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

Концептот на компјутерска технологија - збир на технички и математички алатки, методи и техники кои се користат за механизирање и автоматизирање на процесите на пресметување и обработка на информации. Основата на техничките средства на модерната компјутерска технологија ја сочинуваат електронски компјутери (компјутери, компјутери), влезни, излезни, презентациски и преносни уреди (скенери, печатачи, модеми, монитори, плотери, тастатури, магнетни ленти и дискови, итн.), лаптопи, калкулатори, електронски тетратки итн.

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

Основата на компјутерот е микропроцесор. Развојот на технологијата и технологијата на микропроцесори ја одреди промената на генерациите на компјутери:

1-ва генерација (1975 - 1980) - врз основа на 8 - и бит MP;

2-ра генерација (1981 - 1985) - врз основа на 16 - и бит MP;

3-та генерација (1986 - 1992) - врз основа 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 следната генерација и моќни мобилни чиповиќе ги зголеми перформансите на лаптопите, таблетите и паметните телефони по ред на големина.

Процесорските елементи од 10 и 12 nm во наредната година целосно ќе го променат компјутерскиот свет: тие се 10.000 пати помали од човечко влакно (100.000 nm) во дебелина и се приближуваат до силициумските атоми (0,3 nm) во дијаметар.

Главните производители на микропроцесори за компјутери во моментов се:

Интел е пионер во создавањето и производството на модерни процесори. До денес, на пазарот за скапи компјутери, најпопуларните компјутери со процесори базирани на повеќејадрена архитектура Intel Core.

Во април 2012 година, Интел ја претстави третата генерација на семејството Intel® Core™ Quad-Core процесори, достапна во моќни десктоп системина професионално ниво и мобилни и тенки се-во-едно компјутери, кои се првите чипови во светот изградени со технологија на производство од 22 nm и со користење на 3D Tri-Gate транзистори.

AMD (Advanced Micro Deviced) е највистинскиот конкурент на Intel. До неодамна, тој ја окупираше нишата на ефтини, но брзи процесори на пазарот на компјутери, наменети главно за евтини компјутери и надградби.

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

Во моментов, околу 85% од компјутерите се произведуваат врз основа на овие процесори. Во зависност од намената, 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 задачи и обука. Оваа класа доби најголема дистрибуција и се сервисира, по правило, од непрофесионални корисници;

Професионален, кој се користи во научната област, за решавање на сложени информации и производствени задачи. Тие се со високи перформанси и сервисирани од професионални корисници.

Покрај тоа, според дизајнот на компјутерот, тие се поделени на:

ЛАПТОП компјутери (компјутер „колена“). Во лаптопот, тастатурата и системската единица се направени во едно куќиште, кое одозгора е затворено 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 компјутер за општа намена ( Основни процесори i7-3612QM, видео до 6144 Mb, хард дискови - HDD над 600 GB или SSD до 256 GB;

ULTRABOOK (eng. Ultrabook) - ултра-тенок и лесен лаптоп, кој има уште помали димензии и тежина во споредба со конвенционалните подноп-тетратки, но во исто време - повеќето од карактеристичните карактеристики на полноправниот лаптоп. Терминот стана широко распространет во 2011 година, откако Интел воведе нова класа на мобилни компјутери - ултрабук, концептот на Intel и Apple, развиен врз основа на 2008 г. 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 - дебели до 20 mm и тежат до 2 kg. Поради нивната мала големина, ultrabooks имаат малку надворешни приклучоци и повеќето од нив немаат DVD-уред.

Netbook (eng. Netbook) - лаптоп со релативно ниски перформанси, дизајниран главно за пристап до Интернет и работа со канцелариски апликации. Има мала големина на 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. Донеси тимот

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

III. Толкување на командата и зголемување на програмскиот бројач

Содржината на локацијата за читана меморија процесорот ја толкува како команда и се става во командниот регистар. CU продолжува да ја толкува командата. Од полето на оперативниот 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 инструкцијата се додава на содржината на програмскиот бројач, а кога инструкцијата е целосно прочитана, адресата на следната инструкција се формира во програмскиот бројач.

IV. Дешифрирање на команди и извршување на команди

Од адресните полиња на инструкцијата, CU 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.

CU и ALU ја извршуваат операцијата наведена во полето за оптички код на инструкцијата. Во регистарот со знаменце на процесорот, знаците на операцијата се зачувани.

V. По потреба врши УО операцијата на запишување на резултатот во меморија.

Ако последната команда не беше „стоп го процесорот“, 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 конекторите што се наоѓаат на задниот ѕид на системската единица или директно се вметнуваат во системската единица. Компјутерот има модуларна структура. Сите модули се поврзани со системската магистрала.

Се користи за контрола на надворешни уреди контролери (VU адаптери) . Откако ќе добие команда од пратеникот, контролорот, функционирајќи автономно, го ослободува пратеникот од извршување специфични функции за сервисирање на надворешен уред.

Треба да се напомене дека зголемувањето на брзината 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 кои се директно поврзани со автобусот MP.

Главниот уред во компјутерот е системска единица . Се состои од процесор, копроцесор, константен 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. збир на микроциркути (чипови).

Чипсетот ги дефинира главните карактеристики на таблата:

типови на поддржани процесори;

Максималната фреквенција на системската магистрала;

логика на префрлување на уредот;

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;

максималниот број на слотови за проширување;

Мониторинг на компјутер.

Чипсетот на модерен компјутер обично се состои од два чипови: северен мост (Северен мост) или центар на меморискиот контролер (eng. Memory Controller Hub, MCH), кој ги опслужува централните уреди и ги содржи контролерите на главната меморија, графичка магистрала. системска магистрала и мемориска магистрала, и јужниот мост (Јужен мост) или I/O контролерски центар (ICH), кој содржи контролери за I/O уреди и стандардни периферни уреди.

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

Личен компјутер(PC) е компјутер дизајниран да опслужува едно работно место. Според неговите карактеристики, може да се разликува од големите компјутери, но функционално е 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. Деловите што го сочинуваат хардверот на компјутерот се нарекуваат хардвер. Тие ја вршат целата физичка работа со податоци: регистрација, складирање, транспортирање и трансформација и во форма и содржина, а исто така ги прикажуваат во форма погодна за интеракција со природните ресурси. 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“ со други програми, како што се читаат книгите 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 третира како команди според кои работи компјутерскиот хардвер. За да го промените редоследот на нивната работа, доволно е да го прекинете извршувањето на една програма и да започнете со извршување на друга која содржи различен сет на инструкции.

Множеството програми зачувани на компјутер го прави тоа софтвер. Множеството програми подготвени за работа се нарекува инсталиран софтвер. Множеството програми што работат во едно или друго време се нарекува програмска конфигурација.

