīšanai kontrolieri (VU adapteri) . Kontrolieris pēc komandas saņemšanas no MP, 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 u.c.) veiktspējas pieaugums ir novedis pie pieaugošas problēmas. joslas platums sistēmas kopne, pievienojot šīs ierīces. Lai atrisinātu šo problēmu, tika izstrādāti vietējie autobusi, kas savienoti tieši ar MP kopni.

Galvenā datora ierīce ir sistēmas bloks . Tas sastāv no CPU, kopprocesora, pastāvīgā 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 mikroshēmojumu, t.i. mikroshēmu (mikroshēmu) komplekts.

Mikroshēmojums nosaka galvenās plates iespējas:

· atbalstīto CPU veidi;

· maksimālā sistēmas kopnes 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 vai atmiņas kontrollera centrmezgla (Memory Controller Hub, MCH), kas apkalpo centrālās ierīces un satur kontrolleri galvenajai atmiņai, grafikas kopnei, sistēmas kopnei un atmiņas kopnei, un dienvidu tilts. tilts (South Bridge) vai I/O Controller Hub (ICH), kas satur kontrolierus I/O ierīcēm un standarta perifērijas ierīces.

Datora funkcionālā shēma - Atbilstoši tā mērķim dators - Šī ir universāla ierīce darbam ar informāciju. Saskaņā ar tā projektēšanas principiem dators ir cilvēka modelis, kas strādā ar informāciju.

Personālais dators(PC) ir dators, kas paredzēts vienas darbstacijas apkalpošanai. Tā raksturlielumi var atšķirties no lieldatoriem, taču funkcionāli tas 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. Sastāvdaļas, kas veido datora aparatūru, sauc par aparatūru. Viņi veic visu fizisko darbu ar datiem: reģistrāciju, uzglabāšanu, transportēšanu un pārveidošanu gan pēc formas, gan satura, kā arī uzrāda tos formā, kas ir ērta mijiedarbībai ar dabisko 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” citas programmas, piemēram, grāmatas tiek lasītas un mainītas. 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 to darbības secību, pietiek pārtraukt vienas programmas izpildi un sākt citas programmas izpildi, kas satur citu komandu kopu.

Datorā saglabāto programmu kopums to veido programmatūra. Darbībai sagatavoto programmu kopumu sauc par instalēto programmatūru. Programmu kopu, kas darbojas vienā vai otrā reizē, sauc par programmatūras konfigurāciju.

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

• ievades ierīces
• informācijas apstrādes ierīces
• atmiņas ierīces
• informācijas izvades ierīces.

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 konfigurācija ir minimālais aparatūras komplekts, kas ir pietiekams, lai sāktu darbu ar datoru. Laika gaitā pamatkonfigurācijas jēdziens 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- galvenais bloks datorsistēmu. Tajā ir ierīces, kas tiek uzskatītas par iekšējām. Ierīces, kas savienotas ar sistēmas bloku ārēji, tiek uzskatītas par ārējām. Termins perifērijas aprīkojums tiek lietots arī ārējām ierīcēm.
Monitors- ierīce simbolisku un vizuālai reproducēšanai grafiskā informācija. Kalpo kā izvades ierīce. Galddatoriem mūsdienās visizplatītākie monitori ir tie, 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 burtu un ciparu rakstzīmju datu veidā.
Pele- grafiskā vadības ierīce.

Personālā datora iekšējās ierīces.
Ierīces, kas atrodas sistēmas vienībā, tiek uzskatītas par iekšējām. Daži no tiem ir pieejami priekšējā panelī, kas ir ērti ātrai maiņai informācijas nesēji, piemēram, disketes magnētiskie diski. Dažu ierīču savienotāji atrodas 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
valsts 500 miljonus reižu. Lielākajai daļai darbību ar vienu pulksteņa ciklu nepietiek, tāpēc operāciju skaits, ko procesors var veikt sekundē, ir atkarīgs ne tikai no pulksteņa ātruma, bet arī no darbību sarežģītības.

Vienīgā ierīce, par kuras esamību procesors “zina kopš dzimšanas”, ir RAM – tā darbojas kopā ar to. No šejienes nāk dati un komandas. Dati tiek kopēti procesora šūnās (sauktas par reģistriem) un pēc tam pārveidoti atbilstoši instrukciju saturam. Pilnīgāku priekšstatu par to, kā procesors mijiedarbojas ar operatīvo atmiņu, iegūsit nodaļās par programmēšanas pamatiem.

RAM. RAM var uzskatīt par plašu šūnu klāstu, kas glabā ciparu 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 shēmas plate. Tajā ir maģistrāles, kas savieno procesoru ar operatīvo atmiņu - tā sauktās kopnes. Ir datu kopne, caur kuru procesors kopē datus no atmiņas šūnām, adrešu kopne, caur kuru tas savienojas ar konkrētām atmiņas šūnām, un komandu kopne, caur kuru procesors saņem komandas no programmām. Arī visas pārējās datora iekšējās ierīces ir savienotas ar mātesplates kopnēm. Mātesplates darbību kontrolē mikroprocesoru mikroshēmojums - tā sauktais mikroshēmojums.

Video adapteris. Video adapteris ir iekšēja ierīce, kas uzstādīta 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 atdalīts 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 audio rīki tiek uzskatīti par standarta. Lai to izdarītu, mātesplatē Skaņas adapteris ir uzstādīts. To var integrēt mātesplates mikroshēmojumā vai ieviest kā atsevišķu spraudkarti, ko sauc par skaņas karti.
Skaņas kartes savienotāji atrodas datora aizmugurējā sienā. Lai atskaņotu skaņu, tiem ir pievienoti skaļruņi 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 skaņas reproducēšanas aprīkojumu (magnetofoni, pastiprinātāji utt.).

HDD. Tā kā datora operatīvā atmiņa 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 pamatā ir ierakstīšanas galviņas tuvumā esošā magnētiskā lauka izmaiņu reģistrēšana.

Galvenā cietais parametrs Diska ietilpība tiek mērīta gigabaitos (miljardos baitu), GB. Vidējais mūsdienu cietā diska izmērs ir 80 - 160 GB, un šis parametrs nepārtraukti pieaug.

Diskešu disks. 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 ir padarījušas disketes par visizplatītāko datu nesēju.

Lai rakstītu un lasītu datus, kas saglabāti disketēs, tiek izmantota īpaša ierīce - diskdzinis. Diskdziņa saņemšanas atvere atrodas sistēmas vienības priekšējā panelī.

CD-ROM diskdzinis. Lai pārsūtītu lielu datu apjomu, ir ērti izmantot CD-ROM. Šie diski var nolasīt tikai 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. 80. gadu vidū apstiprinātais lasīšanas ātrums tiek pieņemts kā viens. mūzikas kompaktdiskiem (audio CD). Mūsdienu CD-ROM diskdziņi nodrošina lasīšanas ātrumu 40x - 52x.
Galvenais trūkums CD-ROM diskdziņi- disku ierakstīšanas neiespējamība - ir pārvarēta mūsdienu vienreiz rakstāmajās 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 savienotājā. Ports ir sarežģītāka ierīce nekā tikai savienotājs, kam ir savas mikroshēmas un kuru kontrolē programmatūra.

Tīkla adapteris. Tīkla adapteri ir nepieciešami, lai datori varētu sazināties savā starpā. Šī ierīce nodrošina, ka procesors nesūta jaunu datu daļu uz ārējo portu, kamēr blakus esošā datora tīkla adapteris nav nokopējis iepriekšējo daļu. Pēc tam apstrādātājam tiek dots signāls, ka dati ir savākti un var iesniegt jaunus. Šādi notiek pārsūtīšana.

