Bilgisayar teknolojisinin bileşimi. Bilgisayar teknolojisinin temel özellikleri. Bilgisayar teknolojisinin gelişim tarihi

Bilgisayar teknolojisi kavramı, hesaplama ve bilgi işleme süreçlerini mekanize etmek ve otomatikleştirmek için kullanılan bir dizi teknik ve matematiksel araç, yöntem ve tekniktir. Modern bilgi işlemin teknik araçlarının temeli, elektronik bilgisayarlar (bilgisayarlar), giriş, çıkış, sunum ve iletim aygıtları (tarayıcılar, yazıcılar, modemler, monitörler, çiziciler, klavyeler, manyetik bantlar ve disk sürücüleri vb.), dizüstü bilgisayarlar, mikro hesap makineleri, elektronik defterler vb.

Kişisel bilgisayar, evrensel erişilebilirlik ve evrensellik gerekliliğini karşılayan masaüstü veya taşınabilir tek kullanıcılı bir mikro bilgisayardır.

Kişisel bilgisayarın temeli bir mikroişlemcidir. Mikroişlemci teknolojisi ve teknolojisinin gelişimi, PC nesillerindeki değişimi belirledi:

1. nesil (1975 – 1980) – 8 bit MP'yi temel alır;

2. nesil (1981 – 1985) – 16 bit MP'yi temel alır;

3. nesil (1986 – 1992) – 32 bit MP'yi temel alır;

4. nesil (1993'ten beri) – 64 bit MP'yi temel alır.

Bugün bilgisayar dünyası bir devrimin eşiğinde: Yeni nesil transistörlü ve güçlü CPU'lar. mobil cips dizüstü bilgisayarların, tabletlerin ve akıllı telefonların performansını büyük ölçüde artıracak.

10 ve 12 nm ölçülerindeki işleme elemanları önümüzdeki yıl bilgisayar dünyasını tamamen değiştirecek: Kalınlıkları insan saçından (100.000 nm) 10.000 kat daha küçük ve çapları silikon atomlarına yakın (0,3 nm).

Şu anda PC'ler için ana mikroişlemci üreticileri hala şunlardır:

Intel, modern işlemcilerin yaratılmasında ve üretiminde öncüdür. Bugün pahalı bilgisayar pazarındaki en popüler PC'ler, çok çekirdekli mimariye dayalı işlemcilere sahip PC'lerdir. Intel çekirdek.

Nisan 2012'de Intel, güçlü sürümlerde sunulan dört çekirdekli Intel® Core™ işlemci ailesinin 3. neslini tanıttı. masaüstü sistemleri Tri-Gate 3D transistörlerini kullanan dünyanın ilk 22nm yongalarına sahip, profesyonel kalitede ve mobil ve ince hepsi bir arada bilgisayarlar.

AMD (Advanced Micro Deviced), Intel'in en gerçek rakibidir. Yakın zamana kadar, esas olarak ucuz bilgisayarlar ve yükseltmeler için tasarlanmış, ucuz ama hızlı işlemcilerle bilgisayar pazarında bir niş işgal ediyordu.

1999 yılında Athlon işlemci, Thunderbird, Polamino, Thoroughbred, Barton işlemcilerin ve 2003'ten sonra K8 serisi işlemcilerin yaratılmasıyla Intel ile ciddi şekilde rekabet etmeye başladı. Bugün her iki şirket de neredeyse tüm talepkar kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılayabilecek kaliteli bir ürün üretiyor.

Şu anda kişisel bilgisayarların yaklaşık% 85'i bu işlemciler temelinde üretilmektedir. Amaçlarına göre üç gruba ayrılabilirler:

Kitlesel tüketime yönelik ve en basit temel konfigürasyona sahip ev;

Bilimsel, teknik, ekonomik ve diğer sorunların çözümüne ve eğitime yönelik genel amaçlı. Bu sınıf en yaygın olanıdır ve kural olarak profesyonel olmayan kullanıcılar tarafından sunulur;

Karmaşık bilgi ve üretim sorunlarını çözmek için bilimsel alanda kullanılan profesyonel. Yüksek teknik özelliklere sahiptirler ve profesyonel kullanıcılar tarafından hizmet verilmektedir.

