Состав на компјутерска технологија. Основни карактеристики на компјутерската технологија. Историја на развојот на компјутерската технологија

Концептот на компјутерска технологија е збир на технички и математички средства, методи и техники кои се користат за механизирање и автоматизирање на процесите на пресметки и обработка на информации. Основата на техничките средства на современото пресметување се состои од електронски компјутери (компјутери), влезни, излезни, презентациски и преносни уреди (скенери, печатачи, модеми, монитори, плотери, тастатури, магнетни ленти и дискови, итн.), лаптопи, микрокалкулатори, електронски тетратки итн.

Персонален компјутер е десктоп или пренослив микрокомпјутер за еден корисник кој ги исполнува барањата за универзална пристапност и универзалност.

Основата на персоналниот компјутер е микропроцесор. Развојот на микропроцесорската технологија и технологија ја одреди промената во генерациите на компјутери:

1-ва генерација (1975 – 1980) – базирана на 8-битен MP;

Втора генерација (1981 – 1985) – базирана на 16-битен MP;

3-та генерација (1986 – 1992) – базирана на 32-битен MP;

4-та генерација (од 1993 година) - базирана на 64-битен MP.

Денес компјутерскиот свет е на работ на револуција: процесори со транзистори од новата генерација и моќни мобилни чиповиќе ги зголеми перформансите на лаптопите, таблетите и паметните телефони по ред на големина.

Елементите за обработка со димензии 10 и 12 nm целосно ќе го променат компјутерскиот свет во наредната година: нивната дебелина е 10.000 пати помала од човечко влакно (100.000 nm), а нивниот дијаметар е блиску до атоми на силикон (0,3 nm).

Главните производители на микропроцесори за компјутери во моментов сè уште се:

Интел е пионер во создавањето и производството на модерни процесори. Денес, најпопуларните компјутери на скапиот пазар на компјутери се компјутерите со процесори базирани на повеќејадрена архитектура. Intel Core.

Во април 2012 година, Интел ја претстави третата генерација на семејството процесори со четири јадра Intel® Core™, достапна во моќни десктоп системипрофесионална класа и мобилни и тенки се-во-едно компјутери кои ги имаат првите 22 nm чипови во светот кои користат 3D транзистори Tri-Gate.

AMD (Advanced Micro Deviced) е највистинскиот конкурент на Intel. До неодамна, тој заземаше ниша на пазарот на компјутери со евтини, но брзи процесори, наменети главно за евтини компјутери и надградби.

Со создавањето во 1999 година на процесорите Athlon, Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton процесорите и по 2003 година процесорите од серијата K8, почна сериозно да се натпреварува со Intel. Денес, и двете компании произведуваат производ со добар квалитет кој може да ги задоволи потребите на речиси сите барани корисници.

Во моментов, околу 85% од персоналните компјутери се произведуваат врз основа на овие процесори. Во зависност од нивната намена, тие можат да се поделат во три групи:

Домаќинство, наменето за масовна потрошувачка и со наједноставна основна конфигурација;

Општа намена, наменета за решавање на научни, технички, економски и други проблеми и обука. Оваа класа е најраспространета и се служи, по правило, од непрофесионални корисници;

Професионален што се користи во научната област за решавање на сложени информации и производствени задачи. Имаат високи технички карактеристики и се сервисирани од професионални корисници.

Покрај тоа, според нивниот дизајн, компјутерите се поделени на:

ЛАПТОП компјутери („лаптоп“ компјутер). Во лаптоп, тастатурата и системската единица се направени во едно куќиште, кое е затворено одозгора со капак со LCD дисплеј. Повеќето модели не се разликуваат на подобро во нивните технички параметри и имаат монохроматски дисплеи;

БЕЛЕТСКИ („тетратки“). Најновите модели имаат прилично високи технички параметри, споредливи со компјутерите за општа намена ( Основни процесори i7-3612QM, видео до 6144 Mb, хард дискови – HDD над 600 GB или SSD до 256 GB;

ULTRABUK (англиски Ultrabook) е ултра тенок и лесен лаптоп, со уште помали димензии и тежина во споредба со конвенционалните подноп-тетратки, но во исто време - повеќето од карактеристичните карактеристики на полноправниот лаптоп. Терминот почна широко да се шири во 2011 година, откако корпорацијата Интел ја претстави новата класа мобилни компјутери - ултрабук, концепт од Интел и Епл, развиен врз основа на оној објавен во 2008 година. Лаптоп на Apple MacBook Air. Ултрабуковите се помали од обичните лаптопи, но малку поголеми од нетбуките. Опремени се со мал дисплеј со течни кристали од 11 до 13,3 инчи, компактни се - дебелина до 20 mm и тежина до 2 kg. Поради нивната мала големина, ultrabooks имаат малку надворешни приклучоци и повеќето немаат DVD-уред.

Нетбук е лаптоп со релативно ниски перформанси, дизајниран првенствено за пристап до Интернет и работа со канцелариски апликации. Има дијагонала на мал екран од 7-12 инчи, мала потрошувачка на енергија, мала тежина и релативно ниска цена.

Принципот на работа на современите компјутери може да се опише со следниов алгоритам:

Јас. Иницијализација

По вклучувањето на компјутерот, вчитувањето на ОС и потребната програма, на програмскиот бројач му се доделува почетна вредност еднаква на адресата на првата команда на оваа програма.

II. Избор на тим

Процесорот ја врши операцијата за читање наредба од меморијата. Содржината на програмскиот бројач се користи како адреса на мемориската ќелија.

III. Интерпретирај команда и бројач на програма за зголемување

Содржината на прочитаната мемориска ќелија процесорот ја толкува како команда и се става во командниот регистар. Контролната единица започнува да ја толкува командата. Врз основа на полето за оперативен код од првиот збор на командата, CU ја одредува нејзината должина и, доколку е потребно, организира дополнителни операции за читање додека целата команда не биде прочитана од процесорот. Должината на командата се додава на содржината на програмскиот бројач, а кога командата е целосно прочитана, адресата на следната команда се генерира во програмскиот бројач.

IV. Дешифрирање на команди и извршување на команди

Користејќи ги адресните полиња на инструкцијата, контролната единица одредува дали инструкцијата има операнди во меморијата. Ако има, тогаш врз основа на режимите на адресирање наведени во полињата за адреси, се пресметуваат адресите на операндите и се вршат операции за читање од меморијата за читање на операндите.

Контролната единица и ALU ја извршуваат операцијата наведена во полето за оперативен код на командата. Регистарот со знаменце на процесорот ги зачувува карактеристиките на операцијата.

V. Доколку е потребно, контролорот врши операција на запишување на резултатот во меморија.

Ако последната команда не беше „стоп процесор“, тогаш опишаната низа на операции се изведува повторно. Оваа низа на операции се нарекува процесорски циклус .

Во одредени компјутери, имплементацијата на овој алгоритам може малку да се разликува. Но, во принцип, функционирањето на секој фон Нојман компјутер е опишано со сличен алгоритам и е низа од прилично едноставни операции.

Компјутерот вклучува три главни уреди: системска единица, тастатура и дисплеј . За да се прошири функционалноста на компјутерот, дополнително се поврзуваат периферните уреди: печатач, скенер, манипулатори итн. Овие уреди се или поврзани со системската единица со помош на кабли преку конектори лоцирани на задниот ѕид на системската единица или се вметнуваат директно во системската единица. Компјутерот има модуларна структура. Сите модули се поврзани со системската магистрала.

Се користи за контрола на надворешни уреди контролери (VU адаптери) . По приемот на команда од пратеникот, контролорот, кој работи самостојно, го ослободува пратеникот од извршување специфични функции за сервисирање на надворешниот уред.

Треба да се напомене дека зголемувањето на перформансите на современите MP и поединечни уреди надвор од него (главна и надворешна меморија, видео системи итн.) доведе до проблем на зголемување пропусниот опсегсистемска шина при поврзување на овие уреди. За да се реши овој проблем, беа развиени локални автобуси, поврзани директно со автобусот MP.

Главниот уред во компјутерот е системска единица . Се состои од процесор, копроцесор, постојан и меморија за случаен пристап, контролери, погони за магнетни дискови, напојување и други функционални модули. Конфигурацијата на компјутерот може да се промени со поврзување на дополнителни модули. За да се обезбеди доследна работа на компјутерските уреди матична плочасодржи чипсет, т.е. сет на микроциркути (чипови).

Чипсетот ги одредува главните можности на таблата:

· типови на поддржани процесори;

· максимална фреквенција на системската магистрала;

· логика на префрлување на уреди;

поддржани типови и максимална големинаглавна меморија;

· брзина на работа со секој тип на меморија;

· поддршка за забрзана графичка порта;

· тип на интерфејс на дискот и неговите режими;

· максимален број на слотови за проширување;

· Мониторинг на компјутер.

Чипсетот на современиот компјутер обично се состои од два чипови: северен мост или центар за мемориски контролер (Memory Controller Hub, MCH), кој им служи на централните уреди и содржи контролери за главната меморија, графичката магистрала, системската шина и мемориската магистрала, и јужен мост. мост (South Bridge) или I/O Controller Hub (ICH), кој содржи контролери за I/O уреди и стандардни периферни уреди.

Функционален дијаграм на компјутер - Според неговата намена компјутер - Ова е универзален уред за работа со информации.Според принципите на неговиот дизајн, компјутерот е модел на лице кое работи со информации.

Личен компјутер(PC) е компјутер дизајниран да опслужува една работна станица. Неговите карактеристики може да се разликуваат од главните компјутери, но тој е функционално способен да врши слични операции. Според начинот на работа, се разликуваат моделите на десктоп (десктоп), пренослив (лаптоп и лаптоп) и џебен (палмтоп).

Хардвер.Бидејќи компјутерот ги обезбедува сите три класи на информациски методи за работа со податоци (хардвер, софтвер и природен), вообичаено е да се зборува за компјутерски систем како што се состои од хардвер и софтвер кои работат заедно. Компонентите кои го сочинуваат хардверот на компјутерот се нарекуваат хардвер. Тие ја вршат целата физичка работа со податоци: регистрација, складирање, транспорт и трансформација, и во форма и во содржина, а исто така ги прикажуваат во форма погодна за интеракција со природните информативни методилице.

Севкупноста на хардверот на компјутерот се нарекува негова хардверска конфигурација.

Софтвер.Програмите можат да бидат во две состојби: активна и пасивна. Во пасивна состојба, програмата не работи и изгледа како податок, чија содржина е информација. Во оваа состојба, содржината на програмата може да се „чита“ од други програми, како што се читаат книги и се менуваат. Од него можете да ја дознаете целта на програмата и како таа работи. Во пасивна состојба, програмите се креираат, уредуваат, складираат и транспортираат. Процесот на креирање и уредување програми се нарекува програмирање.

Кога програмата е во активна состојба, содржината на нејзините податоци се смета како команди според кои работи компјутерскиот хардвер. За да го промените редоследот на нивното работење, доволно е да го прекинете извршувањето на една програма и да започнете со извршување на друга, која содржи различен сет на команди.

Збирот на програми складирани на компјутер го формираат софтвер. Множеството програми подготвени за работа се нарекува инсталиран софтвер. Множеството програми што работат во едно или друго време се нарекува софтверска конфигурација.

Компјутерски уред.Секој компјутер (дури и најголемиот) се состои од четири дела:

• влезни уреди
• уреди за обработка на информации
• уреди за складирање
• уреди за излез на информации.