Kad tīkla adapteris “uzzina” no blakus esošā adaptera, ka tam ir kāds datu gabals, tas tos kopē sev un pēc tam pārbauda, ​​vai tie ir tam adresēti. Ja jā, tas nodod tos procesoram. Ja nē, tas ievieto tos izvades portā, no kurienes nākamā blakus esošā datora tīkla adapteris tos uztvers. Šādi dati tiek pārvietoti starp datoriem, līdz tie sasniedz adresātu.
Tīkla adapterus var iebūvēt mātesplatē, bet biežāk tie tiek uzstādīti atsevišķi, papildu karšu veidā, ko sauc par tīkla kartēm.

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

Pamatojoties uz funkcionalitāti un risināmo uzdevumu raksturu, izšķir:

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 ir paredzēti, lai atrisinātu šaurāku uzdevumu loku, kas saistīti ar nelielu datu apjomu reģistrēšanu, uzkrāšanu un apstrādi.

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

Ar skaitļošanas procesa organizēšanu Datorus iedala viena procesora un daudzprocesora, kā arī secīgajos un paralēlajos.

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

Daudzprocesors. Datorā ir vairāki procesori, starp kuriem tiek pārdalītas skaitļošanas procesa organizēšanas un informācijas ievades/izvades ierīču pārvaldības funkcijas.

Konsekventa. 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. Tie darbojas vairāku programmu režīmā, kad datorā darbojas vairākas lietotāju programmas un starp šīm programmām tiek dalīti resursi, nodrošinot to paralēlu izpildi.

Pamatojoties uz arhitektūras iezīmēm un skaitļošanas jaudu, tos izšķir:

Apskatīsim shēmu datoru klasificēšanai pēc šī kritērija (1. att.).

1. att. Datoru klasifikācija pēc arhitektūras īpašībām

un skaitļošanas jaudu.

Superdatori- Šīs ir jaudīgākās skaitļošanas mašīnas ātruma un veiktspējas ziņā. Superdatori ietver “Cray” un “IBM SP2” (ASV). Tos izmanto liela mēroga skaitļošanas problēmu risināšanai un modelēšanai, sarežģītiem aprēķiniem aerodinamikā, meteoroloģijā, augstas enerģijas fizikā, kā arī tiek izmantotas finanšu sektorā.

Lielas mašīnas vai lieldatori. Lieldatori tiek izmantoti finanšu sektorā, aizsardzības kompleksā un tiek izmantoti departamentu, teritoriālo un reģionālo skaitļošanas centru personālam.

Vidēji datori plaši izmanto sarežģītu tehnoloģisko ražošanas procesu kontrolei.

Minidators paredzēti izmantošanai kā vadības datorsistēmas un tīkla serveri.

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

Personālie datori. Pēdējo 20 gadu laikā tas ir strauji attīstījies. Personālais dators (PC) ir paredzēts vienas darbstacijas apkalpošanai un var apmierināt mazo uzņēmumu un privātpersonu vajadzības. Līdz ar interneta parādīšanos personālo datoru popularitāte ir ievērojami palielinājusies, jo, izmantojot personālo datoru, var izmantot zinātnisku, uzziņu, izglītības un izklaides informāciju.

Personālie datori ietver galddatorus un klēpjdatorus. Portatīvie datori ietver piezīmjdatoru (piezīmju bloku vai Piezīmju grāmatiņa) un kabatas personālajiem datoriem (Personal Computers Handheld — Handheld PC, Personal Digital Assistant — PDA un Palmtop).

Iegultie datori. Datori, kurus izmanto dažādās ierīcēs, sistēmās un kompleksos konkrētu funkciju īstenošanai. Piemēram, auto diagnostika.

Kopš 1999. gada personālo datoru klasificēšanai tiek izmantots starptautisks sertifikācijas standarts PC99 specifikācija. Saskaņā ar šo specifikāciju personālie datori ir sadalīti šādās grupās:

· masu datori (Consumer PC);

· biznesa datori (Office PC);

· portatīvie datori (Mobile PC);

· darbstacijas (WorkStation);

· izklaides datori (Entertaiment PC).

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 vismaz grafikas un skaņas reproducēšanas rīkus.

Portatīvie datori atšķiras ar attālās piekļuves sakaru līdzekļu klātbūtni.

Darbstacijas atbilst paaugstinātajām prasībām attiecībā uz datu uzglabāšanas ierīču atmiņas ietilpību.

Izklaides datori koncentrējas uz augstas kvalitātes grafiku un skaņas reproducēšanu.

Autors dizaina iezīmes Datori ir sadalīti:

· stacionārs (desktop, Desktop);

pārnēsājams:

· pārnēsājams (klēpjdators);

· piezīmju grāmatiņas;

· kabata (Palmtop).

Lai efektīvi pētītu lietišķās datortehnoloģijas, ir ārkārtīgi svarīgi skaidri saprast datoru aparatūru un programmatūru. Datortehnoloģiju sastāvu sauc konfigurācija . Aparatūra un programmatūra Datortehnoloģijas parasti tiek aplūkotas atsevišķi. Attiecīgi viņi uzskata atsevišķi aparatūras konfigurācija un viņiem programmatūra konfigurācija Šis atdalīšanas princips ir īpaši svarīgs datorzinātnēs, jo ļoti bieži vienas un tās pašas problēmas var atrisināt gan ar aparatūru, gan programmatūru. Aparatūras vai programmatūras risinājuma izvēles kritēriji ir veiktspēja un efektivitāte. Piemēram, ierakstiet tekstu teksta redaktorā vai izmantojiet skeneri.

Personālā datora pamata aparatūras konfigurācija

Personālais dators – universāls tehniskā sistēma. Viņa konfigurācija (iekārtas sastāvs) var elastīgi mainīt pēc vajadzības. Tomēr ir jēdziens pamata konfigurācija , kas tiek uzskatīts par tipisku, t.i. minimālais aprīkojuma komplekts. Dators parasti nāk komplektā ar šo komplektu. Pamatkonfigurācijas jēdziens var atšķirties. Pašlaik tiek uzskatīts par pamata konfigurāciju 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 galvenā vienība, kurā ir uzstādīti vissvarīgākie komponenti. Sistēmas bloks (skat. 2.2., 2.3. att.) ir gadījums, kurā atrodas gandrīz visa datora aparatūra.

Tiek izsauktas ierīces, kas atrodas sistēmas vienības iekšpusē iekšējs, un ar to ārēji savienotās ierīces tiek sauktas 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.

Personālajos datoros tiek izmantoti divu veidu magnētiskie diski:

· neizņemams cietais disks (cietais disks);

· izņemamie, elastīgie diski (disketes).

Cietais disks ir paredzēts pastāvīgai informācijas glabāšanai, kas biežāk vai retāk tiek izmantota darbā: operētājsistēmas programmas, kompilatori no programmēšanas valodām, servisa (apkopes) programmas, lietotāja lietojumprogrammas, teksta dokumenti, datu bāzes faili utt. Cietais disks piekļuves ātruma, ietilpības un uzticamības ziņā ir ievērojami pārāks par disketēm.

3. Datortehnoloģijas 1

3.1 Datortehnoloģiju attīstības vēsture 1

3.2 Datoru klasificēšanas metodes 3

3.3. Citi datoru klasifikācijas veidi 5

3.4. Skaitļošanas sistēmas 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 un matemātiskā atbalsta jēdziens datorsistēmām 13

3.8. Kopsavilkums 13

1. Datortehnika

   1. Datortehnoloģiju attīstības vēsture

Datorsistēma, dators

Līdzekļu un metožu atrašana darba mehanizācijai un automatizācijai 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 centrālā ierīce ir dators.

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

Kā darbojas dators

Definējot datoru kā ierīci, mēs norādījām definējošo funkciju - elektroniski. Tomēr automātiskos aprēķinus ne vienmēr veica elektroniskās ierīces. Ir zināmas arī mehāniskas ierīces, kas var veikt aprēķinus automātiski.