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

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

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 се нарекува минимален сет на хардвер што е 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- главна единица компјутерски систем. Содржи уреди кои се сметаат за внатрешни. Уредите поврзани со системската единица однадвор се сметаат за надворешни. За надворешни уреди се користи и терминот периферна опрема.
Монитор- уред за визуелна репродукција на ликот и графички информации. Служи како излезен уред. За десктоп компјутерите, мониторите базирани на цевки со катодни зраци во моментов се најчести. 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 како 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 од предниот панел, што е погодно за брзи промени. носители на информациикако што се флопи дискови. Конекторите на некои уреди се прикажани 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 микроспој на персонален 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
состојба 500 милиони пати. За повеќето операции, еден циклус не е доволен, така што бројот на операции што процесорот може да ги изврши во секунда зависи не само од фреквенцијата на часовникот, туку и од сложеноста на операциите.

Единствениот уред за кој процесорот „знае од раѓање“ е RAM-от - работи заедно со него. Оттука доаѓаат податоците и командите. Податоците се копираат во процесорски ќелии (тие се нарекуваат регистри), а потоа се претвораат во согласност со содржината на инструкциите. За поцелосна слика за тоа како процесорот комуницира со RAM меморијата, ќе добиете 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 RAM ќелија (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 најголемата плоча во персонален компјутер. На него се автопатиштата кои го поврзуваат процесорот со RAM-от - таканаречените гуми. Се прави разлика помеѓу податочната магистрала преку која процесорот ги копира податоците од мемориските ќелии, адресната магистрала преку која се поврзува со одредени мемориски ќелии и командната магистрала преку која процесорот прима команди од програмите. Сите други внатрешни уреди на компјутерот се исто така поврзани со автобусите на матичната плоча. Ја контролира работата на микропроцесорскиот чипсет на матичната плоча - таканаречениот чипсет.

Видео адаптер.Видео адаптер е внатрешен уред кој е 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. Специјален микроциркут (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 распределена во посебен уред, наречен видео адаптер. Современите видео адаптери имаат свој компјутерски процесор (видео процесор), што го намали оптоварувањето на главниот процесор при градење сложени слики. Видео процесорот игра особено важна улога кога се гради на рамен екран. 3D слики. За време на таквите операции, тој мора да изврши особено многу 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, работата со звук првично не беше обезбедена. Во првите десет години од своето постоење, компјутерите на оваа платформа се сметаа за канцелариска опрема и работеа без звучни уреди. Во моментов, алатките за работа со звук се сметаат за стандардни. За ова на матична плочаинсталиран е аудио адаптер. Може да се интегрира во чипсетот на матичната плоча или да се имплементира како посебна приклучна плоча наречена звучна картичка.
Конекторите за звучната картичка се наоѓаат на задната страна од компјутерот. За да репродуцирате звук, поврзете ги звучниците или слушалките со нив. Посебен конектор е 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 долгорочно складирање на податоци и програми. Во моментов, таканаречените хард дискови се широко користени за овие цели.
Принцип на работа хард дисксе заснова на регистрирање промени во магнетното поле во близина на главата за снимање.

Главна тешкодиск е капацитетот, измерен во гигабајти (милиони бајти), GB. Просечната големина на модерен хард диск е 80 - 160 GB, и овој параметар постојано расте.

Погон на 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 високиот степен на достапност за работа ги направија флопи-дисковите најчест медиум за складирање.

За пишување и читање податоци поставени на флопи дискови, се користи посебен уред - диск. Отворот за прием на погонот се прикажува 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 ви дозволуваат само да читате претходно напишани податоци - не можете да им пишувате. 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. Единицата е брзината на читање, одобрена во средината на 80-тите. 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 - надмината во современите уреди за снимање 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 со конектор. Пристаништето е покомплексен уред отколку само конектор, кој има свои микроциркути и е контролиран од софтвер.

мрежен адаптер.На компјутерите им се потребни мрежни адаптери за да можат да комуницираат едни со други. Овој уред осигурува дека процесорот не доставува нов дел од податоци на надворешна порта додека мрежниот адаптер на соседниот компјутер не го ископира претходниот дел во себе. После тоа, на процесорот му се дава сигнал дека податоците се земени и може да се достават нови. Вака се одвива преносот.

Кога мрежен адаптер „дознае“ од соседен адаптер дека има податок, ги копира кај себе, а потоа проверува дали се адресирани до него. Ако да, ги пренесува на процесорот. Ако не, ги изложува на излезната порта, од каде што ќе ги земе мрежниот адаптер на следниот соседен компјутер. Така податоците се движат помеѓу компјутерите додека не стигнат до дестинацијата.
NIC може да се вградат во матичната плоча, но почесто се инсталираат одделно како дополнителни табли наречени мрежни картички.

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

Според функционалноста и природата на задачите што треба да се решат, постојат:

Универзални (општа намена) компјутери;

Компјутери ориентирани кон проблеми;

специјализирани компјутери.

Мејнфрејмовисе дизајнирани да решаваат различни инженерски и технички проблеми, кои се карактеризираат со сложеност на алгоритмите и голема количина на обработени податоци.

Компјутери ориентирани кон проблемидизајнирани 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 задачи (микропроцесори и контролери кои ги извршуваат функциите на контролирање на технички уреди).

Според методот на организирање на пресметковниот процесКомпјутерите се поделени на унипроцесорски и мултипроцесорски, како и сериски и паралелни.

Унипроцесор.Компјутерот има еден централен процесор и сите пресметковни операции и операции за контрола на влезно-излезните уреди се вршат на овој процесор.

Мултипроцесор.Компјутерот има неколку процесори меѓу кои се прераспределуваат функциите на организирање на пресметковниот процес и контрола на уредите за влез-излез на информации.

Секвенцијален.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 извршната програма.

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

Според архитектонските карактеристики и компјутерската моќ, постојат:

Да ја разгледаме шемата за класификација на компјутерите според оваа карактеристика (сл. 1).

Сл.1.Класификација на компјутерите по архитектонски карактеристики

и компјутерска моќ.

Суперкомпјутери- Ова се најмоќните компјутери според брзината и перформансите. Суперкомпјутери вклучуваат „Креј“ и „IBM SP2“ (САД). Тие се користат за решавање на големи пресметковни проблеми и симулации, за сложени пресметки во аеродинамиката, метеорологијата, физиката со висока енергија, а исто така наоѓаат примена во финансискиот сектор.

Големи машини или мејнфрејм (Mainframe).Главните системи се користат во финансискиот сектор, одбранбената индустрија и се користат за опремување на одделенски, територијални и регионални компјутерски центри.

Средни компјутериопшта намена се користат за контрола на сложени технолошки производствени процеси.

миникомпјутерсе ориентирани да се користат како контролни компјутерски комплекси, како мрежни сервери.