Структурно, овие делови може да се комбинираат во еден случај со големина на книга, или секој дел може да се состои од неколку прилично обемни уреди

Основна хардверска конфигурација на компјутер.Основната хардверска конфигурација на персонален компјутер е минималниот сет на хардвер доволен за да започнете со работа со компјутер. Со текот на времето, концептот на основната конфигурација постепено се менува.

Најчесто, персоналниот компјутер се состои од следниве уреди:

• Системска единица
• Монитор
• Тастатура

Дополнително, може да се поврзат и други влезни и излезни уреди, на пример звучни звучници, печатач, скенер...

Системска единица- главен блок компјутерски систем. Содржи уреди кои се сметаат за внатрешни. Уредите поврзани со системската единица надворешно се сметаат за надворешни. Терминот периферна опрема се користи и за надворешни уреди.
Монитор- уред за визуелна репродукција на симболички и графички информации. Служи како излезен уред. За десктоп компјутерите, најчестите монитори денес се оние базирани на цевки со катодни зраци. Тие нејасно личат на телевизори за домаќинство.
Тастатура- уред со тастатура дизајниран да ја контролира работата на компјутерот и да внесува информации во него. Информациите се внесуваат во форма на податоци со алфанумерички знаци.
Глувче- графички контролен уред.

Внатрешни уреди на персонален компјутер.
Уредите лоцирани во системската единица се сметаат за внатрешни. Некои од нив се достапни на предниот панел, што е погодно за брзи промени информативни медиуми, како што се флопи магнетни дискови. Конекторите на некои уреди се наоѓаат на задниот ѕид - тие се користат за поврзување на периферна опрема. Пристапот до некои уреди на системската единица не е обезбеден - не е потребен за нормално функционирање.

Процесорот.Микропроцесорот е главниот чип на персоналниот компјутер. Во него се вршат сите пресметки. Главната карактеристика на процесорот е фреквенцијата на часовникот (мерена во мегахерци, MHz). Колку е поголема брзината на часовникот, толку се поголеми перформансите на процесорот. Така, на пример, на часовна фреквенција од 500 MHz, процесорот може да ја промени својата
наведуваат 500 милиони пати. За повеќето операции, еден такт циклус не е доволен, така што бројот на операции што процесорот може да ги изврши во секунда зависи не само од брзината на часовникот, туку и од сложеноста на операциите.

Единствениот уред за кој процесорот „знае од раѓање“ е RAM - работи заедно со него. Оттука доаѓаат податоците и командите. Податоците се копираат во процесорски ќелии (наречени регистри) и потоа се претвораат во согласност со содржината на инструкциите. Ќе добиете поцелосна слика за тоа како процесорот комуницира со RAM меморијата во поглавјата за основите на програмирањето.

RAM меморија. RAM меморијата може да се смета како огромна низа на ќелии кои складираат нумерички податоци и команди додека компјутерот е вклучен. Количината на RAM меморија се мери во милиони бајти - мегабајти (MB).

Процесорот може да пристапи до која било ќелија RAM (бајт) бидејќи има единствена нумеричка адреса. Процесорот не може да пристапи до поединечен бит од RAM меморијата, бидејќи битот нема адреса. Во исто време, процесорот може да ја промени состојбата на кој било бит, но ова бара неколку дејства.

Матична плоча.Матичната плоча е најголемото коло на персонален компјутер. Содржи автопати кои го поврзуваат процесорот со RAM - таканаречените автобуси. Постои податочна магистрала преку која процесорот ги копира податоците од мемориските ќелии, адресна магистрала преку која се поврзува со одредени мемориски ќелии и командна магистрала преку која процесорот прима команди од програмите. Сите други внатрешни уреди на компјутерот се исто така поврзани со автобусите на матичната плоча. Работата на матичната плоча е контролирана од микропроцесорски чипсет - таканаречен чипсет.

Видео адаптер.Видео адаптер е внатрешен уред инсталиран во еден од конекторите на матичната плоча. Првите персонални компјутери немаа видео адаптери. Наместо тоа, мала површина беше распределена во RAM меморијата за складирање на видео податоци. Посебен чип (видео контролер) читаше податоци од видео мемориските ќелии и го контролираше мониторот во согласност со нив.

Како што се подобруваа графичките можности на компјутерите, областа на видео меморијата беше одвоена од главната RAM меморија и, заедно со видео контролерот, беше одвоена во посебен уред, кој беше наречен видео адаптер. Современите видео адаптери имаат свој компјутерски процесор (видео процесор), кој го намали оптоварувањето на главниот процесор при конструирање сложени слики. Видео процесорот игра особено важна улога кога се гради на рамен екран. 3D слики. За време на таквите операции, тој треба да изврши особено голем број математички пресметки.

Во некои модели на матични плочи, функциите на видео адаптерот се вршат со чипови за чипсет - во овој случај тие велат дека видео адаптерот е интегриран со матична плоча. Ако видео адаптерот е направен како посебен уред, тој се нарекува видео картичка. Конекторот за видео картичка се наоѓа на задниот ѕид. На него е поврзан монитор.

Адаптер за звук.За компјутерите на IBM PC, првично не беше обезбедена работа со звук. Во првите десет години од своето постоење, компјутерите на оваа платформа се сметаа за канцелариска опрема и работеа без звучни уреди. Во моментов, аудио алатките се сметаат за стандардни. За да го направите ова на матична плочаАдаптерот за звук е инсталиран. Може да се интегрира во чипсетот на матичната плоча или да се имплементира како посебна приклучна картичка наречена звучна картичка.
Конекторите за звучната картичка се наоѓаат на задниот ѕид на компјутерот. За репродукција на звук, на нив се поврзани звучници или слушалки. Посебен конектор е наменет за поврзување на микрофон. Во присуство на специјална програмаова ви овозможува да снимате звук. Има и конектор (линиски излез) за поврзување со надворешна опрема за снимање или репродукција на звук (магнетофони, засилувачи итн.).

HDD.Бидејќи RAM меморијата на компјутерот се брише кога ќе се исклучи напојувањето, потребен е уред за складирање на податоци и програми долго време. Во моментов, таканаречените хард дискови се широко користени за овие цели.
Принцип на работа хард дисксе заснова на снимање промени во магнетното поле во близина на главата за снимање.

Главна тврд параметарКапацитетот на дискот се мери во гигабајти (милиони бајти), GB. Просечната големина на модерен хард диск е 80 - 160 GB, и овој параметар постојано расте.

Флопи диск.За транспорт на податоци помеѓу оддалечени компјутери, се користат таканаречените флопи дискови. Стандардна флопи диск (флопи диск) има релативно мал капацитет од 1,44 MB. Според современите стандарди, ова е целосно недоволно за повеќето задачи за складирање и транспорт на податоци, но ниската цена на медиумот и високата достапност ги направија флопи дисковите најчести медиуми за складирање.

За пишување и читање податоци зачувани на флопи дискови, се користи посебен уред - диск. Отворот за примање погон се наоѓа на предната плоча на системската единица.

CD-ROM-уред.За транспорт на големи количини на податоци, погодно е да се користат CD-ROM-ови. Овие дискови можат да читаат само претходно напишани податоци; тие не можат да се запишат на нив. Капацитетот на еден диск е околу 650-700 MB.

ЦД-РОМ-уредите се користат за читање ЦД-а. Главниот параметар на CD-ROM-уредот е брзината на читање. Се мери во повеќе единици. Брзината на читање одобрена во средината на 80-тите се зема како една. за музички ЦД-а (аудио ЦД-а). Современите CD-ROM-дискови обезбедуваат брзина на читање од 40x - 52x.
Главен недостаток CD-ROM-дискови- неможноста за снимање дискови - е надмината во современите уреди за запишување еднаш - CD-R. Има и CD-RW уреди кои овозможуваат повеќекратно снимање.

Принципот на складирање податоци на ЦД-а не е магнетен, како флопи дискови, туку оптички.

Комуникациски порти.За да комуницира со други уреди, како што се печатач, скенер, тастатура, глувче итн., компјутерот е опремен со т.н. порти. Портата не е само конектор за поврзување на надворешна опрема, иако портот завршува во конектор. Пристаништето е покомплексен уред отколку само конектор, кој има свои микроциркути и контролиран од софтвер.

Мрежен адаптер.Мрежните адаптери се неопходни за компјутерите да можат да комуницираат едни со други. Овој уред осигурува дека процесорот не испраќа нов дел од податоците до надворешната порта додека мрежниот адаптер на соседниот компјутер не го копира претходниот дел на себе. По ова, на процесорот му се дава сигнал дека податоците се собрани и може да се достават нови. Вака се одвива трансферот.

Кога мрежниот адаптер „научи“ од соседниот адаптер дека има податок, тој го копира самиот на себе, а потоа проверува дали е адресиран до него. Ако да, ги пренесува на процесорот. Ако не, ги става на излезната порта, од каде што ќе ги подигне мрежниот адаптер на следниот соседен компјутер. Вака податоците се движат помеѓу компјутерите додека не стигнат до примачот.
Мрежните адаптери може да се вградат во матичната плоча, но почесто се инсталираат одделно, во форма на дополнителни картички наречени мрежни картички.

Електронските компјутери обично се класифицираат според голем број карактеристики, особено: функционалности природата на задачите што се решаваат, според методот на организација процес на пресметување, според архитектонските карактеристики и компјутерската моќ.

Врз основа на функционалноста и природата на задачите што се решаваат, се разликуваат следниве:

Универзални (општа намена) компјутери;

Компјутери ориентирани кон проблеми;

Специјализирани компјутери.

Мејнфрејм компјутерисе дизајнирани да решаваат широк спектар на инженерски и технички проблеми, кои се карактеризираат со сложеноста на алгоритмите и големиот обем на обработени податоци.

Компјутери ориентирани кон проблемисе дизајнирани да решаваат потесен опсег на задачи поврзани со регистрација, акумулација и обработка на мали количини на податоци.

Специјализирани компјутерисе користат за решавање на тесен опсег на проблеми (микропроцесори и контролери кои вршат контролни функции за технички уреди).

По пат на организирање на пресметковниот процесКомпјутерите се поделени на еднопроцесорски и мултипроцесорски, како и секвенцијални и паралелни.

Единечен процесор.Компјутерот има еден централен процесор и сите пресметковни операции и операции за контролирање на влезно/излезни уреди се извршуваат на овој процесор.

Мултипроцесор.Компјутерот содржи неколку процесори меѓу кои се прераспределуваат функциите за организирање на пресметковниот процес и управување со уредите за влез/излез на информации.

Доследно.Тие работат во режим на една програма, кога компјутерот е дизајниран на таков начин што може да изврши само една програма, а сите негови ресурси се користат само во интерес на програмата што се извршува.

Паралелно.Тие работат во мултипрограмски режим, кога на компјутерот работат неколку кориснички програми и ресурсите се споделуваат помеѓу овие програми, обезбедувајќи нивно паралелно извршување.

Врз основа на архитектонските карактеристики и компјутерската моќ, тие се разликуваат:

Да ја разгледаме шемата за класификација на компјутерите според овој критериум (сл. 1).

Сл.1.Класификација на компјутерите според архитектонските карактеристики

и компјутерска моќ.