Analizējot agrīnā vēsture datortehnoloģijas daži ārzemju pētnieki mehānisko aprēķina ierīci bieži dēvē par senu datora priekšteci abakuss.“No abaka” pieeja norāda uz dziļu metodoloģisku nepareizu priekšstatu, jo abakam nav īpašības automātiski veikt aprēķinus, bet datoram tas ir izšķirošs.

Abakuss ir senākā mehāniskā skaitīšanas ierīce, sākotnēji māla plāksne ar rievām, kurās tika ievietoti skaitļus attēlojošie akmeņi. Abakusa izskats ir datēts ar ceturto gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. e. Izcelsmes vieta tiek uzskatīta par Āziju. Viduslaikos Eiropā abakuss tika aizstāts ar grafiskām tabulām. Aprēķini, izmantojot tos, tika izsaukti skaitot uz līnijām, un Krievijā 16.-17.gadsimtā parādījās daudz progresīvāks izgudrojums, kas tiek izmantots arī mūsdienās - Krievu abakuss.

Tajā pašā laikā mēs esam ļoti pazīstami ar citu ierīci, kas var automātiski veikt aprēķinus - pulksteni. Neatkarīgi no darbības principa visu veidu pulksteņiem (smilšpulkstenis, ūdenspulkstenis, mehāniskais, elektriskais, elektroniskais u.c.) ir iespēja ar noteiktu intervālu ģenerēt kustības vai signālus un reģistrēt no tā izrietošās izmaiņas, tas ir, veikt automātisku signālu summēšanu. vai kustības. Šo principu var redzēt pat saules pulksteņos, kas satur tikai ierakstīšanas ierīci (ģeneratora lomu veic sistēma Zeme-Saule).

Mehāniskais pulkstenis ir ierīce, kas sastāv no ierīces, kas automātiski veic kustības noteiktos intervālos, un ierīces šo kustību reģistrēšanai. Vieta, kur parādījās pirmie mehāniskie pulksteņi, nav zināma. Agrākie piemēri ir datēti ar 14. gadsimtu un pieder klosteriem (torņa pulkstenis).

Jebkura mūsdienu datora centrā, piemēram, elektroniskais pulkstenis, meli pulksteņa ģenerators, elektrisko signālu ģenerēšana ar regulāriem intervāliem, ko izmanto, lai darbinātu visas datorsistēmas ierīces. Datora kontrole faktiski ir saistīta ar signālu sadales pārvaldību starp ierīcēm. Šādu kontroli var veikt automātiski (šajā gadījumā viņi 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 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 katedras profesors. Mūsdienās no rasējumiem ir atveidots ierīces darba modelis, kas ir apstiprinājis tā funkcionalitāti. 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) izveidoja mehānisku kalkulatoru, kas varēja veikt reizināšanas un dalīšanas darbības, atkārtojot saskaitīšanas un atņemšanas darbības atkal un atkal.

18. gadsimtā, ko sauc par apgaismības laikmetu, parādījās jauni, progresīvāki modeļi, taču skaitļošanas darbību mehāniskās vadības princips palika nemainīgs. Ideja par skaitļošanas operāciju programmēšanu nāca no tās pašas pulksteņu nozares. Senā klostera torņa pulkstenis tika iestatīts, lai noteiktā laikā ieslēgtu mehānismu, kas savienots 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 bija 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 gan mūsdienās tika atveidots pēc viņa zīmējumiem, tāpēc ka šodien mums ir tiesības runāt par analītisko dzinēju kā reāli esošu ierīci. Analītiskā dzinēja īpatnība bija tā, ka tas tika ieviests pirmais informācijas sadalīšanas komandās un datos princips. Analītiskajā dzinējā bija divas lielas vienības - “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 pasaulē pirmo programmētāju. Šodien viena no slavenajām programmēšanas valodām ir nosaukta viņas vārdā.

Čārlza Beidža ideja par atsevišķu apsvērumu komandas Un datus izrādījās neparasti auglīga. 20. 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, izstrādājot mūsdienu datoru arhitektūras, gan izstrādājot datorprogrammas.

Matemātiskie avoti

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

Leibnica binārā sistēma. Mehāniskās ierīcēs zobratiem var būt diezgan daudz fiksētu un pats galvenais, atšķiras starp veido noteikumus. Šādu pozīciju skaits ir vismaz vienāds ar zobratu zobu skaitu. Elektriskajā un elektroniskās ierīces mēs runājam par ne par reģistrāciju noteikumiem strukturālajiem elementiem un 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 koncepciju un pretstatu cīņu. Mēģinājums iztēloties Visumu divu principu nepārtrauktas mijiedarbības veidā (“melnais” un “baltais”, vīrietis un sieviete, labais un ļaunais) un tā pētīšanai pielietot “tīrās” matemātikas metodes pamudināja Leibnicu pētīt. datu binārā attēlojuma īpašības. Jāteic, ka Leibnics jau bija domājis par iespēju izmantot bināro sistēmu skaitļošanas ierīcē, taču, tā kā mehāniskām ierīcēm tas nebija vajadzīgs, viņš savā kalkulatorā neizmantoja binārās sistēmas principus (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. Varbūt tieši “klasiskās” (kā tolaik saprata) izglītības trūkuma dēļ Džordžs Būls ieviesa revolucionāras izmaiņas loģikā kā zinātnē.

Pētot domāšanas likumus, viņš loģikā izmantoja formālu apzīmējumu un likumu sistēmu, kas bija tuva matemātiskajai. Pēc tam šī sistēma sauc par loģisko algebru vai Būla algebra.Šīs sistēmas noteikumi ir piemērojami ļoti dažādiem objektiem un to grupām (komplekti, saskaņā ar autora terminoloģiju). Sistēmas galvenais mērķis, pēc J. Būla ieceres, bija kodēt loģiskus apgalvojumus un reducēt loģisko secinājumu struktūras līdz vienkāršām izteiksmēm, kas pēc formas ir tuvu matemātiskām formulām. Loģiskās izteiksmes formāla 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 tehnoloģijām. Taču, kad radās fundamentāla iespēja izveidot datortehnoloģiju uz elektroniskā pamata, Būla ieviestās operācijas izrādījās ļoti noderīgas. Sākotnēji tie ir vērsti uz darbu tikai ar divām vienībām: taisnība Un meli. Nav grūti saprast, kā tie bija noderīgi darbam ar bināro kodu, ko mūsdienu datoros arī attēlo tikai divi signāli: nulle Un vienība.

Elektronisko datoru izveidei tika izmantota ne visa Džordža Būla sistēma (ne arī visas viņa piedāvātās loģiskās darbības), bet četras galvenās darbības: Un (krustojums), VAI (Savienība), NAV (apelācija) un EKSKLUZĪVS VAI - veido pamatu visu veidu procesoru darbībai mūsdienu datoros.

Rīsi. 3.1. Loģiskās algebras pamatoperācijas

Datortehnikas klasifikācija

1. Aparatūra

Skaitļošanas sistēmas sastāvu sauc par konfigurāciju. Datoru aparatūra un programmatūra parasti 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 vienas un tās pašas problēmas var atrisināt gan ar aparatūru, gan programmatūru. 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 instrumentus, kas veido aparatūras konfigurāciju. Mūsdienu datori un skaitļošanas sistēmām ir bloku modulāra konstrukcija - izpildei nepieciešamā aparatūras konfigurācija konkrēti veidi darbs, ko 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 kopni (1. att.) Galvenā atmiņa ir paredzēta programmu un datu glabāšanai binārā formā un tiek organizēta formā. sakārtota šūnu masīva, 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. Centrālais procesors

Centrālais procesors ir datora centrālais bloks, kas veic datu apstrādes darbības un kontrolē datora perifērijas ierīces. Centrālais procesors ietver:

Vadības ierīce - organizē programmas izpildes procesu un koordinē visu datorsistēmas ierīču mijiedarbību tās darbības laikā;

Aritmētiski 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, to lietojot, procesors veic aprēķinus un saglabā starprezultātus; Lai paātrinātu darbu ar RAM, tiek izmantota kešatmiņa, kurā 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 darbības ar datiem, 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 - izmanto procesora darbības kontrolei, svarīgākie no tiem ir: instrukciju reģistrs, steka rādītājs, karogu reģistrs un reģistrs, kas satur informāciju par programmas stāvokli.