Микрокомпјутерсе компјутери кои користат микропроцесор како централна процесорска единица. Тие вклучуваат вградени микрокомпјутери (вградени во различна опрема, апарати или уреди) и персонални компјутери PC.

Лични компјутери.Брзиот развој стекнат во последните 20 години. Персоналниот компјутер (PC) е дизајниран да опслужува едно работно место и може да ги задоволи потребите на малите бизниси и поединци. Со доаѓањето на Интернет, популарноста на компјутерот значително се зголеми, бидејќи со помош 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 лични дигитални асистенти (Personal Computers Handheld - Handheld PC, Personal Digital Assistants - PDA и Palmtop).

Вградени компјутери.Компјутерите што се користат во разни уредиах, системи, комплекси за имплементација на специфични функции. На пример, дијагностика на автомобили.

Од 1999 година, меѓународниот стандард за сертификација, спецификацијата RS99, се користи за класификација на компјутерите. Според оваа спецификација, компјутерите се поделени во следниве групи:

Масовни компјутери (компјутер за потрошувачи);

Деловни компјутери (канцелариски компјутер);

преносни компјутери (мобилен компјутер);

работни станици (WorkStation);

Забавни компјутери (Забава компјутер).

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 минимални средства за репродукција на графика и звук.

Преносливи компјутерисе разликуваат во присуство на средства за комуникација на далечински пристап.

Работни станициги исполнуваат зголемените барања за меморија на уредите за складирање.

Компјутери за забавафокусирани на висококвалитетна репродукција на графика и звук.

Од страна на карактеристики на дизајнот Компјутерите се поделени на:

стационарни (десктоп, десктоп);

пренослив:

Пренослив (лаптоп);

тетратки (Бележник);

џеб (Palmtop).

За ефективно проучување на применетите компјутерски технологии, исклучително е важно да се има јасно разбирање на хардверот и софтверот на компјутерската технологија. Составот на компјутерската технологија се нарекува конфигурација . Хардвер и софтверкомпјутерската технологија се разгледува одделно. Според тоа, разгледуваме одделно хардверска конфигурација и нив програма конфигурација. Овој принцип на раздвојување е од особено значење за компјутерската наука, бидејќи многу често решавањето на истите проблеми може да се обезбеди и со хардвер и со софтвер. 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. Во таков комплет, компјутерот обично се испорачува. Концептот на основната конфигурација може да се промени. Во моментов, се разгледува 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 компјутер, на пример:

- Печатач;

- глушец;

- скенер;

- модем (модулатор-демодулатор);

- плотер;

- џојстик, итн.

Системска единица

Системската единица е главниот јазол во кој се инсталирани најважните компоненти. Системска единица (види сл. 2.2., 2.3.) - ова е случај во кој се наоѓа речиси целиот хардвер на компјутерот.

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

Внатрешна организацијасистемски блок:

· 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 компјутер:

хард диск (хард диск);

Отстранливи, флопи дискови (флопи дискови).

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

3. Пресметување 1

3.1 Историја на развојот на компјутерската технологија 1

3.2 Методи на компјутерска класификација 3

3.3 Други класификации на компјутери 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 на компјутерските системи 13

3.8 Дебрифинг 13

1. Компјутерско инженерство

   1. Историја на развојот на компјутерската технологија

Компјутерски систем, компјутер

Пронаоѓањето 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.Срцето на повеќето компјутерски системи е компјутер.

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

Принципот на работа на компјутерот

Во дефиницијата за компјутер како уред, наведовме дефинирачка карактеристика - електронски.Сепак, автоматските пресметки не беа секогаш извршени од електронски уреди. Познати и механички уреди способни автоматски да вршат пресметки.

Анализирајќи рана историјакомпјутерската технологија, некои странски истражувачи честопати го нарекуваат механичкиот уред за броење како древен претходник на компјутерот. абакус.Пристапот „од абакусот“ укажува на длабока методолошка грешка, бидејќи абакусот нема својство автоматски да врши пресметки, а за компјутерот е одлучувачки.

Абакусот е најраниот механички уред за пресметување, првично глинена плоча со жлебови во кои биле поставени камења што претставуваат бројки. Појавата на абакусот се припишува на четвртиот милениум п.н.е. д. Местото на потекло е Азија. Во средниот век во Европа, абакусот бил заменет со графички табели. Беа повикани пресметки со нивна помош сметка на линиите, иво Русија во 16-17 век се појавил многу понапреден изум, кој се користи и денес - Руски абакус.

Во исто време, добро ни е познато уште еден уред кој автоматски може да врши пресметки - ова е часовник. Без разлика на принципот на работа, сите видови часовници (песок, вода, механички, електрични, електронски итн.) имаат можност да генерираат движења или сигнали во редовни интервали и да ги регистрираат промените што се случуваат во овој случај, односно да вршат автоматско сумирање на сигнали или движења. Овој принцип може да се следи дури и во сончевите часовници кои содржат само уред за снимање (улогата на генераторот ја врши системот Земја-Сонце).

Механички часовник е уред кој се состои од уред кој автоматски врши движења во редовни интервали и уред за снимање на овие движења. Потеклото на првиот механички часовник 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, во редовни интервали, електрични сигнали кои се користат за напојување на сите уреди во компјутерскиот систем. Управувањето со компјутерот всушност се сведува на управување со дистрибуцијата на сигналите помеѓу уредите. Таквата контрола може да се изврши автоматски (во овој случај, се зборува за 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 примарни извори

Првиот автоматски уред во светот за извршување на операцијата за додавање е создаден врз основа на механички часовник. Во 1623 година го разви Вилхелм Шикард, професор по ориентални јазици на Универзитетот во Тибинген (Германија). Денес, работниот модел на уредот беше репродуциран според цртежите и ги потврди неговите перформанси. 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 постојано повторување на операциите за собирање и одземање.

Во текот на 18 век, познат како доба на просветителството, се појавија нови, понапредни модели, но принципот на механичка контрола на пресметковните операции остана ист. Идејата за програмирање на пресметковните операции потекнува од истата индустрија за часовници. Часовниците на древните монашки кули биле поставени на таков начин што во одредено време го вклучуваат механизмот поврзан со системот на ѕвона. 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 е реализирана во 1804 година во разбојот Жакард, по што остана 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 денес бил репродуциран според неговите цртежи, така што денес имаме право да зборуваме за аналитичкиот мотор како уред од реалниот живот. Карактеристика на аналитичкиот мотор беше тоа што првпат беше имплементиран овде принципот на одвојување на информациите на команди и податоци.Аналитичкиот мотор содржеше два големи јазли - „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 во развојот на проектот Аналитички мотор на грофицата Аугуста Ада Лавлејс (1815-1852), ќерка на познатиот поет Лорд Бајрон. 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 Аду 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 командиИ податоцисе покажа како извонредно плодна. Во XX 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 развојот на современите компјутерски архитектури и во развојот на компјутерските програми.