Суперкомпјутери- Ова се најмоќните компјутерски машини во однос на брзината и перформансите. Суперкомпјутери вклучуваат „Cray“ и „IBM SP2“ (САД). Тие се користат за решавање на големи компјутерски проблеми и моделирање, за сложени пресметки во аеродинамиката, метеорологијата, физиката со висока енергија, а се користат и во финансискиот сектор.

Големи машини или мејнфрејмови.Главните системи се користат во финансискиот сектор, одбранбениот комплекс и се користат за екипирање на одделенски, територијални и регионални компјутерски центри.

Средни компјутеришироко користен за контрола на сложените технолошки производствени процеси.

Миникомпјутердизајнирани за употреба како контролни компјутерски системи и мрежни сервери.

Микрокомпјутер- Станува збор за компјутери кои користат микропроцесор како централна процесорска единица. Тие вклучуваат вградени микрокомпјутери (вградени во различна опрема, опрема или уреди) и персонални компјутери (компјутери).

Лични компјутери.Таа брзо се развиваше во последните 20 години. Персоналниот компјутер (PC) е дизајниран да опслужува една работна станица и може да ги задоволи потребите на малите бизниси и поединци. Со доаѓањето на Интернет, популарноста на компјутерите значително се зголеми, бидејќи со користење на персонален компјутер можете да користите научни, референтни, едукативни и забавни информации.

Личните компјутери вклучуваат десктоп и лаптоп компјутери. Преносливите компјутери вклучуваат Notebook (тетратка или тетратка) и џебни персонални компјутери (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants - PDA и Palmtop).

Вградени компјутери.Компјутери кои се користат во различни уреди, системи и комплекси за спроведување на специфични функции. На пример, дијагностика на автомобили.

Од 1999 година, меѓународен стандард за сертификација, спецификацијата PC99, се користи за класификација на компјутерите. Според оваа спецификација, компјутерите се поделени во следниве групи:

· масовни компјутери (Consumer PC);

· деловни компјутери (Office PC);

· преносни компјутери (мобилен компјутер);

· работни станици (WorkStation);

· компјутери за забава (Entertaiment PC).

Повеќето компјутери се масивнии вклучуваат стандарден (минимум потребен) сет на хардвер. Овој сет вклучува: системска единица, дисплеј, тастатура, глушец. Доколку е потребно, овој сет може лесно да се дополни со други уреди на барање на корисникот, на пример, печатач.

Деловни компјутеривклучуваат минимум графички и алатки за репродукција на звук.

Лаптоп компјутерисе разликуваат во присуство на средства за комуникација со далечински пристап.

Работни станициги исполнуваат зголемените барања за капацитетот на меморијата на уредите за складирање податоци.

Компјутери за забавафокусирани на висококвалитетна графика и репродукција на звук.

Од страна на карактеристики на дизајнот Компјутерите се поделени на:

· стационарни (десктоп, десктоп);

пренослив:

· пренослив (лаптоп);

· тетратки;

· џеб (Palmtop).

За ефикасно проучување на применетата компјутерска технологија, исклучително е важно да се има јасно разбирање за компјутерскиот хардвер и софтвер. Составот на компјутерската технологија се нарекува конфигурација . Хардвер и софтверКомпјутерската технологија обично се разгледува одделно. Според тоа, тие размислуваат одделно хардверска конфигурација и нив софтвер конфигурација Овој принцип на раздвојување е од особена важност за компјутерската наука, бидејќи многу често решението за истите проблеми може да го обезбеди и хардверот и софтверот. Критериумите за избор на хардверско или софтверско решение се перформансите и ефикасноста. На пример, или внесете текст уредувач на текст, или користете скенер.

Основна хардверска конфигурација на персонален компјутер

Персоналниот компјутер е универзален технички систем. Неговиот конфигурација (состав на опрема) може флексибилно да се менува по потреба. Сепак, постои концепт основна конфигурација , што се смета за типично, т.е. минимален сет на опрема. Компјутерот обично доаѓа со овој комплет. Концептот на основната конфигурација може да варира. Во моментов се разгледува во основната конфигурација следните уреди(Сл. 2.1.):

Ајде да ги погледнеме неговите делови.

До главното технички средстваперсонален компјутер вклучува:

- системска единица;

- монитор (екран);

- тастатура.

Дополнително, можете да се поврзете со вашиот компјутер, на пример:

- Печатач;

- глушец;

- скенер;

- модем (модулатор-демодулатор);

- плотер;

- џојстик, итн.

Системска единица

Системската единица е главната единица во која се инсталирани најважните компоненти. Системска единица (види Сл. 2.2., 2.3.) е случај во кој се наоѓа речиси целиот хардвер на компјутерот.

Се повикуваат уредите лоцирани во системската единица внатрешен, а уредите поврзани со него надворешно се нарекуваат надворешен. Надворешен дополнителни уреди, исто така наречени периферни.

Внатрешна организацијасистемска единица:

· матична плоча;

· HDD:

· Погон на флопи диск;

· CD-ROM-уред;

· видео картичка (видео адаптер);

· звучна картичка;

· енергетска единица.

Системи лоцирани на матична плоча:

· RAM меморија;

· процесор;

· ROM чип и BIOS систем;

· автобуски интерфејси итн.

Магнетните дискови, за разлика од RAM меморијата, се дизајнирани за трајно складирање на информации.

Постојат два вида магнетни дискови што се користат во компјутерите:

· неотстранлив хард диск (хард диск);

· отстранливи, флексибилни дискови (флопи дискови).

Хард дискот е дизајниран за трајно складирање на информации што помалку или повеќе се користат во работата: програми за оперативен систем, компајлери од програмски јазици, програми за сервисирање (одржување), програми за кориснички апликации, текстуални документи, датотеки со база на податоци, итн. Хард дискот е значително супериорен во однос на флопи дисковите во однос на брзината на пристапот, капацитетот и доверливоста.

3. Компјутерска технологија 1

3.1 Историја на развојот на компјутерската технологија 1

3.2 Методи за класификација на компјутерите 3

3.3 Други видови компјутерска класификација 5

3.4 Состав на компјутерскиот систем 7

3.4.1 Хардвер 7

3.4.2 Софтвер 7

3.5 Класификација на апликативен софтвер 9

3.6 Класификација на комунален софтвер 12

3.7 Концептот на информации и математичка поддршка за компјутерски системи 13

3.8 Сумирајќи 13

1. Компјутерско инженерство

   1. Историја на развојот на компјутерската технологија

Компјутерски систем, компјутер

Изнаоѓањето средства и методи за механизација и автоматизација на работата е една од главните задачи на техничките дисциплини. Автоматизацијата на работа со податоци има свои карактеристики и разлики од автоматизацијата на другите видови на работа. За оваа класа на задачи се користат посебни видови уреди, од кои повеќето се електронски уреди. Се нарекува збир на уреди дизајнирани за автоматска или автоматска обработка на податоци компјутерска технологија,Се нарекува специфичен сет на уреди и програми кои се во интеракција дизајнирани да опслужуваат една работна област компјутерски систем.Централниот уред на повеќето компјутерски системи е компјутер.

Компјутерот е електронски уред дизајниран да го автоматизира создавањето, складирањето, обработката и транспортот на податоци.

Како работи компјутерот

При дефинирањето на компјутерот како уред, ја посочивме дефинирачката карактеристика - електронски.Сепак, автоматските пресметки не беа секогаш извршени од електронски уреди. Познати се и механички уреди кои можат автоматски да вршат пресметки.

Анализирајќи рана историјакомпјутерската технологија, некои странски истражувачи честопати нарекуваат механички пресметковен уред како древен претходник на компјутерот абакус.Пристапот „од абакусот“ укажува на длабока методолошка заблуда, бидејќи абакусот нема својство автоматски да врши пресметки, но за компјутер е одлучувачки.

Абакусот е најраниот механички уред за броење, првично глинена плоча со жлебови во кои биле поставени камења што претставуваат бројки. Појавата на абакусот датира од четвртиот милениум п.н.е. д. Местото на потекло се смета за Азија. Во средниот век во Европа, абакусот бил заменет со графички табели. Пресметките со нивно користење беа повикани сметајќи на линиите, иво Русија во 16-17 век се појавил многу понапреден изум, кој се користи и денес - Руски абакус.

Во исто време, ние сме многу запознаени со уште еден уред кој може автоматски да врши пресметки - часовник. Без разлика на принципот на работа, сите видови часовници (песочен часовник, часовник за вода, механички, електрични, електронски итн.) имаат способност да генерираат движења или сигнали во редовни интервали и да ги снимаат настанатите промени, односно да вршат автоматско сумирање на сигналите или движења. Овој принцип може да се види дури и во сончевите часовници кои содржат само уред за снимање (улогата на генератор ја врши системот Земја-Сонце).

Механички часовник е уред кој се состои од уред кој автоматски врши движења во редовни одредени интервали и уред за снимање на овие движења. Местото каде се појавија првите механички часовници е непознато. Најраните примери датираат од 14 век и припаѓаат на манастири (часовник на кулата).

Во срцето на секој модерен компјутер, како во електронски часовник, лаги генератор на часовници,генерирање на електрични сигнали во редовни интервали кои се користат за возење на сите уреди во компјутерскиот систем. Контролирањето на компјутерот всушност се сведува на управување со дистрибуцијата на сигналите помеѓу уредите. Таквата контрола може да се изврши автоматски (во овој случај тие зборуваат контрола на програмата)или рачно користејќи надворешни контроли - копчиња, прекинувачи, џемпери итн. (во раните модели). Во современите компјутери, надворешната контрола е во голема мера автоматизирана со помош на специјални хардверско-логички интерфејси на кои се поврзани уреди за контрола и внесување податоци (тастатура, глушец, џојстик и други). За разлика од програмската контрола, таквата контрола се нарекува интерактивни.

Механички извори

Првиот автоматски уред во светот за извршување на операцијата за додавање е создаден врз основа на механички часовник. Во 1623 година, тој беше развиен од Вилхелм Шикард, професор на Катедрата за ориентални јазици на Универзитетот во Тибинген (Германија). Денес, работен модел на уредот е репродуциран од цртежите и ја потврди неговата функционалност. Самиот пронаоѓач во своите писма ја нарекол машината „часовник за сумирање“.

Во 1642 година, францускиот механичар Блез Паскал (1623-1662) разви покомпактен уред за додавање, кој стана првиот масовно произведен механички калкулатор во светот (главно за потребите на париските лихвари и менувачи на пари). Во 1673 година, германскиот математичар и филозоф Г. В. Лајбниц (1646-1717) создал механички калкулатор кој можел да врши операции за множење и делење со повторување на операциите за собирање и одземање одново и одново.

Во текот на 18 век, познат како доба на просветителството, се појавија нови, понапредни модели, но принципот на механичка контрола на компјутерските операции остана ист. Идејата за програмирање на пресметковните операции потекнува од истата индустрија за часовници. Часовникот на античката манастирска кула бил поставен да вклучува механизам поврзан со систем на ѕвона во дадено време. Такво програмирање беше тешко -во исто време е извршена истата операција.

Идејата за флексибилно програмирање на механички уреди со помош на перфорирана хартиена лента за прв пат беше реализирана во 1804 година во разбојот Жакард, по што беше само еден чекор до контрола на програматапресметковни операции.