Programmētājs pēc saviem ieskatiem var izmantot datu reģistrus, lai īslaicīgi uzglabātu jebkurus objektus (datus vai adreses) un veiktu ar tiem nepieciešamās darbības. Indeksu reģistrus, tāpat kā datu reģistrus, var izmantot jebkādā veidā; 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, kas nodrošina 20 bitu adrešu telpas adresēšanu, izmantojot 16 bitu operandus. Galvenie segmentu reģistri: CS - kodu segmentu reģistrs; DS - datu segmentu reģistrs; SS ir kaudzes segmentu reģistrs, ES ir 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 kura tiek nodrošināta piekļuve atmiņas sadaļai, sākot no norādītās segmenta adreses.

Jebkuras atmiņas šūnas adrese sastāv no diviem vārdiem, no kuriem viens nosaka attiecīgā segmenta atrašanās vietu atmiņā, bet otrs - nobīdi šajā segmentā. Segmenta lielumu nosaka tajā ietverto datu apjoms, taču tas nekad nedrīkst pārsniegt 64 KB, ko nosaka maksimālā iespējamā nobīdes vērtība. Instrukciju 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), kā rezultātā IP norāda uz otro programmas instrukciju. . Pēc pirmās komandas izpildīšanas 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 instrukcijas, apakšprogrammas izsaukumus un pārtraukumu apkalpošanu.

Datu segmenta segmenta adrese tiek saglabāta DS reģistrā, nobīde var būt kādā no vispārējas nozīmes reģistriem. Papildu segmentu reģistrs ES tiek izmantots, lai piekļūtu datu laukiem, kas nav iekļauti 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.

Steka rādītāju reģistrs SP tiek izmantots kā rādītājs uz steka augšdaļu. Stacks ir programmas apgabals patvaļīgu datu pagaidu glabāšanai. Steka ērtības slēpjas tajā, ka tās laukums tiek izmantots atkārtoti, un datu glabāšana stekā un izguve no turienes tiek veikta, izmantojot push un pop komandas, nenorādot nosaukumus. Tradicionāli steku izmanto, lai saglabātu programmas izmantoto reģistru saturu pirms apakšprogrammas izsaukšanas, kas savukārt izmantos procesora reģistrus savām vajadzībām. Sākotnējais reģistru saturs tiek izmests no steka pēc apakšprogrammas atgriešanās. Vēl viens izplatīts paņēmiens ir nepieciešamo parametru nodošana apakšprogrammai, izmantojot steku. Apakšprogramma, zinot, kādā secībā parametri tiek novietoti stekā, var tos no turienes paņemt un izmantot izpildes laikā.

Atšķirīga steka iezīme ir unikālā secība, kādā tajā ietvertie dati tiek izgūti: jebkurā brīdī stekā ir pieejams tikai augšējais elements, tas ir, elements, kas pēdējo reizi tika ielādēts kaudzē. Atverot augšējo elementu no kaudzes, nākamais elements kļūst pieejams. Steka elementi atrodas stekam atvēlētajā atmiņas apgabalā, sākot no steka apakšas (tā maksimālā adresē) 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, ievades/izvades 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 centrālajam procesoram nepieciešamie biti, no kuriem svarīgākie ir nosacījumu kodi, kas tiek izmantoti salīdzināšanā un nosacījuma lēcienos, kas tiek iestatīti katrā procesora aritmētiski loģiskās vienības ciklā un atspoguļo iepriekšējās rezultāta stāvokli. darbība. Karoga 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 reģistrs parasti tiek nolasīts lietotāja režīmā, bet dažus laukus var ierakstīt tikai priviliģētajā režīmā (piemēram, bits, kas norāda režīmu).

Komandu rādītāja reģistrā ir nākamās komandas adrese izpildes rindā. Pēc instrukcijas izvēles no atmiņas tiek noregulēts instrukciju reģistrs un rādītājs pāriet uz nākamo instrukciju. Instrukciju rādītājs uzrauga programmas izpildes gaitu, katrā brīdī norādot instrukcijas relatīvo adresi, kas seko izpildāmajai. Reģistrs nav programmatiski pieejams; Adreses palielināšanu tajā veic mikroprocesors, ņemot vērā pašreizējās instrukcijas garumu. Komandas lēcieniem, pārtraukumiem, apakšprogrammu izsaukšanai un atgriešanai no tām maina rādītāja saturu, tādējādi veicot pārejas uz nepieciešamajiem programmas punktiem.

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

Informācijas apstrādei dati parasti tiek pārsūtīti no atmiņas šūnām uz vispārējas nozīmes reģistriem, veicot kādu darbību centrālais procesors un rezultātu pārsūtīšana uz galveno atmiņu. Programmas tiek saglabātas kā mašīnas instrukciju secība, kas jāizpilda centrālajam procesoram. Katra komanda sastāv no operācijas lauka un operandu laukiem – datiem, uz kuriem tiek veikta darbība. Mašīnas instrukciju kopu sauc par mašīnas valodu. Programmas tiek izpildītas šādi. Mašīnas instrukcija, uz kuru norāda programmas skaitītājs, tiek nolasīta no atmiņas un kopēta instrukciju reģistrā, kur tā tiek atšifrēta un pēc tam izpildīta. Pēc tās izpildes programmas skaitītājs norāda uz nākamo komandu utt. Šīs darbības sauc par mašīnas ciklu.

Lielākajai daļai centrālo procesoru ir divi darbības režīmi: kodola režīms un lietotāja režīms, kas tiek norādīts ar bitu procesora statusa vārdā (karoga reģistrā). Ja 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 komandas, bet padara pieejamu tikai daļu aparatūras.

Lai sazinātos ar operētājsistēmu, lietotāja programmai ir jāizdod sistēmas izsaukums, kas pāriet kodola režīmā un aktivizē operētājsistēmas funkcijas. Trap (emulēta pārtraukuma) komanda pārslēdz procesora darbības režīmu no lietotāja uz kodola režīmu un nodod vadību operētājsistēmai. Pēc darba pabeigšanas vadība atgriežas lietotāja programmā, komandā pēc sistēmas izsaukuma.

Datoros papildus sistēmas izsaukumu izpildes instrukcijām ir pārtraukumi, kurus izsauc aparatūra, lai brīdinātu par izņēmuma situācijām, piemēram, mēģinājumu dalīt ar nulli vai peldošā komata pārplūdi. Visos šādos gadījumos vadība tiek nodota operētājsistēmai, kurai jāizlemj, ko darīt tālāk. Dažreiz jums ir jāpārtrauc programma ar kļūdas ziņojumu, dažreiz varat to ignorēt (piemēram, ja skaitlis zaudē nozīmi, to var iestatīt uz nulli) vai pārsūtīt vadību pašai programmai, lai tā apstrādātu noteikta veida nosacījumus.

Pamatojoties uz ierīču izvietojumu attiecībā pret centrālo procesoru, tiek izdalītas iekšējās un ārējās ierīces. Ārējās, kā likums, ir lielākā daļa ievades/izvades 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 saskaņotu savu darbību ar citām ierīcēm.

Daudzas jebkuras skaitļošanas sistēmas arhitektūrā esošās saskarnes var iedalīt divās lielās grupās: seriālajā un paralēlajā. Izmantojot seriālo interfeisu, dati tiek pārraidīti secīgi, pa bitiem, un caur paralēlo interfeisu - vienlaikus bitu grupās. Vienā ziņojumā iesaistīto bitu skaitu nosaka interfeisa platums; piemēram, astoņu bitu paralēlās saskarnes pārraida vienu baitu (8 biti) ciklā.