Математички извори

Ако размислиме за тоа со кои предмети работеле првите механички претходници на современиот електронски компјутер, мора да препознаеме дека броевите биле претставени или како линеарни движења на механизмите на синџирот и решетката, или како аголни движења на механизмите на запчаникот и лостот. Во двата случаи, тоа беа движења, кои не можеа, а да не влијаат на димензиите на уредите и брзината на нивната работа. Само преминот од движења на снимање до сигнали за снимање овозможи значително да се намалат димензиите и да се зголеми брзината. Но, на патот до ова достигнување беше неопходно да се воведат уште неколку важни принципи и концепти.

Бинарен Лајбниц систем.Кај механичките уреди, запчаниците може да имаат доста фиксни и, што е важно, различни помеѓуодредби. Бројот на таквите позиции е најмалку еднаков на бројот на запците на менувачот. Во електрични и Електронски Уреди ние зборувамене за регистрација одредбиструктурни елементи, но за регистрација државитеелементи на уредот. толку стабилна и разликуваатима 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 кои било броеви (и не само броеви) со бинарни цифри првпат беше предложена од Готфрид Вилхелм Лајбниц во 1666 година. Тој дошол до бинарниот броен систем додека го истражувал филозофскиот концепт на единство и борба на спротивности. Обидот да се прикаже универзумот како континуирана интеракција на два принципа („црно“ и „бело“, машко и женско, добро и зло) и примена на методите на „чиста“ математика во неговото проучување, го поттикна Лајбниц да ги проучува својствата на бинарното претставување на податоци. Мора да се каже дека Лајбниц веќе тогаш дошол до идеја за можноста за користење на бинарниот систем во компјутерски уред, но бидејќи немало потреба за тоа за механички уреди, тој не ги користел принципите на бинарен систем во неговиот калкулатор (1673).

Математичката логика на Џорџ БулЗборувајќи за работата на Џорџ Бул, истражувачите во 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“ (во тогашното сфаќање) образование Џорџ Бул воведе револуционерни промени во логиката како наука.

Бидејќи се занимавал со проучување на законите на размислување, тој применил во логиката систем на формална нотација и правила, блиску до математичките. 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 ги шифрира логичките 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.

Значењето на логичката алгебра беше игнорирано долго време, бидејќи нејзините техники и методи не содржеа практични придобивки за тогашната наука и технологија. Меѓутоа, кога во принцип стана можно да се создадат компјутерски капацитети 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.Лесно е да се види како тие ни помогнаа за работа со бинарен код, кој кај современите компјутери исто така е претставен со само два сигнали: нулаИ единица.

Не целиот систем на Џорџ Бул (како и сите логички операции што тој ги предложи) беа користени во создавањето на електронски компјутери, туку четири основни операции: и (премин),ИЛИ (Сојуз),НЕ (жалба)и ЕКСКЛУЗИВНИ ИЛИ - лежат во основата на работата на сите видови процесори на современите компјутери.

Ориз. 3.1. Основни булова алгебра операции

Класификација на компјутерска опрема

1. Хардвер

Составот на компјутерскиот систем се нарекува конфигурација. Компјутерски хардвер и софтвер се разгледуваат одделно. Според тоа, хардверската конфигурација на компјутерските системи и нивната софтверска конфигурација се разгледуваат одделно. Овој принцип на раздвојување е од особено значење за компјутерската наука, бидејќи многу често решавањето на истите проблеми може да се обезбеди и со хардвер и со софтвер. 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 уреди кои формираат хардверска конфигурација. Модерни компјутерии компјутерските системи имаат блок-модуларен дизајн - хардверска конфигурација неопходна за извршување специфични типовиработи, кои можат да се состават од готови единици и блокови.

Главните хардверски компоненти на компјутерскиот систем се: меморија, централен процесор и периферни уреди, кои се меѓусебно поврзани со системски автопат (сл. 1.) Главната меморија е дизајнирана да складира програми и податоци во бинарна форма и е организирана како наредена 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. Процесор

Централната единица за обработка е централен уред на компјутерот кој врши операции за обработка на податоци и ги контролира периферните уреди на компјутерот. Составот на централната единица за обработка вклучува:

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

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

Уредот за складирање е внатрешна меморијапроцесор, кој се состои од регистри, кога ги користи, процесорот врши пресметки и зачувува средни резултати; за да се забрза работата со RAM меморија, се користи кеш меморија, во која командите и податоците од RAM меморијата се пумпаат пред време, кои му се неопходни на процесорот за последователни операции;

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, од кои најважни се: инструкцискиот регистар, покажувачот на стек, регистарот за знаменце и регистарот кој содржи информации за состојбата на програмата.

Програмерот може да користи регистри на податоци по сопствена дискреција за привремено складирање на какви било објекти (податоци или адреси) и да ги изврши потребните операции на нив. Индексните регистри, како и регистрите на податоци, може да се користат произволно; 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 20-битен адресен простор со 16-битни операнди. Регистри на главни сегменти: CS - регистар на отсечен код; DS - регистар на податочен сегмент; SS - регистер за сегменти на стек, ES - 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 сегментите; по што се дава пристап до дел од меморијата почнувајќи од дадена 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, читајќи го од меморијата, ја зголемува содржината на IP точно за должината на оваа инструкција (инструкциите на процесорот на Intel може да бидат долги од 1 до 6 бајти), како резултат на што IP укажува на втората инструкција на програмата. По извршувањето на првата команда, процесорот ја чита втората од меморијата, повторно зголемувајќи ја вредноста на IP. Како резултат на тоа, IP секогаш го содржи поместувањето на следната команда - командата што следи по онаа што се извршува. Опишаниот алгоритам се нарушува само при извршување на команди 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. Дополнителен регистар на сегменти ES се користи за пристап до полињата со податоци што не се дел од програмата, како што се видео баферот или системските ќелии. Меѓутоа, доколку е потребно, може да се конфигурира за еден од сегментите на програмата. На пример, ако програмата работи со голема количина на податоци, можете да обезбедите два сегменти за нив и да пристапите до еден од нив преку регистарот DS, а другиот преку регистарот ES.

Регистарот на покажувачот на стек SP се користи како врвен покажувач на стек. Стак е програмска област за привремено складирање на произволни податоци. Практичноста на оџакот лежи во фактот што неговата област повторно се користи, а складирањето на податоците на стекот и нивното преземање од таму се врши со помош на команди 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 потпрограмата, која пак ќе ги користи регистрите на процесорот за свои цели. Оригиналната содржина на регистрите се појавува од оџакот по враќањето од 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 при неговото извршување.