Овој чекор го направи извонредниот англиски математичар и пронаоѓач Чарлс Бебиџ (1792-1871) во неговиот Аналитички мотор, кој, за жал, никогаш не бил целосно изграден од пронаоѓачот за време на неговиот живот, туку бил репродуциран во наше време според неговите цртежи, па дека денес имаме право да зборуваме за Аналитичкиот мотор како навистина постоечки уред. Посебна карактеристика на аналитичкиот мотор беше тоа што беше првиот што го имплементираше принципот на поделба на информациите на команди и податоци.Аналитичкиот мотор содржеше две големи единици - „магацин“ и „мелница“. Податоците се внесуваа во механичката меморија на „магацинот“ со инсталирање блокови од запчаници, а потоа се обработуваа во „мелницата“ со помош на команди кои беа внесени од перфорирани картички (како кај Жакард разбој).

Истражувачите на делото на Чарлс Бебиџ секако ја забележуваат посебната улога на грофицата Аугуста Ада Лавлејс (1815-1852), ќерка на познатиот поет Лорд Бајрон, во развојот на проектот Аналитички мотор. Токму таа дојде до идеја да користи перфорирани картички за програмирање на пресметковни операции (1843). Особено, во едно од нејзините писма таа напиша: „Аналитичкиот мотор ткае алгебарски обрасци на ист начин како што разбојот репродуцира цвеќиња и лисја“. Лејди Ада со право може да се нарече првиот програмер во светот. Денес еден од познатите програмски јазици е именуван по неа.

Идејата на Чарлс Бебиџ за одвоено разгледување тимовиИ податоцииспадна да биде невообичаено плодна. Во 20 век тој беше развиен во принципите на Џон фон Нојман (1941), а денес во пресметувањето на принципот на одделно разгледување програмиИ податоцие многу важно. Се зема предвид и при развивање на архитектурите на современите компјутери и при развивање на компјутерски програми.

Математички извори

Ако размислиме со какви предмети работеле првите механички претходници на современиот електронски компјутер, мора да признаеме дека бројките биле претставени или во форма на линеарни движења на механизмите на синџирот и решетката, или во форма на аголни движења на механизмите на запчаникот и рачката. . Во двата случаи, тоа беа движења, кои не можеа, а да не влијаат на димензиите на уредите и брзината на нивното работење. Само преминот од движења на снимање до сигнали за снимање овозможи значително да се намалат димензиите и да се зголемат перформансите. Сепак, на патот до ова достигнување беше неопходно да се воведат уште неколку важни принципи и концепти.

Бинарен систем Лајбниц.Кај механичките уреди, запчаниците може да имаат доста фиксни и, што е најважно, различни помеѓусочинуваат одредби. Бројот на таквите позиции е најмалку еднаков на бројот на запците на менувачот. Во електрични и Електронски Уреди ние зборуваме зане за регистрација одредбиструктурни елементи и за регистрација државитеелементи на уредот. Толку стабилна и препознатливИма само две состојби: вклучено - исклучено; отворено - затворено; наполнето - испразнето, итн. Затоа, традиционалниот децимален систем што се користи во механичките калкулатори е незгоден за електронските компјутерски уреди.

Можноста за претставување на кој било број (и не само броеви) со бинарни цифри првпат беше предложена од Готфрид Вилхелм Лајбниц во 1666 година. Обидот да се замисли универзумот во форма на континуирана интеракција на два принципа („црно“ и „бело“, машко и женско, доброто и злото) и да се применат методите на „чиста“ математика во неговото проучување, го поттикна Лајбниц да проучува својствата на бинарното претставување на податоците. Мора да се каже дека Лајбниц веќе размислувал за можноста за користење на бинарен систем во компјутерски уред, но бидејќи немало потреба за тоа за механички уреди, тој не ги користел принципите на бинарниот систем во неговиот калкулатор (1673) .

Математичка логика на Џорџ Бул,Зборувајќи за работата на Џорџ Бул, истражувачите на историјата на компјутерската технологија секако нагласуваат дека овој извонреден англиски научник од првата половина на 19 век бил самоук. Можеби токму поради недостатокот на „класично“ (како што се разбираше во тоа време) образование Џорџ Бул воведе револуционерни промени во логиката како наука.

Додека ги проучувал законите на размислување, тој применил систем на формална нотација и правила во логиката кој бил близок до математичката. Последователно овој систем наречена логичка алгебраили Булова алгебра.Правилата на овој систем се применливи за широк спектар на објекти и нивни групи (комплети,според терминологијата на авторот). Главната цел на системот, како што ја замислил Џ. Бул, била да шифрира логички искази и да ги намали структурите на логичките заклучоци на едноставни изрази блиски по форма до математичките формули. Резултатот од формалната евалуација на логички израз е една од двете логички вредности: вистинаили лага.

Важноста на логичката алгебра беше игнорирана долго време, бидејќи нејзините техники и методи не содржеа практични придобивки за тогашната наука и технологија. Меѓутоа, кога се појави основната можност за создавање компјутерска технологија на електронска основа, операциите што ги воведе Бул се покажаа како многу корисни. Тие првично се фокусирани на работа со само два ентитета: вистинаИ лага.Не е тешко да се разбере како тие биле корисни за работа со бинарен код, кој во современите компјутери е исто така претставен со само два сигнали: нулаИ единица.

Не сите од системот на Џорџ Бул (ниту сите логички операции што ги предложи) беа користени за создавање електронски компјутери, туку четири главни операции: И (раскрсница),ИЛИ (Сојуз),НЕ (жалба)и ЕКСКЛУЗИВНИ ИЛИ - ја формираат основата на работата на сите видови процесори во современите компјутери.

Ориз. 3.1. Основни операции на логичка алгебра

Класификација на компјутерска опрема

1. Хардвер

Составот на компјутерскиот систем се нарекува конфигурација. Компјутерски хардвер и софтвер обично се разгледуваат одделно. Според тоа, хардверската конфигурација на компјутерските системи и нивната софтверска конфигурација се разгледуваат одделно. Овој принцип на раздвојување е од особена важност за компјутерската наука, бидејќи многу често решението за истите проблеми може да го обезбеди и хардверот и софтверот. Критериумите за избор на хардверско или софтверско решение се перформансите и ефикасноста. Општо е прифатено дека хардверските решенија се во просек поскапи, но имплементацијата софтверски решенијабара повеќе висококвалификуван персонал.

ДО хардверкомпјутерските системи вклучуваат уреди и инструменти кои формираат хардверска конфигурација. Модерни компјутерии компјутерските системи имаат блок-модуларен дизајн - хардверска конфигурација неопходна за извршување специфични типовиработа, која може да се состави од готови единици и блокови.

Главните хардверски компоненти на еден компјутерски систем се: меморија, централен процесор и периферни уреди, кои се меѓусебно поврзани со системска магистрала (сл. 1.) Главната меморија е дизајнирана да складира програми и податоци во бинарна форма и е организирана во форма од подредена низа од ќелии, од кои секоја има единствена дигитална адреса. Обично, големината на ќелијата е 1 бајт. Типични операции на главната меморија: читање и пишување на содржината на ќелија со одредена адреса.

2. Централен процесор

Централната процесорска единица е централна единица на компјутерот која врши операции за обработка на податоци и ги контролира периферните уреди на компјутерот. Централниот процесор вклучува:

Контролен уред - го организира процесот на извршување на програмата и ја координира интеракцијата на сите уреди на компјутерскиот систем за време на неговото работење;

Аритметичко-логичка единица - врши аритметички и логички операции на податоци: собирање, одземање, множење, делење, споредба и сл.;

Уред за складирање - е внатрешна меморијапроцесор, кој се состои од регистри, кога се користи, процесорот врши пресметки и складира средни резултати; За да се забрза работата со RAM меморија, се користи кеш меморија, во која командите и податоците од RAM меморијата неопходни за процесорот за следните операции се пумпаат напред;

Генератор на часовник - генерира електрични импулси кои ја синхронизираат работата на сите компјутерски јазли.

Централниот процесор врши различни операции со податоци користејќи специјализирани ќелии за складирање на клучните променливи и привремени резултати - внатрешни регистри. Регистрите се поделени на два вида (сл. 2.):

Регистри за општа намена - се користат за привремено складирање на клучни локални променливи и средни резултати од пресметките, вклучуваат регистри на податоци и регистри на покажувачи; главната функција е да обезбеди брз пристапдо често користените податоци (обично без пристап до меморијата).

Специјализирани регистри - се користат за контрола на работата на процесорот, најважни од нив се: регистерот за инструкции, покажувачот на стек, регистарот со знаменца и регистарот кој содржи информации за состојбата на програмата.

Програмерот може да користи регистри на податоци по своја дискреција за привремено складирање на какви било објекти (податоци или адреси) и извршување на потребните операции на нив. Индексните регистри, како и регистрите на податоци, може да се користат на кој било начин; нивната главна цел е да складираат индекси или поместувања на податоци и инструкции од почетокот на основната адреса (при преземање на операнди од меморијата). Основната адреса може да биде во базните регистри.

Сегментните регистри се критичен елемент на архитектурата на процесорот, обезбедувајќи адресирање на 20-битен адресен простор со помош на 16-битни операнди. Регистри на главни сегменти: CS - регистар на отсечен код; DS - регистар на податочен сегмент; SS е регистер за сегменти на стек, ES е дополнителен регистар на сегменти. До меморијата се пристапува преку сегменти - логички формации надредени на кој било дел од физичкиот адресен простор. Почетната адреса на сегментот, поделена со 16 (без најмалку значајна хексадецимална цифра) се внесува во еден од регистрите на сегменти; по што се обезбедува пристап до делот за меморија почнувајќи од наведената адреса на сегментот.

Адресата на која било мемориска ќелија се состои од два збора, од кои едниот ја одредува локацијата во меморијата на соодветниот сегмент, а другиот - поместувањето во овој сегмент. Големината на сегментот се одредува според количината на податоци што ги содржи, но никогаш не може да надмине 64 KB, што се одредува според максималната можна вредност за поместување. Адресата на сегментот на инструкцискиот сегмент се зачувува во регистарот CS, а поместувањето на адресираниот бајт е зачувано во регистарот на покажувач на инструкции IP.

Сл.2. 32-битни процесорски регистри

По вчитувањето на програмата, во IP се внесува поместувањето на првата команда на програмата. Процесорот, откако го прочита од меморијата, ја зголемува содржината на IP точно за должината на оваа инструкција (инструкциите на процесорот на Intel може да имаат должина од 1 до 6 бајти), како резултат на што IP укажува на втората инструкција на програмата . Откако ја изврши првата команда, процесорот ја чита втората од меморијата, повторно зголемувајќи ја IP вредноста. Како резултат на тоа, IP-от секогаш го содржи поместувањето на следната команда - командата што следи по онаа што се извршува. Опишаниот алгоритам се нарушува само кога се извршуваат инструкции за скок, потпрограмски повици и сервисирање на прекини.

Адресата на сегментот на податочниот сегмент е зачувана во регистарот DS, поместувањето може да биде во еден од регистрите за општа намена. Дополнителниот сегментен регистар ES се користи за пристап до полињата со податоци што не се вклучени во програмата, како што се видео баферот или системските ќелии. Меѓутоа, доколку е потребно, може да се конфигурира за еден од програмските сегменти. На пример, ако некоја програма работи со голема количина на податоци, можете да обезбедите два сегменти за нив и да пристапите до еден од нив преку DS регистарот, а другиот преку регистарот ES.