Paralēlās saskarnes parasti ir sarežģītākas nekā seriālās saskarnes, taču nodrošina augstāku veiktspēju. Tos izmanto tur, kur svarīgs ir datu pārraides ātrums: drukas ierīču, grafisko ievades ierīču, datu ierakstīšanas ierīču ārējos datu nesējos u.c. pievienošanai. Paralēlo saskarņu veiktspēja tiek mērīta baitos sekundē (baits/s; KB/s; MB/s).

Ierīce seriālās saskarnes vieglāk; parasti tiem nav nepieciešams sinhronizēt raidīšanas un uztveršanas ierīču darbību (tāpēc tās bieži sauc par asinhronām saskarnēm), taču to caurlaidspēja ir mazāka un koeficients noderīga darbība zemāk. Tā kā datu apmaiņa caur seriālajām ierīcēm tiek veikta nevis pa baitiem, bet gan ar bitiem, to veiktspēja tiek mērīta bitos sekundē (bps, Kbps, Mbps). Neskatoties uz šķietamo vienkāršību, pārveidojot seriālās pārraides ātruma mērvienības par paralēlām datu pārraides ātruma vienībām, mehāniski dalot ar 8, šāda pārveidošana netiek veikta, jo tā nav pareiza servisa datu klātbūtnes dēļ. Kā pēdējais līdzeklis, pielāgots pakalpojumu datiem, dažkārt seriālo ierīču ātrums tiek izteikts rakstzīmēs sekundē vai rakstzīmēs sekundē (s/s), taču šī vērtība nav tehniska, bet gan atsauces, patērētāja rakstura.

Seriālās saskarnes tiek izmantotas, lai savienotu lēnas ierīces (vienkāršākās zemas kvalitātes drukas ierīces: ierīces rakstzīmju un signālu informācijas ievadīšanai un izvadīšanai, vadības sensori, zemas veiktspējas sakaru ierīces utt.), kā arī gadījumos, kad nav būtiski ierobežojumi datu apmaiņas ilgumam (digitālās kameras).

Otra galvenā datora sastāvdaļa ir atmiņa. Atmiņas sistēma ir veidota slāņu hierarhijas veidā (3. att.). Augšējais slānis sastāv no centrālā procesora iekšējiem reģistriem. Iekšējie reģistri nodrošina 32 x 32 bitu atmiņas ietilpību 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 satur kešatmiņu, ko galvenokārt kontrolē aparatūra. RAM ir sadalīta kešatmiņas rindās, parasti 64 baiti, ar adresēm no 0 līdz 63 nulles rindā, no 64 līdz 127 pirmajā rindā utt. Visbiežāk izmantotās kešatmiņas līnijas tiek glabātas ātrgaitas kešatmiņā, kas atrodas CPU iekšpusē vai ļoti tuvu tam. Kad programmai ir jānolasa vārds no atmiņas, kešatmiņas mikroshēma pārbauda, ​​vai kešatmiņā ir vēlamā rinda. Tādā gadījumā tiek nodrošināta efektīva piekļuve kešatmiņai, pieprasījums tiek pilnībā izpildīts no kešatmiņas un atmiņas pieprasījums netiek nosūtīts uz kopni. Veiksmīga piekļuve kešatmiņai parasti aizņem apmēram divus pulksteņa ciklus, savukārt neveiksmīga piekļuve atmiņai rada ievērojamu laika zudumu. Kešatmiņa ir ierobežota tās augsto izmaksu dēļ. Dažām mašīnām ir divi vai pat trīs kešatmiņas līmeņi, un katrs no tiem ir lēnāks un lielāks nekā iepriekšējais.

Tālāk nāk operatīvā atmiņa (RAM — brīvpiekļuves atmiņa, angļu RAM, Random Access Memory — brīvpiekļuves atmiņa). Šī ir skaitļošanas sistēmas atmiņas ierīces galvenā darba zona. Visi CPU pieprasījumi, kurus nevar izpildīt ar kešatmiņu, tiek nosūtīti uz galveno atmiņu apstrādei. Datorā darbinot vairākas programmas, vēlams operatīvajā atmiņā ievietot sarežģītas programmas. Programmu aizsargāšana viena no otras un pārvietošana atmiņā tiek realizēta, aprīkojot datoru ar diviem specializētiem reģistriem: bāzes reģistru un limitu reģistru.

Vienkāršākajā gadījumā (4.a att.), kad programma sāk darboties, bāzes reģistrā tiek ielādēta izpildāmās programmas moduļa sākuma adrese, un limitu reģistrs norāda, cik daudz izpildāmās programmas modulis aizņem kopā ar dati. Ienesot komandu no atmiņas, aparatūra pārbauda programmas 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 summu (60000) uz atmiņu. 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 pārveidošanas rezultātā programmas ģenerētā adrese, ko sauc par virtuālo adresi, tiek pārtulkota adresē, ko izmanto atmiņa un ko sauc par fizisko adresi. Ierīci, kas veic pārbaudi un pārveidošanu, sauc par atmiņas pārvaldības vienību vai atmiņas pārvaldnieku (MMU, Memory Management Unit). Atmiņas pārvaldnieks atrodas vai nu procesora ķēdē, 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; atsauces uz datiem 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 programma Nr. 1 darbojas, 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, rēķinot uz bitu, un lielāka izmēra, taču piekļuve diskā esošajiem datiem prasa apmēram trīs kārtas ilgāk. Cietā diska lēnā ātruma iemesls ir fakts, ka disks ir mehāniska struktūra. Cietais disks sastāv no vienas vai vairākām metāla plāksnēm, kas griežas ar ātrumu 5400, 7200 vai 10800 apgr./min (5. att.). Informācija tiek ierakstīta plāksnēs 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 mūsdienīgi diskdziņiārējos cilindros ir vairāk sektoru nekā iekšējos. Galvas pārvietošana no viena cilindra uz otru aizņem apmēram 1 ms, un pārvietošana uz nejaušu cilindru aizņem 5–10 ms atkarībā no piedziņas. Kad galva atrodas virs vēlamā sliežu ceļa, jums jāgaida, līdz motors pagriež disku tā, lai vajadzīgais sektors būtu 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 diskdziņiem) līdz 160 MB/s (ātrdarbīgiem diskdziņiem).

Pēdējo slāni aizņem magnētiskā lente. Šo mediju bieži izmantoja radīšanai rezerves kopijas vieta cietajā diskā vai krātuve lieli komplekti datus. Lai piekļūtu informācijai, lente tika ievietota magnētiskās lentes lasītājā, pēc tam tā tika attīta uz pieprasīto informācijas bloku. Viss process ilga minūtes. Aprakstītā atmiņas hierarhija ir tipiska, taču dažos variantos var nebūt visi līmeņi vai citi to veidi (piemēram, optiskais disks). Jebkurā gadījumā, pārvietojoties pa hierarhiju no augšas uz leju, nejaušās piekļuves laiks ievērojami palielinās no ierīces uz ierīci, un jauda pieaug līdzvērtīgi piekļuves laikam.

Papildus iepriekš aprakstītajiem veidiem daudziem datoriem ir tikai lasāmā brīvpiekļuves atmiņa (ROM, Read Only Memory), kas nezaudē savu saturu, kad datorsistēma tiek izslēgta. ROM tiek ieprogrammēts ražošanas laikā, un pēc tam tā saturu nevar mainīt. Dažos datoros ROM ir sāknēšanas programmas, ko izmanto datora startēšanai, un dažas I/O kartes zema līmeņa ierīču vadīšanai.