Посебна карактеристика на оџакот е необичниот редослед на преземање на податоците содржани во него: во секое време, само горниот елемент е достапен на оџакот, односно елементот што е вчитан последен на стекот. Повлекувањето на горниот елемент од оџакот го прави следниот елемент достапен. Елементите на оџакот се наоѓаат во мемориската област доделена за стекот, почнувајќи од дното на стекот (од неговата максимална адреса) до последователно намалување на адресите. Адресата на горниот пристапен 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, I/O 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. Регистерот со знаменце содржи различни битови кои му се потребни на процесорот, а најважни се шифрите за услови кои се користат при споредби и условни скокови.Тие се поставени во секој циклус на ALU на процесорот и ја рефлектираат состојбата на резултатот од претходната операција. Содржината на регистерот со знаменце зависи од типот на компјутерскиот систем и може да вклучува дополнителни полиња кои укажуваат на: машински режим (на пример, корисник или привилегиран); трага бит (кој се користи за дебагирање); ниво на приоритет на процесорот; статус за овозможување прекини. Регистерот со знаменце обично се чита во кориснички режим, но некои полиња може да се напишат само во привилегиран режим (на пример, битот што го одредува режимот).

Регистарот за покажувач на инструкции ја содржи адресата на следната инструкција во редот за извршување. Откако ќе се избере инструкција од меморијата, регистарот на инструкции се ажурира и покажувачот се префрла на следната инструкција. Покажувачот за инструкции го следи извршувањето на програмата, означувајќи ја во секој момент релативната адреса на инструкцијата по онаа што се извршува. Регистарот е програмски недостапен; адресата ја зголемува микропроцесорот, земајќи ја предвид должината на тековната инструкција. Инструкциите за скокови, прекини, повикување потпрограми и враќање од нив ја менуваат содржината на покажувачот, со што се прават скокови до потребните точки во програмата.

Акумулаторскиот регистар се користи во огромното мнозинство на команди. Често користените команди кои го користат овој регистар имаат скратен формат.

За обработка на информации, податоците обично се пренесуваат од мемориските ќелии во регистри за општа намена, операцијата се изведува централната единица за обработкаи пренесување на резултатите во главната меморија. Програмите се зачувуваат како низа од машински инструкции што треба да ги изврши процесорот. Секоја команда се состои од оперативно поле и полиња за операнд - податоците на кои се изведува оваа операција. Множеството машински инструкции се нарекува машински јазик. Извршувањето на програмата се врши 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. Откако ќе се изврши, програмскиот бројач покажува на следната инструкција итн. Овие дејства се нарекуваат машински циклус.

Повеќето процесори имаат два начини на работа: режим на јадро и режим на корисник, кој е одреден со малку во зборот за статус на процесорот (регистер за знаме). Кога 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 да се извршат многу инструкции, но прави достапен само дел од хардверот.

За да комуницира со оперативниот систем, корисничката програма мора да издаде системски повик кој обезбедува премин во режим на јадрото и ги активира функциите на оперативниот систем. Инструкцијата за замка (емулиран прекин) го префрла режимот 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 инструкцијата што следи по системскиот повик.

Во компјутерите, покрај инструкциите за правење системски повици, има прекини кои се повикуваат во хардверот за да предупредат за исклучителни ситуации, на пример, обид за делење со нула или прелевање при операции 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 можете да ја игнорирате (на пример, ако бројот го изгуби своето значење, можете да го земете еднаков на нула) или да ја префрлите контролата на самата програма за да се справи со одредени типови услови.

Според начинот на кој се наоѓаат уредите во однос на централниот процесор, се разликуваат внатрешни и надворешни уреди. Надворешните уреди обично ги вклучуваат повеќето I/O 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. Стандарди 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 кој било компјутерски систем можат условно 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 од битови. Бројот на битови вклучени во еден пакет се определува со битната ширина 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 подобри перформанси. Тие се користат таму каде што брзината на пренос на податоци е важна: за поврзување уреди за печатење, уреди за внесување графички информации, уреди за снимање податоци со надворешни медиуми итн. Перформансите на паралелните интерфејси се мери во бајти во секунда (бајти/с; Кбајти/с; Мбајти/с).

Уред сериски интерфејсиполесно; по правило, тие не треба да ја синхронизираат работата на уредот што предава и прима (затоа тие често се нарекуваат асинхрони интерфејси), но нивната пропусност е помала и коефициентот корисна акцијаподолу. Бидејќи сериските уреди комуницираат во битови наместо во бајти, нивната изведба се мери во битови во секунда (bps, kbps, Mbps). И покрај очигледната едноставност на конвертирање на мерните единици на брзината на сериски пренос во единици за мерење на паралелната брзина на пренос на податоци со механичко делење со 8, таквата конверзија не се врши, бидејќи не е точна поради присуството на сервисни податоци. Во екстремен случај, приспособени за сервисни податоци, понекогаш брзината на сериските уреди се изразува во знаци во секунда или симболи во секунда (s / s), но оваа вредност не е техничка, туку референца, потрошувачки карактер.

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

Втората главна компонента на компјутерот е меморијата. Меморискиот систем е дизајниран како хиерархија на слоеви (сл. 3.). Горниот слој се состои од внатрешните регистри на процесорот. Внатрешните регистри обезбедуваат можност за складирање на 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 е кеш меморија, главно контролирана од хардверот. RAM меморијата е поделена на кеш линии, обично по 64 бајти, адресирање од 0 до 63 на линијата 0, 64 до 127 на линијата 1 итн. Најчесто користените кеш линии се складираат во кеш со голема брзина сместена во 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 ефективно се пристапува до кешот, барањето е целосно задоволено од кешот, а барањето за меморија не се става во магистралата. Успешниот пристап до кешот, по правило, трае околу два такт циклуси, а неуспешниот води до 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, секое побавно и поголемо од последното.

Потоа следи RAM (RAM - меморија за случаен пристап, англиски RAM, меморија за случаен пристап - меморија со случаен пристап). Ова е главната работна област на уредот за складирање на компјутерскиот систем. Сите барања на процесорот што не можат да се исполнат од кешот одат во главната меморија за обработка. При извршување на неколку програми на компјутер, пожелно е да се сместат сложени програми во RAM меморијата. Заштитата на програмите една од друга и нивното движење во меморијата се спроведува со помош на компјутерска опрема со два специјализирани регистри: основен регистар и граничен регистар.