Регистарот на покажувачи на стек SP се користи како покажувач до врвот на стекот. Стак е програмска област за привремено складирање на произволни податоци. Практичноста на оџакот лежи во фактот што неговата област се користи постојано, а складирањето на податоците на стекот и нивното преземање од таму се врши со помош на командите push и pop без да се наведат имиња. Стакот традиционално се користи за складирање на содржината на регистрите што ги користи програмата пред да се повика потпрограма, која пак ќе ги користи регистрите на процесорот за свои цели. Оригиналната содржина на регистрите се појавува од стекот откако ќе се врати потпрограмата. Друга вообичаена техника е да се пренесат потребните параметри на потпрограмата преку стекот. Потпрограмата, знаејќи по кој редослед се поставени параметрите на оџакот, може да ги земе од таму и да ги користи за време на неговото извршување.

Карактеристична карактеристика на оџакот е единствениот редослед по кој се преземаат податоците содржани во него: во кое било време, само горниот елемент е достапен на стекот, односно елементот што последен пат бил вчитан на оџакот. Повлекувањето на горниот елемент од оџакот го прави следниот елемент достапен. Елементите на магацинот се наоѓаат во мемориската област доделена за стекот, почнувајќи од дното на оџакот (на неговата максимална адреса) при адреси кои последователно се намалуваат. Адресата на горниот, достапен елемент е зачувана во регистарот на покажувачи на стек SP.

Специјалните регистри се достапни само во привилегиран режим и се користат од оперативниот систем. Тие контролираат различни кеш блокови, главна меморија, влезно/излезни уреди и други уреди во компјутерскиот систем.

Постои еден регистар кој е достапен и во привилегирани и во кориснички режими. Ова е регистарот PSW (Program State Word), кој се нарекува регистер за знаме. Знамениот регистар содржи различни битови кои му се потребни на централниот процесор, најважни се шифрите за услови кои се користат при споредување и условни скокови.Тие се поставени во секој циклус на аритметичко-логичката единица на процесорот и ја рефлектираат состојбата на резултатот од претходната операција. Содржината на регистерот за знаменце зависи од типот на компјутерскиот систем и може да вклучува дополнителни полиња кои укажуваат на: режимот на машината (на пример, корисник или привилегиран); трага бит (кој се користи за дебагирање); ниво на приоритет на процесорот; статус за овозможување прекини. Регистарот со знаменце обично се чита во кориснички режим, но некои полиња може да се напишат само во привилегиран режим (на пример, битот што го означува режимот).

Регистарот за покажувач на команди ја содржи адресата на следната команда во редот за извршување. По изборот на инструкција од меморијата, регистарот на инструкции се прилагодува и покажувачот се префрла на следната инструкција. Покажувачот за инструкции го следи напредокот на извршувањето на програмата, означувајќи ја во секој момент релативната адреса на инструкцијата што следи по онаа што се извршува. Регистарот не е програмски достапен; Адресното зголемување во него го врши микропроцесорот, земајќи ја предвид должината на тековната инструкција. Наредбите за скокови, прекини, повикување потпрограми и враќање од нив ја менуваат содржината на покажувачот, со што се прават транзиции до потребните точки во програмата.

Регистарот на акумулатори се користи во огромното мнозинство на инструкции. Често користените команди со користење на овој регистар имаат скратен формат.

За обработка на информации, податоците обично се пренесуваат од мемориските ќелии во регистри за општа намена, изведувајќи операција централен процесори пренесување на резултатите во главната меморија. Програмите се чуваат како низа од машински инструкции што мора да ги изврши централниот процесор. Секоја команда се состои од оперативно поле и полиња за операнд - податоците на кои се изведува операцијата. Збир на машински инструкции се нарекува машински јазик. Програмите се извршуваат на следниов начин. Машинската инструкција на која укажува програмскиот бројач се чита од меморијата и се копира во регистарот на инструкции, каде што се декодира и потоа се извршува. По неговото извршување, програмскиот бројач покажува на следната команда итн. Овие дејства се нарекуваат машински циклус.

Повеќето централни процесори имаат два режима на работа: режим на јадро и режим на корисник, кој е одреден со малку во зборот за статус на процесорот (регистер за знаме). Ако процесорот работи во режим на јадро, може да ги изврши сите инструкции во множеството инструкции и да ги користи сите можности на хардверот. Оперативниот систем работи во режим на јадро и обезбедува пристап до целиот хардвер. Корисничките програми работат во кориснички режим, што овозможува извршување на многу команди, но овозможува достапен само дел од хардверот.

За да комуницира со оперативниот систем, корисничката програма мора да издаде системски повик кој влегува во режим на јадро и ги активира функциите на оперативниот систем. Командата trap (емулиран прекин) го префрла режимот на работа на процесорот од режим на корисник во режим на јадро и ја пренесува контролата на оперативниот систем. По завршувањето на работата, контролата се враќа во корисничката програма, на командата што следи по системскиот повик.

Во компјутерите, покрај инструкциите за извршување на системски повици, постојат прекини кои се повикуваат од хардверот за да предупредат за исклучоци, како обид за делење со нула или прелевање со подвижна запирка. Во сите такви случаи, контролата преминува на оперативниот систем, кој мора да одлучи што понатаму. Понекогаш треба да ја прекинете програмата со порака за грешка, понекогаш може да ја игнорирате (на пример, ако некој број го изгуби значењето, може да се постави на нула) или да ја префрлите контролата на самата програма за да се справи со одредени типови на услови.

Врз основа на распоредот на уредите во однос на централниот процесор, се разликуваат внатрешни и надворешни уреди. Надворешни, по правило, се повеќето влезно/излезни уреди (исто така наречени периферни уреди) и некои уреди дизајнирани за долгорочно складирање на податоци.

Координацијата помеѓу поединечните јазли и блокови се изведува со помош на преодни хардверско-логички уреди наречени хардверски интерфејси. Стандардите за хардверски интерфејси во компјутерите се нарекуваат протоколи - збир на технички услови што мора да ги обезбедат развивачите на уреди за успешно да ја координираат нивната работа со други уреди.

Бројни интерфејси присутни во архитектурата на секој компјутерски систем може да се поделат во две големи групи: сериски и паралелни. Преку сериски интерфејс, податоците се пренесуваат последователно, малку по бит, и преку паралелен интерфејс - истовремено во групи на битови. Бројот на битови вклучени во една порака се одредува според ширината на интерфејсот; на пример, осум-битни паралелни интерфејси пренесуваат еден бајт (8 бита) по циклус.

Паралелните интерфејси обично се посложени од сериските интерфејси, но обезбедуваат повисоки перформанси. Тие се користат таму каде што брзината на пренос на податоци е важна: за поврзување уреди за печатење, уреди за графички влез, уреди за снимање податоци на надворешни медиуми итн. Перформансите на паралелните интерфејси се мери во бајти во секунда (бајт/с; KB/s; MB/s).

Уред сериски интерфејсиполесно; по правило, тие не треба да ја синхронизираат работата на уредите за предавање и примање (затоа тие често се нарекуваат асинхрони интерфејси), но нивната пропусност е помала и коефициентот корисна акцијаподолу. Бидејќи размената на податоци преку сериски уреди се врши не со бајти, туку со битови, нивната изведба се мери во битови во секунда (bps, Kbps, Mbps). И покрај очигледната едноставност на конвертирање на единиците за брзина на сериски пренос во паралелни единици за брзина на пренос на податоци со механичка поделба со 8, таквата конверзија не се врши бидејќи не е точна поради присуството на сервисни податоци. Како последно средство, приспособено за сервисни податоци, понекогаш брзината на сериските уреди се изразува во знаци во секунда или во знаци во секунда (s/s), но оваа вредност не е од техничка, туку од референтна, потрошувачка природа.

Сериските интерфејси се користат за поврзување на бавни уреди (наједноставни уреди за печатење со низок квалитет: уреди за внесување и излез на информации за знаци и сигнали, контролни сензори, комуникациски уреди со ниски перформанси итн.), како и во случаи кога нема значителни ограничувања за времетраењето на размената на податоци (дигитални камери).

Втората главна компонента на компјутерот е меморијата. Меморискиот систем е конструиран во форма на хиерархија на слоеви (сл. 3.). Горниот слој се состои од внатрешните регистри на централниот процесор. Внатрешните регистри обезбедуваат капацитет за складирање од 32 x 32 бита на 32-битен процесор и 64 x 64 бита на 64-битен процесор, што е помалку од еден килобајт во двата случаи. Самите програми можат да управуваат со регистрите (т.е. да одлучуваат што да складираат во нив) без хардверска интервенција.

Сл.3. Типично хиерархиска структурамеморија

Следниот слој содржи кеш меморија, која главно е контролирана од хардверот. RAM меморијата е поделена на кеш линии, обично 64 бајти, со адреси од 0 до 63 во линијата нула, од 64 до 127 во линијата еден итн. Најчесто користените кеш линии се чуваат во кеш меморија со голема брзина која се наоѓа внатре или многу блиску до процесорот. Кога програмата треба да прочита збор од меморијата, кеш-чипот проверува дали саканата линија е во кешот. Ако е така, тогаш се случува ефективен пристап до кеш меморијата, барањето е целосно задоволено од кешот и барањето за меморија не се испраќа до магистралата. Успешниот пристап до кешот обично трае околу два такт циклуси, додека неуспешниот резултира со пристап до меморија со значително губење на време. Кеш меморијата е ограничена по големина поради високата цена. Некои машини имаат две или дури три нивоа на кеш, при што секое е побавно и поголемо од претходното.

Следува RAM (RAM - меморија за случаен пристап, англиски RAM, меморија за случаен пристап - меморија за случаен пристап). Ова е главната работна област на уредот за складирање на компјутерскиот систем. Сите барања на процесорот кои не можат да се исполнат од кеш меморијата се испраќаат во главната меморија за обработка. Кога извршувате неколку програми на компјутер, препорачливо е да поставите сложени програми во RAM меморијата. Заштитата на програмите една од друга и нивното преместување во меморијата се реализира со опремување на компјутерот со два специјализирани регистри: основниот регистар и граничниот регистар.

Во наједноставниот случај (сл. 4.а), кога програмата ќе почне да работи, основниот регистар се вчитува со адресата на почетокот на извршниот програмски модул, а граничниот регистар покажува колку зафаќа модулот за извршна програма заедно со податоците. При преземање на команда од меморијата, хардверот го проверува програмскиот бројач и ако е помал од граничниот регистар, на него ја додава вредноста на основниот регистар и ја пренесува сумата во меморијата. Кога програмата сака да прочита збор од податоци (на пример, од адресата 10000), хардверот автоматски ја додава содржината на основниот регистар (на пример, 50000) на таа адреса и ја пренесува сумата (60000) во меморијата. Основниот регистар дозволува програма да упатува на кој било дел од меморијата по адресата зачувана во неа. Дополнително, граничниот регистар ја спречува програмата да пристапи до кој било дел од меморијата по програмата. Така, со помош на оваа шема се решаваат двата проблема: заштита и движење на програмите.

Како резултат на проверка и трансформација на податоците, адресата генерирана од програмата и наречена виртуелна адреса се преведува во адреса што ја користи меморијата и се нарекува физичка адреса. Уредот што врши проверка и конверзија се нарекува единица за управување со меморија или менаџер на меморија (MMU, Memory Management Unit). Менаџерот за меморија се наоѓа или во колото на процесорот или блиску до него, но логично се наоѓа помеѓу процесорот и меморијата.