Elektriski dzēšamā ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) un zibatmiņas RAM (flash RAM) arī ir nemainīgas, taču atšķirībā no ROM to saturu var izdzēst un pārrakstīt. Tomēr datu rakstīšana tiem aizņem daudz ilgāku laiku nekā ierakstīšana RAM. Tāpēc tos izmanto tieši 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, kas norāda, no kura cietā diska boot).

3. I/O ierīces

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

Piemēram, kontrolleris saņem komandu nolasīt no diska noteiktu sektoru. Lai izpildītu komandu, kontrolieris diska sektora lineāro numuru pārvērš cilindra, sektora un galvas skaitā. Pārveidošanas darbību sarežģī fakts, ka ārējos cilindros var būt vairāk sektoru nekā iekšējos. Pēc tam kontrolieris nosaka, kurš cilindrs atrodas augšpusē Šis brīdis galvu, un dod impulsu secību, lai pārvietotu galvu vajadzīgajā cilindru skaitā. Pēc tam kontrolieris gaida, līdz disks griežas, novietojot nepieciešamo sektoru zem galvas. Pēc tam bitu lasīšanas un saglabāšanas 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 vienotajam 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 priekš dažādas ierīces I/O ierīces atšķiras viena no otras, tad to pārvaldībai nepieciešama atbilstoša programmatūra – draiveri. Tāpēc katram kontrollera ražotājam ir jāpiegādā draiveri kontrolieriem, kurus tas atbalsta. operētājsistēmas. Ir trīs veidi, kā instalēt draiveri operētājsistēmā:

Atkārtoti izveidojiet kodolu ar jaunu draiveri un pēc tam restartējiet sistēmu, kā arī daudzas UNIX sistēmas darbojas;

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

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

Saziņai ar katru kontrolieri ir noteikti reģistri. Piemēram, minimālajam diska kontrollerim var būt reģistri, lai norādītu diska adresi, atmiņas adresi, sektora numuru un darbības virzienu (lasīt vai rakstīt). Lai aktivizētu kontrolieri, draiveris saņem komandu no operētājsistēmas, pēc tam pārvērš to vērtībās, kas piemērotas ierakstīšanai ierīču 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 programmu sasniedzamības, lai aizsargātu lietotāju programmas no aparatūras (piemēram, izmantojot bāzes un limita reģistrus).

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

1. Lietotāja programma izdod sistēmas pieprasījumu, ko kodols pārvērš attiecīgā draivera procedūras izsaukumā. Pēc tam draiveris sāk I/O procesu. Šajā laikā draiveris izpilda ļoti īsu programmas cilpu, 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 sākotnējais stāvoklis. Pēc tam operētājsistēma atgriež vadību programmai, kas veica zvanu. Šo metodi sauc par gatavu gaidīšanu vai aktīvo gaidīšanu, un tai ir viens trūkums: procesoram ir jāaptaujā ierīce, līdz tā pabeidz darbu.

2. Draiveris startē ierīci un lūdz tai izdot pārtraukumu, kad I/O ir pabeigta. Pēc tam draiveris atgriež datus, operētājsistēma, ja nepieciešams, bloķē zvanīšanas programmu un sāk veikt citus uzdevumus. Kad kontrolieris konstatē datu pārsūtīšanas beigas, tas ģenerē pārtraukumu, lai signalizētu par darbības pabeigšanu. Ievades-izejas ieviešanas mehānisms notiek šādi (6.a att.):

1. darbība: vadītājs nosūta komandu kontrolierim, ierakstot informāciju ierīces 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 pabeigusi darbu. Kad centrālais procesors saņem pārtraukumu, programmas skaitītāja (PC) un procesora statusa vārda (PSW) saturs tiek nospiests uz pašreizējo steku, un procesors pārslēdzas uz priviliģēto režīmu (operētājsistēmas kodola režīms). I/O ierīces numuru var izmantot kā indeksu atmiņas daļai, ko izmanto, lai atrastu pārtraukumu apstrādātāja adresi. no šīs ierīces. Šo atmiņas daļu sauc par pārtraukuma vektoru. Kad pārtraukumu apstrādātājs (ierīces draivera daļa, kas nosūtīja pārtraukumu) sāk darbu, tas noņem programmas skaitītāju un procesora statusa vārdu, kas atrodas stekā, saglabā tos un pieprasa ierīcei informāciju par tās stāvokli. Kad pārtraukuma apstrāde ir pabeigta, vadība atgriežas lietotāja programmā, kas darbojās iepriekš, pie komandas, kuras izpilde vēl nav pabeigta (6. att. b).

3.Informācijas ievadei un izvadīšanai 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, nodrošina ierīces un atmiņas adreses un datu pārsūtīšanas virzienu, kā arī ļauj mikroshēmai darīt savu. Pēc pabeigšanas DMA izdod pārtraukumu, kas tiek attiecīgi apstrādāts.

Pārtraukumi var notikt nepiemērotā laikā, piemēram, kamēr tiek apstrādāts cits pārtraukums. 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 iziet vienlaikus, kamēr pārtraukumi ir atspējoti, pārtraukumu kontrolleris izlemj, kura no tām ir jāapstrādā vispirms, parasti pamatojoties uz katrai ierīcei piešķirtajām statiskajām prioritātēm.

Pentium skaitļošanas sistēmai ir astoņas kopnes (kešatmiņas kopne, vietējā kopne, atmiņas kopne, PCI, SCSI, USB, IDE un ISA). Katrai kopnei ir savs datu pārraides ātrums un funkcijas. Operētājsistēmā jābūt informācijai par visām kopnēm, lai pārvaldītu datoru un to konfigurētu.

ISA kopne (Industry Standard Architecture) – pirmo reizi parādījās IBM PC/AT datoros, darbojas ar 8,33 MHz un var pārsūtīt divus baitus pulksteņa ciklā ar maksimālo ātrumu 16,67 MB/s; tas ir iekļauts sistēmā, lai nodrošinātu atpakaļsaderību ar vecākām lēnām I/O kartēm.

PCI kopne (Peripheral Component Interconnect) – Intel radīja kā ISA kopnes pēcteci, spēj darboties ar frekvenci 66 MHz un pārsūtīt 8 baitus uz vienu pulksteni ar ātrumu 528 MB/s. Šobrīd PCI autobusi 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 pārsūtītu datus uz PCI tilta mikroshēmu, kas piekļūst atmiņai speciālā atmiņas kopnē, 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 lasītājus. Kopne ir PC/AT diska kontrollera interfeisa pēctecis, un šobrīd tā ir standarta visās sistēmās, kuru pamatā ir Pentium procesori.

USB kopne (universāla Sērijveida autobuss, universālā seriālā kopne) ir paredzēta lēnu ievades/izvades ierīču (tastatūras, peles) savienošanai ar datoru. Tas izmanto nelielu četru vadu savienotāju ar diviem vadiem, kas nodrošina barošanu USB ierīcēm.

USB kopne ir centralizēta kopne, kurā saimniekierīce ik pēc milisekundes aptauj I/O ierīces, lai noskaidrotu, vai tām ir dati. Tas var pārvaldīt datu lejupielādi ar ātrumu 1,5 MB/s. Visās USB ierīcēs tiek izmantots viens un tas pats draiveris, tāpēc tās var savienot ar sistēmu, to nepārstartējot.

SCSI kopne (Small Computer System Interface) ir augstas veiktspējas kopne, ko izmanto ātriem diskiem, skeneriem un citām ierīcēm, kurām nepieciešams ievērojams joslas platums. Tā veiktspēja sasniedz 160 MB/s. SCSI kopne tiek izmantota Macintosh sistēmās un ir populāra UNIX sistēmās un citās sistēmās, kuru pamatā ir Intel procesori.

IEEE 1394 kopne (FireWire) ir bitu seriālā kopne un atbalsta pakešdatu pārsūtīšanu ar ātrumu līdz 50 MB/s. Šis īpašums ļauj datoram pievienot pārnēsājamas digitālās videokameras un citas multivides ierīces. Atšķirībā no riepas USB kopne IEEE 1394 nav centrālā kontrollera.