Во наједноставниот случај (сл.4.а), кога програмата ќе почне да работи, адресата на почетокот на извршниот модул на програмата се вчитува во основниот регистар, а граничниот регистар кажува колку зема извршниот модул на програмата заедно со податоци. Кога инструкцијата е преземена од меморијата, хардверот го проверува бројачот на инструкции и ако е помал од граничниот регистар, ја додава вредноста на основниот регистар на него 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 оваа адреса и ја пренесува сумата (60000) од меморијата. Основниот регистар дозволува програмата да се однесува на кој било дел од меморијата што следи 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 конвертирање на податоците, адресата генерирана од програмата и наречена виртуелна адреса се преведува во адресата што ја користи меморијата и се нарекува физичка адреса. Уредот што ја врши верификацијата и конверзијата се нарекува Мемориска единица за управување (MMU). Менаџерот со 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. Командниот регистар и сите референци кон текстот на програмата работат со првиот пар регистри, референците за податоци го користат вториот пар регистри. Благодарение на овој механизам, станува возможно да се сподели една програма меѓу неколку корисници додека се складира само една копија од програмата во RAM меморија, што е исклучено во едноставна шема. Кога работи програмата бр. 1, четири 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.

Следниот во структурата на меморијата е магнетниот диск (хард диск). Меморијата на дискот е два реда на големина поевтина од RAM-от во однос на битови и е поголема по големина, но пристапот до податоците лоцирани на дискот трае околу три реда подолго. Причината за малата брзина на хард дискот е фактот што дискот е механичка структура. Хард дискот се состои од една или повеќе метални плочи кои ротираат со 5400, 7200 или 10800 вртежи во минута (сл. 5.). Информациите се запишуваат на плочите 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 дисковинадворешните цилиндри содржат повеќе сектори од внатрешните. Преместувањето на главата од еден цилиндар во друг трае околу 1 ms, а преместувањето во произволен цилиндар трае од 5 до 10 ms, во зависност од дискот. Кога главата се наоѓа над саканата патека, треба да почекате додека моторот не го заврти дискот, така што потребниот сектор ќе стане 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 пишување се случува со брзина од 5 MB / s (за дискови со мала брзина) до 160 MB / s (за дискови со голема брзина).

Последниот слој е окупиран од магнетна лента. Овој медиум често се користел за создавање резервни копиипростор на тврдиот диск или за складирање на големи збирки на податоци. За пристап до информации, лентата беше ставена во читач на магнетна лента, а потоа беше премотана во бараниот блок со информации. Целиот процес траеше неколку минути. Опишаната хиерархија на меморијата е типична, но во некои отелотворувања, не може да се присутни сите нивоа или нивните други типови (на пример, оптички диск). Во секој случај, кога се движите надолу по хиерархијата, времето на 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 само за читање со случаен пристап (ROM - меморија само за читање, ROM, меморија само за читање - меморија само за читање), која не ја губи својата содржина кога компјутерскиот систем е вклучен исклучен. ROM-от е програмиран за време на процесот на производство и неговата содржина не може да се промени потоа. На некои компјутери, ROM-от ги содржи програмите за подигање што се користат за стартување на компјутерот и некои влезни/излезни картички за контрола на уредите 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 повеќе време отколку пишувањето во RAM меморија. Затоа, тие се користат на ист начин како ROM-от.

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, индикација од кој хард диск да се подигне).

3. В/И уреди

Други уреди кои имаат тесна интеракција со оперативниот систем се I/O уредите, кои се состојат од два дела: контролер и самиот уред. Контролерот е микрочип (чипсет) на приклучна плоча што 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 бројот на линеарниот сектор 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 во кој цилиндар се наоѓа овој моментглава, и дава низа пулсирања за поместување на главата до потребниот број цилиндри. После тоа, 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 единствен 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 различни уреди I/O се разликуваат едни од други, тогаш е потребен соодветен софтвер - драјвери - за нивно контролирање. 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:

Поврзете го кернелот повторно со новиот драјвер и потоа рестартирајте го системот, вака функционираат многу UNIX системи;

Направете запис во датотеката вклучена во оперативниот систем дека е потребен драјвер и рестартирајте го системот, при почетното подигање, оперативниот систем ќе најде правилен возачи преземете го; вака функционира оперативниот систем Виндоус;

Прифатете нови драјвери и брзо инсталирајте ги користејќи го оперативниот систем додека работи; методот се користи од отстранливи USB и IEEE 1394 автобуси, на кои секогаш им се потребни динамички вчитани драјвери.

Постојат специфични 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 операцијата (читање или пишување). За да го активирате контролорот, возачот добива команда од оперативниот систем, а потоа ја преведува во вредности погодни за запишување во регистрите на уредот.

На некои компјутери, регистрите на уредите за влез/излез се мапирани во просторот за адреси на оперативниот систем, за да можат да се читаат или пишуваат како обични зборови во меморијата. Регистарските адреси се сместени во RAM меморијата надвор од дофатот на корисничките програми со цел да се заштитат корисничките програми од хардвер (на пример, користење на базни и гранични 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, инструкциите IN и OUT се достапни во привилегиран режим, што им овозможува на возачите да читаат и пишуваат регистри. Првата шема ја елиминира потребата од специјални I/O команди, но користи одреден простор за адреси. Втората шема не влијае на просторот за адреси, туку бара присуство на специјални команди. Двете шеми се широко користени. Внесувањето и излезот на податоци се врши на три начини.

1. Корисничката програма издава системско барање, кое кернелот го преведува во процедурален повик до соодветниот двигател. Возачот потоа го започнува процесот на I/O. За тоа време, возачот извршува многу краток програмски циклус, 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 на крајот од I/O. После тоа, возачот ги враќа податоците, оперативниот систем го блокира повикувачот, доколку е потребно, и почнува да врши 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 В/И е како што следува (сл. 6.а):

Чекор 1: возачот испраќа команда 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 одредена игла 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 го завршил. Кога процесорот ќе прими прекин, содржината на програмскиот бројач (PC) и зборот за статусот на процесорот (PSW) се туркаат на тековниот оџак, а процесорот се префрла на привилегираниот режим на работа (режим на кернелот на оперативниот систем). Бројот на I/O уредот може да се користи како индекс на парче меморија што се користи за пребарување на адресата на управувачот со прекини. овој уред. Ова парче меморија се нарекува вектор на прекини. Кога управувачот со прекини (дел од двигателот на уредот што го испратил прекинот) ќе започне, ги отстранува бројачот на програмата и зборот за статус на процесорот од купот, ги зачувува и бара информации од уредот за неговата состојба. По завршувањето на обработката на прекините, контролата се враќа на претходно активираната корисничка програма, на командата чие извршување сè уште не е завршено (сл. 6 б).

3. За влезно-излезни информации се користи контролер за директен мемориски пристап (DMA, Direct Memory Access), кој го контролира протокот на битови помеѓу RAM-от и некои контролери без постојана интервенција на централниот процесор. Процесорот го повикува DMA чипот, му кажува колку бајти да префрли, му ги кажува адресите на уредот и меморијата и насоката на преносот на податоците и му дозволува на чипот да се грижи за себе. По завршувањето, DMA иницира прекин, со кој се постапува соодветно.