Покомплексен мемориски менаџер се состои од два пара базни и гранични регистри. Еден пар е за програмски текст, другиот пар е за податоци. Регистерот на команди и сите референци кон текстот на програмата работат со првиот пар на регистри; референците на податоци го користат вториот пар регистри. Благодарение на овој механизам, станува возможно да се сподели една програма помеѓу неколку корисници додека се складира само една копија од програмата во RAM меморија, што е исклучено во едноставна шема. Кога работи програмата бр. 1, четирите регистри се наоѓаат како што е прикажано на сл. 4 (б) лево, кога работи програмата бр. 2 - десно. Управувањето со менаџерот за меморија е функција на оперативниот систем.

Следен во структурата на меморијата е магнетниот диск (хард диск). Меморијата на дискот е два реда на големина поевтина од RAM-от по бит и е поголема по големина, но пристапот до податоците лоцирани на дискот трае околу три реда подолго. Причината за бавната брзина на хард дискот е фактот што дискот е механичка структура. Хард дискот се состои од една или повеќе метални плочи кои ротираат со брзина од 5400, 7200 или 10800 вртежи во минута (сл. 5.). Информациите се запишуваат на плочи во форма на концентрични кругови. Главите за читање/запишување на секоја дадена позиција можат да читаат прстен на плочата наречена песна. Заедно, шините за дадена положба на вилушката формираат цилиндар.

Секоја песна е поделена на голем број сектори, обично 512 бајти по сектор. На модерни погонинадворешните цилиндри содржат повеќе сектори отколку внатрешните. Преместувањето на главата од еден цилиндар во друг трае околу 1 ms, а преместувањето во случаен цилиндар трае од 5 до 10 ms, во зависност од погонот. Кога главата се наоѓа над саканата патека, треба да почекате додека моторот не го ротира дискот така што потребниот сектор е под главата. За ова се потребни дополнителни 5 до 10 ms, во зависност од брзината на ротација на дискот. Кога секторот е под главата, процесот на читање или запишување се случува со брзини кои се движат од 5 MB/s (за дискови со мала брзина) до 160 MB/s (за погони со голема брзина).

Последниот слој е окупиран со магнетна лента. Овој медиум често се користел за создавање резервни копиипростор на хард дискот или складирање големи комплетиподатоци. За пристап до информации, лентата беше ставена во читач на магнетна лента, а потоа беше премотана во бараниот блок на информации. Целиот процес траеше неколку минути. Опишаната хиерархија на меморијата е типична, но во некои отелотворувања не може да бидат присутни сите нивоа или други видови од нив (на пример, оптички диск). Во секој случај, кога се движите низ хиерархијата од врвот до дното, времето за случаен пристап значително се зголемува од уред до уред, а капацитетот расте еднакво на времето за пристап.

Покрај типовите опишани погоре, многу компјутери имаат меморија за случаен пристап само за читање (ROM, меморија само за читање), која не ја губи својата содржина кога компјутерскиот систем е исклучен. ROM-от е програмиран за време на производството и неговата содржина не може да се смени после тоа. На некои компјутери, ROM-от содржи програми за подигање што се користат за стартување на компјутерот и некои влезни/излезни картички за контролирање на уреди на ниско ниво.

Електрично бришење ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) и флеш RAM (флеш RAM) исто така не се испарливи, но за разлика од ROM-от, нивната содржина може да се избрише и повторно да се запише. Сепак, запишувањето податоци до нив трае многу подолго од пишувањето во RAM меморија. Затоа, тие се користат на ист начин како и ROM-ите.

Постои уште еден вид меморија - CMOS меморија, која е испарлива и се користи за складирање на тековниот датум и тековното време. Меморијата се напојува од батерија вградена во компјутерот и може да содржи параметри за конфигурација (на пример, означување од кој хард диск да се подигне).

3. В/И уреди

Други уреди кои тесно комуницираат со оперативниот систем се влезно/излезни уреди, кои се состојат од два дела: контролер и самиот уред. Контролерот е микроциркут (чипсет) на плоча што е вметната во конектор, кој прима и извршува команди од оперативниот систем.

На пример, контролорот добива команда за читање на одреден сектор од дискот. За да се изврши командата, контролорот го претвора линеарниот број на секторот на дискот во бројот на цилиндерот, секторот и главата. Операцијата на конверзија е комплицирана од фактот дека надворешните цилиндри може да имаат повеќе сектори од внатрешните. Контролорот потоа одредува кој цилиндар се наоѓа погоре овој моментглава, и дава низа пулсирања за поместување на главата потребниот број цилиндри. По што контролорот чека дискот да се ротира, ставајќи го потребниот сектор под главата. Потоа процесите на читање и складирање на битови како што пристигнуваат од дискот, процесите на отстранување на заглавието и пресметување контролна сума. Следно, контролорот ги собира примените битови во зборови и ги складира во меморијата. За извршување на оваа работа, контролорите содржат вграден фирмвер.

Самиот I/O уред има едноставен интерфејс кој мора да одговара на унифицираниот IDE стандард (IDE, Integrated Drive Electronics - вграден интерфејс за погон). Бидејќи интерфејсот на уредот е скриен од контролерот, оперативниот систем го гледа само интерфејсот на контролорот, кој може да се разликува од интерфејсот на уредот.

Бидејќи контролорите за различни уредиВлезните/излезните уреди се разликуваат еден од друг, потоа за управување со нив ви треба соодветен софтвер - драјвери. Затоа, секој производител на контролери мора да обезбеди драјвери за контролорите што ги поддржува. оперативни системи. Постојат три начини да го инсталирате драјверот во оперативниот систем:

Обновете го кернелот со нов драјвер и потоа рестартирајте го системот, што е колку UNIX системи работат;

Направете запис во датотеката вклучена во оперативниот систем дека е потребен драјвер и рестартирајте го системот; за време на почетното подигање, оперативниот систем ќе најде потребен возачи преземете го; Вака функционира оперативниот систем Виндоус;

Прифатете нови драјвери и брзо инсталирајте ги користејќи го оперативниот систем додека работи; Овој метод го користат USB и IEEE 1394 отстранливи автобуси, кои секогаш бараат динамички вчитани драјвери.

Постојат одредени регистри за комуникација со секој контролер. На пример, минимален контролер на дискот може да има регистри за одредување на адресата на дискот, адресата на меморијата, бројот на секторот и насоката на работа (читање или пишување). За да го активира контролорот, возачот добива команда од оперативниот систем, а потоа ја преведува во вредности погодни за запишување во регистрите на уредите.

На некои компјутери, регистрите на I/O уредите се мапирани во просторот за адреси на оперативниот систем за да можат да се читаат или пишуваат како обични зборови во меморијата. Адресите на регистрите се сместени во RAM меморијата надвор од дофатот на корисничките програми со цел да се заштитат корисничките програми од хардверот (на пример, користење на основните и граничните регистри).

На други компјутери, регистрите на уредите се наоѓаат во посебни влезни/излезни порти и секој регистер има своја адреса на портата. На таквите машини, командите IN и OUT се достапни во привилегиран режим, што им овозможува на возачите да читаат и пишуваат регистри. Првата шема ја елиминира потребата од посебни инструкции за влез/излез, но користи одреден простор за адреси. Втората шема не влијае на просторот за адреси, туку бара посебни команди. Двете шеми се широко користени. Внесувањето и излезот на податоците се врши на три начини.

1. Корисничката програма издава системско барање, кое кернелот го преведува во процедурален повик за соодветниот драјвер. Возачот потоа го започнува процесот на I/O. За тоа време, возачот извршува многу кратка програмска јамка, постојано испитувајќи ја подготвеноста на уредот со кој работи (обично има некој бит што покажува дека уредот е сè уште зафатен). Кога ќе заврши операцијата В/И, возачот ги поставува податоците каде што се потребни и се враќа во првобитната состојба. Оперативниот систем потоа ја враќа контролата на програмата што го направила повикот. Овој метод се нарекува подготвено чекање или активно чекање и има еден недостаток: процесорот мора да го испита уредот додека не ја заврши својата работа.

2. Возачот го стартува уредот и бара од него да издаде прекин кога ќе заврши I/O. По ова, возачот ги враќа податоците, оперативниот систем ја блокира програмата за повикување, доколку е потребно, и почнува да извршува други задачи. Кога контролорот ќе го открие крајот на преносот на податоци, тој генерира прекин за да го сигнализира завршувањето на операцијата. Механизмот за имплементација на влез-излез се јавува на следниов начин (сл. 6.а):

Чекор 1: возачот ја пренесува командата до контролорот, запишувајќи информации во регистрите на уредот; Контролорот го стартува I/O уредот.

Чекор 2: По завршувањето на читањето или пишувањето, контролорот испраќа сигнал до чипот на контролорот за прекини.

Чекор 3: Ако контролорот за прекин е подготвен да прими прекин, тогаш тој испраќа сигнал до одреден пин на процесорот.

Чекор 4: Контролорот за прекини го става бројот на I/O уредот на магистралата за да може процесорот да го прочита и да знае кој уред ја завршил својата работа. Кога процесорот ќе прими прекин, содржината на програмскиот бројач (PC) и зборовите за статусот на процесорот (PSW) се туркаат на тековниот оџак, а процесорот се префрла во привилегиран режим (режим на кернелот на оперативниот систем). Бројот на I/O уредот може да се користи како индекс на дел од меморијата што се користи за наоѓање на адресата на управувачот со прекини на овој уред. Овој дел од меморијата се нарекува вектор на прекини. Кога управувачот со прекини (делот од двигателот на уредот што го испратил прекинот) ќе ја започне својата работа, ги отстранува бројачот на програмата и зборот за статус на процесорот што се наоѓаат на оџакот, ги зачувува и бара од уредот информации за неговата состојба. По завршувањето на обработката на прекините, контролата се враќа на корисничката програма што се извршувала претходно, на командата чие извршување сè уште не е завршено (сл. 6 б).

3. За влез и излез на информации се користи контролер за директен мемориски пристап (DMA, Direct Memory Access), кој го контролира протокот на битови помеѓу RAM и некои контролери без постојана интервенција од централниот процесор. Процесорот го повикува DMA чипот, му кажува колку бајти да префрли, обезбедува адреси на уредот и меморијата и насоката на пренос на податоци и му дозволува на чипот да си го направи своето. По завршувањето, DMA издава прекин, со кој се постапува соодветно.

Прекините може да се појават во несоодветни времиња, како на пример додека се обработува друг прекин. Поради оваа причина, процесорот има можност да ги оневозможи прекините и да ги овозможи подоцна. Додека прекините се оневозможени, сите уреди што ја завршиле својата работа продолжуваат да ги испраќаат своите сигнали, но процесорот не се прекинува додека не се овозможат прекините. Ако повеќе уреди излегуваат во исто време додека прекините се оневозможени, контролорот за прекин одлучува кој прво треба да се обработи, обично врз основа на статичките приоритети доделени на секој уред.

Компјутерскиот систем Pentium има осум магистрали (магистрала за кеш, локална магистрала, мемориска магистрала, PCI, SCSI, USB, IDE и ISA). Секој автобус има своја брзина и функции за пренос на податоци. Оперативниот систем мора да содржи информации за сите автобуси за да управува со компјутерот и да го конфигурира.