Operētājsistēmai ir jāspēj atpazīt aparatūras komponentus un jāspēj tos konfigurēt. Šī prasība izraisīja 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 karte un modems, gadījās, ka šīs ierīces nejauši izmantoja vienu un to pašu pārtraukumu. Izcēlās konflikts, tāpēc ierīces nevarēja darboties kopā. Iespējamais risinājums Bija paredzēts katrā platē iebūvēt DIP slēdžu (džemperu) komplektu 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 paziņot šo informāciju katrai platei. Šī sistēma darbojas Pentium datoros. Katrs dators ar Pentium procesors satur mātesplati, uz kuras atrodas programma - BIOS sistēma (Basic Input Output System). BIOS satur zema līmeņa I/O programmas, tostarp procedūras lasīšanai no tastatūras, informācijas parādīšanai ekrānā, I/O datiem no diska utt.

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 ar 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, un operētājsistēma tos nevar mainīt). Šīs ierīces tiek reģistrētas, pēc tam tiek reģistrētas plug and play ierīces. Ja esošās ierīces atšķiras no pēdējās sāknēšanas laikā esošajām ierīcēm, tiek konfigurētas jaunas ierīces.

Pēc tam BIOS nosaka, no kuras ierīces palaist, pēc kārtas izmēģinot katru no CMOS atmiņā saglabātajiem sarakstiem. Lietotājs var mainīt šo sarakstu, ievadot BIOS konfigurācijas programmu tūlīt pēc sāknēšanas. Parasti tas vispirms mēģinās sāknēt no disketes. Ja tas neizdodas, tiek izmēģināts kompaktdisks. Ja jūsu datoram nav gan disketes, gan kompaktdiska, sistēma tiek sāknēta no cietā diska. Pirmais sektors tiek nolasīts atmiņā no sāknēšanas ierīces 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 aptaujā BIOS, lai iegūtu informāciju par datora konfigurāciju, un pārbauda katras ierīces draivera klātbūtni. Ja draivera trūkst, operētājsistēma lūdz 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 atmiņas lielumu 4 KB.

Trīs gadus vēlāk Intel izlaida 8080 procesoru, kas jau varēja veikt 16 bitu aritmētiskās darbības, kuram bija 16 bitu adrešu kopne, un tāpēc tas varēja adresēt līdz 64 KB atmiņas (2516 0 = 65536). 1978. gads iezīmējās ar procesora 8086 izlaišanu ar vārda lielumu 16 biti (divi baiti), 20 bitu kopni un varēja darboties ar 1 MB atmiņu (2 520 0 = 1048576 jeb 1024 KB), kas sadalīta blokos. (segmenti) pa 64 KB katrs. 8086 procesors tika iekļauts datoros, 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, tas varēja pārvaldīt 16 megabaitus adrešu telpas un tika instalēts datoros, kas bija saderīgi ar IBM PC/AT. 1985. gada oktobrī tika izlaists 80386DX ar 32 bitu adrešu kopni (maksimālā adrešu telpa 4 GB), bet 1988. gada jūnijā tika izlaists 80386SX, kas bija lētāks nekā 80386DX un tam bija 24 bitu adrešu kopne. Tad 1989. gada aprīlī parādījās mikroprocesors 80486DX, bet 1993. gada maijā parādījās pirmā Pentium procesora versija (abi ar 32 bitu adrešu kopni).

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

Viens no svarīgākajiem P6 izstrādes laikā izvirzītajiem 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 mikroni, 3,3 V).

Izmantojot to pašu ražošanas procesu, tiek nodrošināts, ka P6 var ražot masveidā 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 paņēmienu kombināciju. Dažus no tiem iepriekš pārbaudīja lielu datoru procesoros, dažus ierosināja akadēmiskās iestādes, bet pārējos izstrādāja Intel inženieri. Šī unikālā arhitektūras iezīmju kombinācija, ko Intel dēvē par "dinamisku izpildi", ļāva pirmajām P6 formām pārsniegt sākotnēji plānotos veiktspējas līmeņus.

Salīdzinot ar alternatīviem Intel x86 saimes procesoriem, izrādās, ka P6 mikroarhitektūrai ir daudz kopīga ar NexGen Nx586 un AMD K5 procesoru mikroarhitektūru un, lai gan mazākā mērā, ar Cyrix M1. Šī kopīgā iezīme ir izskaidrojama ar to, ka četru uzņēmumu inženieri risināja vienu un to pašu problēmu: ieviešot RISC tehnoloģijas elementus, vienlaikus saglabājot saderību ar Intel x86 CISC arhitektūru.

Divi kristāli vienā iepakojumā

Galvenā P6 priekšrocība un unikālā iezīme ir tā pozicionēšana vienā paketē ar procesoru ir sekundārā statiskā kešatmiņa 256 KB liela, kas savienota ar procesoru ar speciāli tam paredzētu kopni. Šim dizainam vajadzētu ievērojami vienkāršot uz P6 balstītu sistēmu dizainu. P6 ir pirmais mikroprocesors, kas paredzēts masveida ražošanai, kas satur divas mikroshēmas vienā iepakojumā.

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

Tik liels tranzistoru skaits kešatmiņā ir izskaidrojams ar tā statisko raksturu. P6 statiskā atmiņa izmanto sešus tranzistorus, lai saglabātu vienu bitu, savukārt dinamiskajai atmiņai būtu nepieciešams tikai viens tranzistors 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 kristāli ir ievietoti kopā keramikas iepakojumā ar 387 kontaktiem ("divdobuma pin-drid masīvs"). Abas presformas tiek ražotas, izmantojot vienu un to pašu tehnoloģiju (0,6 µm, 4 slāņu metāls-BiCMOS, 2,9 V). Paredzamais maksimālais enerģijas patēriņš: 20 W pie 133 MHz.

Pirmais iemesls procesora un sekundārās kešatmiņas apvienošanai vienā pakotnē ir augstas veiktspējas P6 sistēmu projektēšanas un ražošanas atvieglošana. Uzturētas skaitļošanas sistēmas veiktspēja ātrs procesors, ļoti daudz kas ir atkarīgs no procesora vides mikroshēmu, jo īpaši sekundārās kešatmiņas, precīzās noregulēšanas. Ne visi datoru ražošanas uzņēmumi var atļauties atbilstošu izpēti. P6 sekundārā kešatmiņa jau ir optimāli konfigurēta procesoram, kas vienkāršo mātesplates dizainu.

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

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

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

Procesora un sekundārās kešatmiņas apvienošana vienā pakotnē un saziņa ar tām, izmantojot īpašu kopni, ir solis pretī veiktspējas uzlabošanas metodēm, ko izmanto jaudīgākajos RISC procesoros. Tādējādi Digital Alpha 21164 procesorā otrā līmeņa kešatmiņa 96 kB atrodas procesora kodolā, tāpat kā primārā kešatmiņa. Tas nodrošina ļoti augstu kešatmiņas veiktspēju, palielinot tranzistoru skaitu mikroshēmā līdz 9,3 miljoniem. Alpha 21164 veiktspēja ir 330 SPECint92 pie 300 MHz. P6 veiktspēja ir zemāka (Intel lēš, ka 200 SPECint92 pie 133 MHz), bet P6 nodrošina vislabāko izmaksu un veiktspējas attiecību savā potenciālajā tirgū.

Novērtējot izmaksu un veiktspējas attiecību, ir vērts ņemt vērā, ka, lai gan P6 var būt dārgāks par konkurentiem, lielākajai daļai citu procesoru ir jābūt ieskauj papildu atmiņas mikroshēmu komplektu un kešatmiņas kontrolieri. Turklāt, lai sasniegtu salīdzināmu kešatmiņas veiktspēju, citiem procesoriem būs jāizmanto lielāka kešatmiņa par 256 KB.