Прекините може да се појават во несоодветни моменти, како на пример при обработка на 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 прекинат одеднаш додека прекините се оневозможени, контролорот за прекин одлучува со кој прво треба да се ракува, обично врз основа на статичките приоритети доделени на секој уред.

Компјутерскиот систем Pentium има осум магистрали (cache bus, локален автобус, мемориски автобус, PCI, SCSI, USB, IDE и ISA). Секоја магистрала има своја брзина на податоци и свои функции. Оперативниот систем мора да има информации за сите магистрали за да може да управува со компјутерот и неговата конфигурација.

ISA автобус (Industry Standard Architecture, индустриска стандардна архитектура) - за прв пат се појави на компјутерите IBM PC / AT, работи на фреквенција од 8,33 MHz и може да пренесува два бајти на часовник со максимална брзина од 16,67 MB / s .; вклучен е за компатибилност наназад со постари бавни влезни/излезни картички.

Магистралата PCI (Peripheral Component Interconnect, Peripheral Device Interface) - создадена од Intel како наследник на автобусот ISA, може да работи на фреквенција од 66 MHz и да пренесува 8 бајти на часовник со брзина од 528 MB / s. Моментално PCI автобускористете 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 испраќање податоци до PCI bridge чипот, кој пристапува до меморијата преку посветен мемориски автобус, често работи на 100 MHz.

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

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

USB автобус (Universal Serial Bus, универзален сериски автобус) е дизајниран да поврзува бавни I/O уреди (тастатури, глувци) со компјутерот. Користи мал приклучок со четири жици, од кои две жици напојуваат USB-уреди.

USB магистралата е централизирана магистрала каде домаќинот ги анкетира I/O уредите секоја милисекунда за да види дали имаат податоци. Може да управува со преземања на податоци со брзина од 1,5 MB/s. Сите USB уреди користат ист драјвер, така што тие можат да се поврзат со системот без да го рестартираат системот.

Магистралата SCSI (Мал компјутерски системски интерфејс, системски интерфејс на мали компјутери) е магистрала со високи перформанси што се користи за брзи погони, 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 Intel.

Магистралата IEEE 1394 (FireWire) е бит-сериска магистрала и поддржува брзински пренос на податоци до 50 MB/s. Оваа функција ви овозможува да поврзете преносни дигитални камери и други мултимедијални уреди на вашиот компјутер. За разлика од гумите 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 од 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 корисникот 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 изгради сет на DIP прекинувачи (скокачи, скокач - скокач) во секоја табла и да се конфигурира секоја табла на таков начин 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 пријави овие информации на секоја табла. Таков систем работи на компјутерите Pentium. Секој компјутер со Пентиум процесорја содржи матичната плоча на која се наоѓа програмата - системот BIOS (Basic Input Output System - основен влезно-излезен систем). BIOS-от содржи I/O програми на ниско ниво, вклучувајќи процедури за читање од тастатура, за прикажување информации на екранот, за внесување/излез на 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 прикачени на нив. Некои од овие уреди се традиционални (пред-приклучување и играње). Имаат фиксни нивоа на прекини и адреса за влез/излез (на пример, поставени со помош на прекинувачи или џемпери на I/O плочата што не може да се сменат од оперативниот систем). Овие уреди се запишуваат, а потоа поминуваат регистрациите на уредите за приклучување и репродукција. Ако присутните уреди се различни од оние во моментот на последното подигање, новите уреди се конфигурираат.

Потоа, BIOS-от одредува од кој уред да се подигне со тоа што ќе се обиде секој по ред од списокот зачуван во CMOS меморијата. Корисникот може да ја измени оваа листа со внесување на програмата за конфигурација на BIOS-от веднаш по подигнувањето. Обично, прво се прави обид да се подигне од флопи диск. Ако тоа не успее, ЦД-то се проба. Ако компјутерот нема и флопи диск и ЦД, системот се подига од тврдиот диск. Од уредот за подигање, првиот сектор се чита во меморијата 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 испитува BIOS-от за информации за конфигурацијата на компјутерот и проверува дали има двигател за секој уред. Ако драјверот не е присутен, оперативниот систем го поттикнува 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 започнува 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 микропроцесор за општа намена 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 4K бајти меморија.

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 (2516 0 = 65536). 1978 година беше обележана со издавањето на процесорот 8086 со големина на збор од 16 бита (два бајти), 20-битна магистрала и веќе можеше да работи со 1 MB меморија (2520 0 = 1048576, или 1024 KB), поделена на блокови (сегменти) од по 64 KB секој. Процесорот 8086 беше опремен со 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 се справи 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 (максималниот адресен простор е 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 појавува микропроцесорот 80486DX, а во мај 1993 година, првата верзија на процесорот Pentium (и двата со 32-битна адресна магистрала).

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

Една од најважните дизајнерски цели за P6 беше да ги удвои перформансите на процесорот Pentium. Во исто време, производството на првите верзии на P6 ќе се врши според веќе дебагираниот „Intel“ и користен во производството. најновите верзииТехнологија на пентиум полупроводници (0,6 µm, Z, Z V).

Користењето на истиот производствен процес гарантира дека масовното производство на P6 може да се постигне без поголеми проблеми. Сепак, тоа значи дека удвојувањето на перформансите се постигнува само преку сеопфатни подобрувања во микроархитектурата на процесорот. Микроархитектурата P6 беше развиена со помош на внимателно осмислена и подесена комбинација на различни архитектонски методи. Некои од нив беа претходно тестирани во процесорите на „големите“ компјутери, некои беа предложени од академски институции, останатите беа развиени од инженери од компанијата Интел. Оваа уникатна комбинација на архитектонски карактеристики, кои Интел ги нарекува „динамично извршување“, им овозможи на првите P6 чипови да ги надминат нивните првично планирани нивоа на перформанси.

Во споредба со алтернативните „Интел“ процесори од семејството x86, излегува дека микроархитектурата P6 има многу заедничко со микроархитектурата на процесорите Nx586 од NexGen и K5 од AMD, и, иако во помала мера, со M1 од Кирикс. Ова заедништво се објаснува со фактот дека инженерите на четирите компании го решаваа истиот проблем: воведоа елементи на RISC технологијата додека ја одржуваа компатибилноста со архитектурата Intel x86 CISC.

Два кристали во еден случај

Главната предност и единствена карактеристика на P6 е поставеноставо истиот пакет со процесорот, секундарна статичка кеш меморија со големина од 256 KB, поврзана со процесорот со наменска магистрала. Овој дизајн треба значително да го поедностави дизајнот на системите базирани на P6. P6 е првиот масовно произведен микропроцесор кој содржи два чипови во едно пакување.

CPU матрицата во P6 содржи 5,5 милиони транзистори; второ ниво 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 чипови.