ISA магистрала (Industry Standard Architecture) - првпат се појави на компјутерите IBM PC/AT, работи на 8,33 MHz и може да пренесува два бајти по такт циклус со максимална брзина од 16,67 MB/s; тој е вклучен во системот за компатибилност наназад со постари бавни I/O картички.

PCI магистрала (Peripheral Component Interconnect) - создадена од Intel како наследник на магистралата ISA, може да работи на фреквенција од 66 MHz и да пренесува 8 бајти на такт со брзина од 528 MB/s. Моментално PCI автобусикористете ги повеќето I/O уреди со голема брзина, како и компјутери со процесори кои не се Intel, бидејќи многу I/O картички се компатибилни со него.

Локалната магистрала на системот Pentium се користи од страна на процесорот за пренос на податоци до PCI bridge чипот, кој пристапува до меморијата на посветена мемориска магистрала, често работи на 100 MHz.

Кеш магистралата се користи за поврзување на надворешен кеш, бидејќи системите Pentium имаат кеш од прво ниво (кеш L1) вграден во процесорот и голем надворешен кеш од второ ниво (кеш L2).

IDE магистралата се користи за поврзување на периферни уреди: дискови и читачи на CD-ROM. Автобусот е потомок на интерфејсот на контролорот на дискот PC/AT и моментално е стандарден за сите системи базирани на процесори Pentium.

USB автобус (Universal Serial Bus, универзален сериски автобус) е наменет за поврзување на бавни влезно/излезни уреди (тастатура, глушец) со компјутер. Користи мал приклучок со четири жици со две жици кои ги снабдуваат USB-уредите со струја.

USB магистралата е централизирана магистрала преку која уредот-домаќин ги испитува I/O уредите секоја милисекунда за да види дали имаат податоци. Може да управува со преземање податоци со брзина од 1,5 MB/s. Сите USB уреди користат ист двигател, така што тие можат да се поврзат со системот без да се рестартира.

Магистралата SCSI (Мал компјутерски системски интерфејс) е магистрала со високи перформанси што се користи за брзи дискови, скенери и други уреди кои бараат значителен пропусен опсег. Неговите перформанси достигнуваат 160 MB/s. Магистралата SCSI се користи на Macintosh системите и е популарна на UNIX системи и други системи базирани на процесори на Intel.

Магистралата IEEE 1394 (FireWire) е бит-сериска магистрала и поддржува пренос на податоци на пакети со брзина до 50 MB/s. Овој имот ви овозможува да поврзете преносни дигитални видео камери и други мултимедијални уреди на вашиот компјутер. За разлика од гума USB автобус IEEE 1394 нема централен контролер.

Оперативниот систем мора да може да препознае хардверски компоненти и да може да ги конфигурира. Ова барање доведе Интели Microsoft да развијат персонален компјутерски систем наречен plug and play. Пред овој систем, секоја I/O табла имаше фиксни адреси на I/O регистарски адреси и ниво на барање за прекин. На пример, тастатурата користела прекин 1 и адреси во опсегот 0x60 до 0x64; Контролерот на флопи диск користеше прекин 6 и адресира од 0x3F0 до 0x3F7; печатачот користел прекин 7 и адреси од 0x378 до 0x37A.

Ако некој корисник купил звучна картичка и модем, се случило овие уреди случајно да го искористат истиот прекин. Имаше конфликт, па уредите не можеа да работат заедно. Можно решениеТребаше да се вградат збир на DIP-прекинувачи (скокачи) во секоја табла и да се конфигурира секоја табла така што адресите на портите и броевите на прекини на различни уреди не се во конфликт едни со други.

Plug and play му овозможува на оперативниот систем автоматски да собира информации за I/O уредите, централно да доделува нивоа на прекини и I/O адреси, а потоа да ги пренесе овие информации на секоја табла. Овој систем работи на компјутерите Pentium. Секој компјутер со Пентиум процесорја содржи матичната плоча на која се наоѓа програмата - системот BIOS (Basic Input Output System). BIOS-от содржи I/O програми на ниско ниво, вклучително и процедури за читање од тастатура, за прикажување информации на екранот, за I/O податоци од дискот итн.

Кога компјутерот ќе се подигне, се стартува системот BIOS, кој ја проверува количината на RAM меморија инсталирана во системот, поврзувањето и правилната работа на тастатурата и другите главни уреди. Следно, BIOS-от ги проверува автобусите ISA и PCI и сите уреди поврзани со нив. Некои од овие уреди се традиционални (пред-приклучување и играње). Тие имаат фиксни нивоа на прекини и адреса за влез/излез (на пример, поставени со помош на прекинувачи или џемпери на I/O таблата и не можат да се менуваат од оперативниот систем). Овие уреди се регистрираат, а потоа се регистрираат уредите за приклучување и репродукција. Ако присутните уреди се различни од оние кои се присутни при последното подигање, тогаш се конфигурираат нови уреди.

Потоа, BIOS-от одредува од кој уред да се подигне така што за возврат ќе ја испробате секоја листа зачувана во CMOS меморијата. Корисникот може да ја промени оваа листа со внесување на програмата за конфигурација на BIOS-от веднаш по подигнувањето. Обично, прво ќе се обиде да се подигне од флопи дискот. Ако ова не успее, се проба ЦД-то. Ако вашиот компјутер нема и флопи диск и ЦД, системот се подигнува од тврдиот диск. Првиот сектор се чита во меморијата од уредот за подигање и се извршува. Овој сектор содржи програма која ја проверува табелата со партиции на крајот од секторот за подигање за да одреди која партиција е активна. Секундарниот подигнувач потоа се чита од истата партиција. Го чита оперативниот систем од активната партиција и го стартува.

Оперативниот систем потоа го анкетира BIOS-от за да добие информации за конфигурацијата на компјутерот и проверува дали има двигател за секој уред. Ако драјверот недостасува, оперативниот систем бара од корисникот да вметне флопи диск или ЦД што го содржи драјверот (овие дискови ги обезбедува производителот на уредот). Ако сите драјвери се поставени, оперативниот систем ги вчитува во јадрото. Потоа ги иницијализира табелите на драјверите, ги создава сите потребни процеси во заднина и ја извршува програмата за внесување лозинка или GUIна секој терминал.

5. Историја на развојот на компјутерската технологија

Сите персонални компјутери компатибилни со IBM се опремени со процесори компатибилни со Интел. Историјата на развојот на микропроцесорите од семејството Интел е накратко како што следува. Првиот универзален микропроцесор на Интел се појави во 1970 година. Тој беше наречен Intel 4004, беше четири-битен и имаше можност за внесување/излез и обработка на четири-битни зборови. Неговата брзина беше 8000 операции во секунда. Микропроцесорот Intel 4004 е дизајниран за употреба во програмабилни калкулатори со големина на меморија од 4 KB.

Три години подоцна, Интел го објави процесорот 8080, кој веќе можеше да врши 16-битни аритметички операции, имаше 16-битна адресна магистрала и, според тоа, можеше да адресира до 64 KB меморија (2.516 0 = 65536). 1978 година беше обележана со издавањето на процесорот 8086 со големина на збор од 16 бита (два бајта), 20-битна магистрала и можеше да работи со 1 MB меморија (2 520 0 = 1048576, или 1024 KB), поделена на блокови (сегменти) од по 64 KB секој. Процесорот 8086 беше вклучен во компјутери компатибилни со IBM PC и IBM PC/XT. Следниот голем чекор во развојот на нови микропроцесори беше процесорот 8028b, кој се појави во 1982 година. Имаше 24-битна адресна магистрала, можеше да управува со 16 мегабајти адресен простор и беше инсталиран на компјутери компатибилни со IBM PC/AT. Во октомври 1985 година, 80386DX беше објавен со 32-битна адресна магистрала (максимален адресен простор 4 GB), а во јуни 1988 година беше објавен 80386SX, кој беше поевтин од 80386DX и имаше 24-битна адресна магистрала. Потоа во април 1989 година се појави микропроцесорот 80486DX, а во мај 1993 година се појави првата верзија на процесорот Pentium (и двата со 32-битна адресна магистрала).

Во мај 1995 година во Москва на меѓународната изложба Comtec-95, Интел се претстави нов процесор- П6.

Една од најважните цели поставени за време на развојот на P6 беше да се удвојат перформансите на процесорот Pentium. Во исто време, производството на првите верзии на P6 ќе се врши според веќе дебагираниот „Интел“ и користен во производството. најновите верзииТехнологија на пентиум полупроводник (О.6 микрони, 3.3 V).

Користењето на истиот производствен процес гарантира дека P6 може масовно да се произведува без поголеми проблеми. Сепак, тоа значи дека удвојувањето на перформансите се постигнува само преку сеопфатни подобрувања во микроархитектурата на процесорот. Микроархитектурата P6 е дизајнирана со помош на внимателно осмислена и подесена комбинација на различни архитектонски техники. Некои од нив беа претходно тестирани во процесори на големи компјутери, некои беа предложени од академски институции, а останатите беа развиени од инженери на Интел. Оваа уникатна комбинација на архитектонски карактеристики, кои Intel ги нарекува „динамично извршување“, им овозможи на првите P6 матрици да ги надминат првично планираните нивоа на изведба.

Кога ќе се споредат со алтернативните процесори на Intel од семејството x86, излегува дека микроархитектурата P6 има многу заедничко со микроархитектурата на процесорите Nx586 на NexGen и K5 на AMD, и, иако во помала мера, со M1 на Cyrix. Оваа заедништво се објаснува со фактот дека инженерите од четири компании го решаваа истиот проблем: воведоа елементи на RISC технологијата додека ја одржуваа компатибилноста со архитектурата Intel x86 CISC.

Два кристали во едно пакување

Главната предност и единствена карактеристика на P6 е неговата поставеноство истиот пакет со процесорот има секундарна статичка кеш меморија со големина од 256 KB, поврзана со процесорот со специјално посветен автобус. Овој дизајн треба значително да го поедностави дизајнот на системите базирани на P6. P6 е првиот микропроцесор дизајниран за масовно производство кој содржи два чипови во едно пакување.

CPU матрицата во P6 содржи 5,5 милиони транзистори; L2 кеш кристал - 15,5 милиони. За споредба, најновиот модел на Pentium вклучуваше околу 3,3 милиони транзистори, а кешот L2 беше имплементиран со помош на надворешен сет на мемориски матрици.

Толку голем број транзистори во кешот се објаснува со неговата статична природа. Статичката меморија на P6 користи шест транзистори за складирање на еден бит, додека на динамичната меморија ќе и треба само еден транзистор по бит. Статичката меморија е побрза, но поскапа. Иако бројот на транзистори на чип со секундарна кеш е три пати поголем отколку на процесорски чип, физичките димензии на кешот се помали: 202 квадратни милиметри наспроти 306 за процесорот. Двата кристали се затворени заедно во керамичко пакување со 387 контакти („низа со двојна шуплина пин-суди“). Двете матрици се произведени со користење на истата технологија (0,6 µm, 4-слоен метал-BiCMOS, 2,9 V). Проценета максимална потрошувачка на енергија: 20 W на 133 MHz.