Intel parasti piedāvā daudzas savu procesoru variācijas. Tas tiek darīts, lai apmierinātu daudzveidīgās sistēmu izstrādātāju prasības un atstātu mazāk vietas konkurējošiem modeļiem. Līdz ar to varam pieņemt, ka drīz pēc P6 ražošanas uzsākšanas tiks ieviestas gan modifikācijas ar palielinātu sekundārās kešatmiņas apjomu, gan lētākas modifikācijas ar sekundārās kešatmiņas ārējo atrašanās vietu, bet ar saglabātu speciālo kopni starp sekundāro kešatmiņu un parādīsies procesors.

Pentium kā sākumpunkts

Pentium procesors ar savu konveijeru un superskalāru arhitektūra ir sasniegusi iespaidīgus veiktspējas līmeņus. Pentium satur divus 5 pakāpju cauruļvadus, kas var darboties paralēli un izpildīt divus veselu skaitļu instrukcijas vienā mašīnas pulksteņa ciklā. Šajā gadījumā paralēli var izpildīt tikai pāris komandu, kas programmā seko viena otrai un atbilst noteiktiem noteikumiem, piemēram, nav “rakstīt pēc lasīšanas” tipa reģistra atkarības.

P6, lai palielinātu caurlaidspēju, tika veikta pāreja uz vienu 12 pakāpju cauruļvadu. Palielinot posmu skaitu, samazinās katrā posmā veiktā darba apjoms un līdz ar to par 33 procentiem samazinās laiks, ko komanda pavada katrā posmā, salīdzinot ar Pentium. Tas nozīmē, ka, izmantojot to pašu tehnoloģiju, kas tiek izmantota P6 ražošanai, kā 100 MHz Pentium, tiktu iegūts P6, kura takts frekvence ir 133 MHz.

Pentium superskalārās arhitektūras jaudu ar spēju izpildīt divas instrukcijas pulkstenī bez pilnīgi jaunas pieejas būtu grūti pārspēt. P6 jaunā pieeja novērš stingrās attiecības starp tradicionālajām "iegūšanas" un "izpildīšanas" fāzēm, kur komandu secība caur šīm divām fāzēm atbilst komandu secībai programmā.

Jaunā pieeja paredz izmantot tā saukto komandu kopu un jaunu efektīvas metodes prognozēt programmas turpmāko darbību. Šajā gadījumā tradicionālā “izpildes” fāze tiek aizstāta ar divām: “nosūtīšana/izpilde” un “atcelšana”. Rezultātā komandas var sākt izpildīt jebkurā secībā, taču tās vienmēr tiek pabeigtas saskaņā ar to sākotnējo secību programmā. P6 kodols ir realizēts kā trīs neatkarīgas ierīces, kas mijiedarbojas caur komandu kopu (1. att.).

Galvenā problēma produktivitātes uzlabošanā

Lēmums organizēt P6 kā trīs neatkarīgas ierīces, kas mijiedarbojas, izmantojot instrukciju baseinu, tika pieņemts pēc rūpīgas mūsdienu mikroprocesoru veiktspēju ierobežojošo faktoru analīzes. Būtisks fakts, kas attiecas uz Pentium un daudziem citiem procesoriem, ir tāds, ka procesora jauda netiek pilnībā izmantota, izpildot reālās programmas.

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 ātruma nobīde salīdzinājumā ar procesora ātrumu bija galvenā problēma, kas bija jāatrisina, 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 ātrgaitas specializētās vides mikroshēmas, būtu pārāk dārgi.

Viens no iespējamiem brutāla spēka risinājumiem varētu būt L2 kešatmiņas lieluma palielināšana, lai samazinātu to reižu procentuālo daudzumu, kad kešatmiņa izlaiž nepieciešamos datus.

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 augsta veiktspēja tiktu sasniegta, izmantojot zemu izmaksu atmiņas apakšsistēmu.

Tādējādi P6 arhitektūras metožu kombinācija, piemēram, uzlabota zaru prognozēšana (nākamā komandu secība gandrīz vienmēr ir pareizi noteikta), datu plūsmas analīze (tiek noteikta optimālā komandu izpildes secība) un paredzamā izpilde (paredzamā komandu secība tiek izpildīta bez dīkstāves optimālā secībā) dubultoja veiktspēju salīdzinājumā ar Pentium, izmantojot to pašu ražošanas tehnoloģiju. Šo metožu kombināciju sauc par dinamisko izpildi.

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

P6 kā platforma jaudīgu serveru veidošanai

Starp nozīmīgākajiem pēdējo gadu tendences datoru attīstībā var izcelt kā uz x86 saimes procesoriem balstītu sistēmu pieaugošo izmantošanu kā lietojumprogrammu serverus, un pieaugošo Intel 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 atrodamas tikai dārgākos datoros. Paritātes kontrole tiek nodrošināta iekšējiem P6 reģistriem, un 64 bitu kopne, kas savieno procesora kodolu un otrā līmeņa kešatmiņu, ir aprīkota ar kļūdu noteikšanas un labošanas rīkiem. Jaunās P6 iebūvētās diagnostikas iespējas ļauj ražotājiem izstrādāt uzticamākas sistēmas. P6 nodrošina iespēju, izmantojot procesora kontaktus vai programmatūru, iegūt informāciju par vairāk nekā 100 procesora mainīgajiem vai tajā notiekošajiem notikumiem, piemēram, datu neesamību kešatmiņā, reģistru saturu, pašmodificējoša koda parādīšanos un tā tālāk. Operētājsistēma un citas programmas var nolasīt šo informāciju, lai noteiktu procesora stāvokli. P6 ir arī uzlabots kontrolpunktu atbalsts, kas nozīmē, ka datoru var atgriezt iepriekš ierakstītā stāvoklī, ja rodas kļūda.

Līdzīgi dokumenti

Datortehnoloģijas parādījās jau sen, jo vajadzība pēc dažāda veida aprēķiniem pastāvēja civilizācijas attīstības rītausmā. Datortehnoloģiju strauja 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 savstarpējā saistība. Aizsargājiet datoru no ārējām nelabvēlīgām ietekmēm.

abstrakts, pievienots 25.03.2015


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

diplomdarbs, pievienots 20.05.2013


Datortehnoloģiju izstrādes manuālais posms. Pozīciju skaitļu sistēma. Mehānikas attīstība 17. gadsimtā. Datortehnoloģiju attīstības elektromehāniskā stadija. Piektās paaudzes datori. Iespējas un specifiskas īpatnības superdators.

kursa darbs, pievienots 18.04.2012


Personālā datora (PC) uzbūve un darbības princips. Datora veiktspējas diagnostika un kļūdu identificēšana. Uzdevumi Apkope datoru iespējas. Metožu izstrāde iekārtu uzturēšanai darba stāvoklī.

kursa darbs, pievienots 13.07.2011


Ārvalstu un pašmāju prakses izpēte datortehnoloģiju attīstībā, kā arī datoru attīstības perspektīvas tuvākajā nākotnē. Datoru lietošanas tehnoloģijas. Datortehnikas 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. Datorzinātne un tās praktiskie rezultāti. Digitālās datortehnikas radīšanas vēsture. Elektromehāniskie datori. Lietošana vakuuma caurules un pirmās, trešās un ceturtās paaudzes datori.

diplomdarbs, pievienots 23.06.2009


Personālā datora jēdziens un īpašības, tā galvenās daļas un to mērķis. Datorzinātņu mācību līdzekļi un darba organizēšanas īpatnības informātikas klasē. Darba vietu aprīkojums un programmatūras pielietošana.

abstrakts, pievienots 09.07.2012


Datorsistēmas sastāvs ir datora, tā aparatūras un programmatūras konfigurācija. Ierīces un instrumenti, kas veido personālā datora aparatūras konfigurāciju. Galvenā atmiņa, I/O porti, perifērijas adapteris.