Толку голем број транзистори во кешот се должи на неговата статична природа. Статичката меморија во P6 користи шест транзистори за складирање на еден бит, додека динамичката меморија би користела 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. Двете матрици се сместени заедно во керамичко пакување со 387 пинови („низа со двојна шуплина пин-дрид“). Двете матрици се произведени со користење на истата технологија (0,6 µm, 4-слоен Metal-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 со високи перформанси базирани на P6. Изведбата на компјутерскиот систем изграден на брз процесор, многу зависи од финото подесување на микроциркулите на процесорската средина, особено од секундарната кеш меморија. Не сите производители на компјутери можат да си дозволат соодветно истражување. Во P6, секундарната кеш меморија е веќе оптимално прилагодена на процесорот, што го олеснува дизајнирањето на матичната плоча.

Втората причина за комбинирање е да се подобрат перформансите. Kzsh од второто 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 од 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 ја задржат таа фреквенција 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 - 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 комплетот PCI чипови.

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

Комбинирањето на процесорот и секундарната кеш меморија во истиот пакет и комуникацијата преку посветен автобус е чекор кон техниките за подобрување на перформансите што се користат во најмоќните RISC процесори. Значи, 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 по чип 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, треба да се земе предвид дека, иако P6 може да биде поскап од неговите конкуренти, повеќето други процесори треба 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 кеш поголем од 256 KB.

„Intel“ обично нуди бројни варијации на нивните процесори. Ова е направено за да се задоволат различните барања на дизајнерите на системот и да се остави помалку простор за моделите на конкурентите. Затоа, можеме да претпоставиме дека наскоро по лансирањето на P6, ќе се појават и модификации со зголемена количина на секундарна кеш меморија и поевтини модификации со надворешна секундарна локација на кешот, но со посветен автобус помеѓу секундарната кеш меморија и процесорот.

Пентиум како почетна точка

Процесорот Pentium со цевководен и суперскаларенархитектурата достигна импресивно ниво на перформанси. Pentium содржи два цевководи од 5 фази кои можат да работат паралелно и да извршуваат два цели броеви по машински часовник. Во овој случај, само пар наредби може да се извршат паралелно, следејќи една по друга 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 во производството на P6 како и при производството на Pentium од 100 MHz ќе резултира со P6 со такт на 133 MHz.

Способностите на суперскаларната архитектура на Pentium, со неговата способност да извршува две инструкции по часовник, би било тешко да се надминат без сосема нов пристап. Новиот пристап применет во P6 ја елиминира цврстата зависност помеѓу традиционалните фази „фаќање“ и „извршување“, кога низата наредби што минуваат низ овие две фази одговара на низата наредби во програмата.

Новиот пристап е поврзан со употребата на таканаречениот команден базен и со нови ефективни методипредвидување на идното однесување на програмата. Во овој случај, традиционалната фаза на „извршување“ се заменува со две: „испраќање/извршување“ и „враќање“. Како резултат на тоа, командите можат да започнат со извршување 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 базен од инструкции (сл. 1).

Главниот проблем на патот кон подобрување на перформансите

Одлуката да се организира P6 како три независни уреди кои комуницираат преку базен од инструкции беше донесена по темелна анализа на факторите кои ги ограничуваат перформансите на современите микропроцесори. Основниот факт, кој важи за Pentium и многу други процесори, е дека вистинските програми не ја користат целосната моќност на процесорот.

Додека брзината на процесорот се зголеми најмалку 10 пати во текот на изминатите 10 години, времето на пристап до главната меморија се намали само за 60 проценти. Ова зголемено доцнење во перформансите на меморијата во однос на брзината на процесорот беше основниот проблем што требаше да се реши во дизајнот 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 чипови посветени на животната средина со голема брзина би било премногу скапо.

Може да се обиде да го реши проблемот користејќи брутална сила, имено, да ја зголеми големината на кешот на второто ниво со цел да се намали процентот на случаи каде што потребните податоци ги нема во кешот.

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 високите перформанси на системот како целина да се постигнат со користење на евтин мемориски потсистем.

Така,Комбинацијата на архитектонски техники на P6, како што е подобрено предвидување гранки (скоро секогаш правилно ја одредува следната низа на инструкции), анализа на протокот на податоци (го одредува оптималниот редослед на извршување на инструкциите) и превентивно извршување (се извршува очекуваната низа од инструкции без време на мирување во оптимален редослед), ни овозможи да ги удвоиме перформансите во однос на Pentium користејќи ја истата технологија на производство. Оваа комбинација на методи се нарекува динамично извршување.

Интел во моментов 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 идентификуваат како зголемена употреба на системи засновани на фамилијата на процесори x86 како сервери за апликации, и зголемената улога на „Интел“ како снабдувач на непроцесорски технологии како што се автобусите, 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 можностите претходно резервирани за поскапи компјутери. Паритет е обезбеден за внатрешните регистри P6, а 64-битната магистрала што го поврзува јадрото на процесорот и кешот од второ 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 примање информации за повеќе од 100 процесорски променливи или настани што се случуваат во процесорот, како што се отсуството на податоци во кешот, содржината на регистрите, појавата на код кој само-модифицира и така натаму, преку контакти на процесорот. или со користење на софтвер. 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, односно обезбедува можност за враќање на компјутерот во претходно фиксирана состојба во случај на грешка.

Слични документи

Компјутерската технологија се појави 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. Односот на автоматизирани системи за контрола. 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 технологија. Структурата на автоматска контрола на компјутерската технологија. Софтвер, поткрепување на економската ефикасност на проектот.

теза, додадена 20.05.2013


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

термински труд, додаден на 18.04.2012 година


Уредот и принципот на работа на персонален компјутер (ПЦ). Здравствена дијагностика на компјутер и смена на проблеми. Задачи Одржувањекомпјутерски капацитети. Развој на методи за одржување на опремата во работна состојба.

термински труд, додаден на 13.07.2011 година


Проучување на странската, домашната практика во развојот на компјутерската технологија, како и изгледите за развој на компјутерите во блиска иднина. Компјутерски технологии. Фази на развој на компјутерската индустрија кај нас. Спојување на компјутер и комуникации.

термински труд, додаден на 27.04.2013 година


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. Информатика и нејзините практични резултати. Историјата на создавањето на дигитална компјутерска технологија. Електромеханички компјутери. Употреба електронски 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. Средства за настава по информатика и карактеристики на организацијата на работата во канцеларијата за компјутерска технологија. Опрема на работното место и софтверска апликација.

апстракт, додаден на 09.07.2012 година


Составот на компјутерскиот систем - конфигурацијата на компјутерот, неговиот хардвер и софтвер. Уреди и уреди кои ја формираат хардверската конфигурација на персонален компјутер. Главна меморија, I/O порти, адаптер за периферен уред.