Првата причина за комбинирање на процесорот и секундарниот кеш во еден пакет е да се олесни дизајнирањето и производството на системи базирани на P6 со високи перформанси. Изведбата на компјутерскиот систем изграден на брз процесор, многу зависи од финото подесување на чиповите на процесорската средина, особено од секундарниот кеш. Не сите компании за производство на компјутери можат да си дозволат соодветно истражување. Во P6, секундарниот кеш е веќе оптимално конфигуриран за процесорот, што го поедноставува дизајнот на матичната плоча.

Втората причина за спојувањето е да се подобри продуктивноста. Процесорот од второ ниво е поврзан со процесорот со специјално посветена 64-битна широка магистрала и работи на иста фреквенција на часовникот како и процесорот.

Првите Pentium процесори на 60 и 66 MHz пристапуваа до секундарниот кеш преку 64-битна магистрала со иста брзина на часовникот. Меѓутоа, како што се зголемуваа брзините на часовникот на Pentium, стана премногу тешко и скапо за дизајнерите да одржуваат такви брзини на часовникот на матичната плоча. Затоа, почнаа да се користат делители на фреквенција. На пример, за Pentium од 100 MHz, надворешната магистрала работи на фреквенција од 66 MHz (за Pentium од 90 MHz, тоа е 60 MHz, соодветно). Pentium ја користи оваа магистрала и за пристап до секундарниот кеш и за пристап до главната меморија и други уреди, како што е чипсетот PCI.

Користењето на посветен автобус за пристап до секундарната кеш ги подобрува перформансите на системот. Прво, со ова се постигнува целосна синхронизација на брзината на процесорот и автобусот; второ, конкуренцијата со другите I/O операции и поврзаните доцнења се елиминирани. L2 кеш магистралата е целосно одвоена од надворешната магистрала, преку која меморијата и надворешни уреди. 64-битната надворешна магистрала може да работи со половина, една третина или една четвртина од брзината на процесорот, додека секундарната кеш магистрала работи независно со полна брзина.

Комбинирањето на процесорот и секундарната кеш меморија во еден пакет и нивното комуницирање преку посветен автобус е чекор кон техниките за подобрување на перформансите што се користат во најмоќните RISC процесори. Така, во процесорот Alpha 21164 од Digital, кешот на второто ниво од 96 kB се наоѓа во јадрото на процесорот, како примарниот кеш. Ова обезбедува многу високи перформанси на кешот со зголемување на бројот на транзистори на чипот на 9,3 милиони. Перформансите на Alpha 21164 се 330 SPECint92 на 300 MHz. Перформансите на P6 се пониски (Intel проценува 200 SPECint92 на 133 MHz), но P6 обезбедува најдобар однос цена/перформанси за својот потенцијален пазар.

При проценка на односот цена/перформанси, вреди да се земе предвид дека иако P6 може да биде поскап од неговите конкуренти, повеќето други процесори мора да бидат опкружени со дополнителен сет на мемориски чипови и контролер на кешот. Дополнително, за да се постигнат споредливи перформанси на кешот, другите процесори ќе треба да користат поголеми кешови од 256 KB.

Интел обично нуди бројни варијации на своите процесори. Ова е направено со цел да се задоволат различните барања на дизајнерите на системот и да се остави помалку простор за конкурентните модели. Затоа, можеме да претпоставиме дека набргу по почетокот на производството на P6, и модификации со зголемен волумен на секундарна кеш меморија и поевтини модификации со надворешна локација на секундарната кеш меморија, но со задржана посветен автобус помеѓу секундарната кеш меморија и ќе се појави процесорот.

Пентиум како почетна точка

Пентиум процесор со својот цевковод и суперскаларархитектурата постигна импресивни нивоа на перформанси. Pentium содржи два цевководи од 5 фази кои можат да работат паралелно и да извршуваат две цели броеви по циклус на машински часовник. Во овој случај, само пар команди може да се извршат паралелно, следејќи се едни со други во програмата и задоволувајќи одредени правила, на пример, отсуството на зависности од регистарот од типот „пишува по читање“.

Во P6, за да се зголеми пропусната моќ, беше направена транзиција кон еден цевковод од 12 фази. Зголемувањето на бројот на етапи доведува до намалување на работата извршена во секоја фаза и, како резултат на тоа, до намалување на времето што тимот го поминува на секоја фаза за 33 проценти во споредба со Pentium. Ова значи дека користењето на истата технологија што се користи за производство на P6 како и Pentium од 100 MHz, ќе резултира со P6 со такт на 133 MHz.

Моќта на суперскаларната архитектура на Pentium, со неговата способност да извршува две инструкции по часовник, би било тешко да се победи без сосема нов пристап. Новиот пристап на P6 ја елиминира ригидната врска помеѓу традиционалните фази на „фаќање“ и „извршување“, каде што низата наредби низ овие две фази одговара на низата наредби во програмата.

Новиот пристап вклучува употреба на таканаречениот команден базен и ново ефективни методипредвидување на идното однесување на програмата. Во овој случај, традиционалната фаза на „извршување“ се заменува со две: „испраќање/извршување“ и „враќање назад“. Како резултат на тоа, командите може да започнат да се извршуваат по кој било редослед, но секогаш го завршуваат нивното извршување во согласност со нивниот првичен редослед во програмата. Јадрото P6 е имплементирано како три независни уреди кои комуницираат преку команден базен (сл. 1).

Главниот проблем во подобрувањето на продуктивноста

Одлуката да се организира P6 како три независни уреди кои комуницираат преку инструкциски базен беше донесена по темелна анализа на факторите што ги ограничуваат перформансите на современите микропроцесори. Основен факт, точно за Pentium и многу други процесори, е дека моќта на процесорот не се користи максимално кога се извршуваат програми од реалниот свет.

Додека брзината на процесорот се зголеми најмалку 10 пати во текот на изминатите 10 години, времето на пристап до главната меморија се намали за само 60 проценти. Ова зголемено доцнење во брзината на меморијата во однос на брзината на процесорот беше основниот проблем што требаше да се реши при дизајнирањето на P6.

Еден можен пристап за решавање на овој проблем е да се префрли неговиот фокус на развој на компоненти со високи перформанси околу процесорот. Сепак, масовното производство на системи кои вклучуваат процесор со високи перформанси и специјализирани чипови за животна средина со голема брзина би било премногу скапо.

Едно можно решение за брутална сила би можело да биде зголемување на големината на кешот L2 за да се намали процентот на пати кога кешот ги промашува потребните податоци.

Ова решение е ефикасно, но и исклучително скапо, особено ако се земат предвид денешните барања за брзина за L2 кеш компонентите. P6 беше дизајниран од гледна точка на ефикасна имплементација на комплетен компјутерски систем и беше потребно високи перформанси на целиот систем да се постигнат со помош на евтин мемориски потсистем.

Така,Комбинацијата на архитектонски техники на P6, како што се подобрено предвидување на гранките (следната низа на команди е скоро секогаш правилно одредена), анализа на протокот на податоци (се одредува оптималниот редослед на извршување на командата) и извршување на очекување (предвидената низа на команди се извршува без прекини во оптимален редослед) ги удвои перформансите во однос на Pentium користејќи ја истата технологија на производство. Оваа комбинација на методи се нарекува динамично извршување.

Во моментов, Интел развива нова технологија за производство од 0,35 микрони, која ќе овозможи производство на процесори P6 со брзина на такт од над 200 MHz.

P6 како платформа за градење моќни сервери

Меѓу најзначајнитетрендовите во развојот на компјутерите во последниве години може да се истакнат како зголемена употреба на системи базирани на процесори од фамилија x86 како сервери за апликации, и зголемената улога на Интел како снабдувач на непроцесорски технологии, како што се автобуси, мрежни технологии, алатки за компресија на видео, флеш меморија и системска администрација.

Објавувањето на процесорот P6 ја продолжува политиката на Интел да ги донесе на масовниот пазар способностите кои претходно беа пронајдени само во поскапите компјутери. Контрола на паритет е обезбедена за внатрешните регистри P6, а 64-битната магистрала што го поврзува јадрото на процесорот и кешот на второто ниво е опремена со алатки за откривање и корекција на грешки. Новите дијагностички способности вградени во P6 им овозможуваат на производителите да дизајнираат посигурни системи. P6 обезбедува можност за добивање информации преку контакти на процесорот или со користење на софтвер за повеќе од 100 процесорски променливи или настани што се случуваат во него, како што се отсуството на податоци во кешот, содржината на регистрите, појавата на код што се менува самостојно и така натаму. Оперативниот систем и другите програми можат да ги читаат овие информации за да ја одредат состојбата на процесорот. P6, исто така, има подобрена поддршка за контролни точки, што значи дека компјутерот може да се врати во претходно снимена состојба доколку се појави грешка.

Слични документи

Компјутерската технологија се појави многу одамна, бидејќи потребата за различни видови пресметки постоеше во зората на развојот на цивилизацијата. Брзиот развој на компјутерската технологија. Создавање на првите компјутери, мини-компјутери од 80-тите години на дваесеттиот век.

апстракт, додаден на 25.09.2008 година


Карактеристики на системи за техничко и превентивно одржување на компјутерска опрема. Дијагностички програми за оперативни системи. Меѓусебна поврзаност на автоматизирани контролни системи. Заштита на вашиот компјутер од надворешни негативни влијанија.

апстракт, додаде 25.03.2015


Изработка на информациско-аналитички систем за анализа и оптимизирање на конфигурацијата на компјутерската опрема. Структура на автоматска контрола на компјутерска опрема. Софтвер, оправдување на економската ефикасност на проектот.

теза, додадена 20.05.2013


Рачна фаза на развој на компјутерска технологија. Позиционен броен систем. Развој на механиката во 17 век. Електромеханичка фаза на развој на компјутерската технологија. Компјутери од петта генерација. Опции и карактеристични карактеристикисуперкомпјутер.

работа на курсот, додадена 18.04.2012 година


Структурата и принципот на работа на персонален компјутер (ПЦ). Дијагностика на перформансите на компјутерот и идентификација на дефекти. Задачи Одржувањекомпјутерски капацитети. Развој на методи за одржување на опремата во работна состојба.

работа на курсот, додадена на 13.07.2011 година


Проучување на странски и домашни практики во развојот на компјутерската технологија, како и перспективи за развој на компјутерите во блиска иднина. Технологии за користење на компјутери. Фази на развој на компјутерската индустрија во нашата земја. Спојување на компјутер и комуникации.

работа на курсот, додадена 27.04.2013


Класификација на процедурите за дизајн. Историја на синтезата на компјутерската технологија и инженерскиот дизајн. Функции на компјутерски потпомогнати системи за дизајнирање, нивни софтвер. Карактеристики на употреба на тридимензионални скенери, манипулатори и печатачи.

апстракт, додаден на 25.12.2012 година


Автоматизација на обработката на податоците. Компјутерски науки и нејзините практични резултати. Историја на создавањето на дигиталната компјутерска технологија. Електромеханички компјутери. Употреба вакуумски цевкии компјутери од прва, трета и четврта генерација.

теза, додадена 23.06.2009 година


Концептот и карактеристиките на персоналниот компјутер, неговите главни делови и нивната намена. Алатки за настава по компјутерски науки и карактеристики на организирање работа во училница по компјутерски науки. Опрема на работни места и примена на софтвер.

апстракт, додаден на 09.07.2012 година


Составот на компјутерскиот систем е конфигурација на компјутерот, неговиот хардвер и софтвер. Уреди и инструменти кои ја формираат хардверската конфигурација на персонален компјутер. Главна меморија, I/O порти, периферен адаптер.