Ayrıca tasarımlarına göre PC'ler şu şekilde ayrılır:

DİZÜSTÜ bilgisayarlar (“dizüstü bilgisayar” bilgisayar). Dizüstü bilgisayarda klavye ve sistem birimi, üst kısmı LCD ekranlı bir kapakla kapatılan tek bir kasada yapılır. Çoğu model, teknik parametreler açısından daha iyi bir şekilde farklılık göstermez ve tek renkli ekranlara sahiptir;

NOTEBOOK (“defterler”). En yeni modeller, genel amaçlı PC'lerle karşılaştırılabilecek oldukça yüksek teknik parametrelere sahiptir ( Çekirdek işlemciler i7-3612QM, 6144 Mb'ye kadar video, sabit sürücüler – 600 GB'ın üzerinde HDD veya 256 GB'a kadar SSD;

ULTRABUK (İngilizce Ultrabook), geleneksel subnotebooklara kıyasla daha küçük boyutlara ve ağırlığa sahip, ancak aynı zamanda tam teşekküllü bir dizüstü bilgisayarın karakteristik özelliklerinin çoğuna sahip, ultra ince ve hafif bir dizüstü bilgisayardır. Bu terim, Intel Corporation'ın 2008'de piyasaya sürülene dayanarak geliştirilen, Intel ve Apple'ın bir konsepti olan ultrabooklar olan yeni bir mobil bilgisayar sınıfını sunmasının ardından 2011 yılında geniş çapta yayılmaya başladı. Apple dizüstü bilgisayar Macbook Air. Ultrabook'lar normal dizüstü bilgisayarlardan daha küçüktür ancak netbook'lardan biraz daha büyüktür. 11 ila 13,3 inç arasında küçük bir sıvı kristal ekrana sahiptirler, kompakttırlar - 20 mm'ye kadar kalınlık ve 2 kg'a kadar ağırlık. Küçük boyutlarından dolayı ultrabook'larda az sayıda harici bağlantı noktası bulunur ve çoğunda DVD sürücüsü yoktur.

Netbook, öncelikle İnternet'e erişmek ve ofis uygulamalarıyla çalışmak için tasarlanmış, nispeten düşük performansa sahip bir dizüstü bilgisayardır. 7-12 inçlik küçük bir ekrana, düşük güç tüketimine, hafifliğe ve nispeten düşük maliyete sahiptir.

Modern PC'lerin çalışma prensibi aşağıdaki algoritma ile açıklanabilir:

BEN. Başlatma

Bilgisayarı açtıktan, işletim sistemini ve gerekli programı yükledikten sonra program sayacına, bu programın ilk komutunun adresine eşit bir başlangıç ​​​​değeri atanır.

II. Takım seçimi

CPU, bellekten bir komutu okuma işlemini gerçekleştirir. Program sayacının içeriği hafıza hücresinin adresi olarak kullanılır.

III. Komutu yorumlama ve program sayacını artırma

Okunan bellek hücresinin içeriği CPU tarafından bir komut olarak yorumlanır ve komut kaydına yerleştirilir. Kontrol ünitesi komutu yorumlamaya başlar. CU, komutun ilk kelimesinden itibaren işlem kodu alanına göre uzunluğunu belirler ve gerekirse komutun tamamı CPU tarafından okununcaya kadar ek okuma işlemleri düzenler. Komutun uzunluğu program sayacının içeriğine eklenir ve komut tamamen okunduğunda program sayacında bir sonraki komutun adresi oluşturulur.

IV. Komut şifre çözme ve komut yürütme

Komutun adres alanlarını kullanarak kontrol ünitesi, talimatın hafızasında işlenenlerin olup olmadığını belirler. Varsa adres alanlarında belirtilen adresleme modlarına göre işlenenlerin adresleri hesaplanır ve işlenenlerin okunması için hafıza okuma işlemleri yapılır.

Kontrol ünitesi ve ALU, talimatın işlem kodu alanında belirtilen işlemi gerçekleştirir. İşlemci bayrak kaydı işlemin özelliklerini saklar.

V. Gerekirse Kontrolör aşağıdaki işlemleri gerçekleştirir: Sonucun belleğe yazılması işlemi.

Son komut "işlemciyi durdur" değilse, açıklanan işlem sırası tekrar gerçekleştirilir. Bu işlem dizisine denir işlemci döngüsü .

Belirli bilgisayarlarda bu algoritmanın uygulanması biraz farklı olabilir. Ancak prensipte herhangi bir von Neumann bilgisayarının işleyişi benzer bir algoritma ile tanımlanır ve oldukça basit işlemler dizisidir.

Bir PC üç ana cihazdan oluşur: sistem birimi, klavye ve ekran . PC'nin işlevselliğini genişletmek için çevresel aygıtlar ek olarak bağlanır: yazıcı, tarayıcı, manipülatörler vb. Bu cihazlar, arka duvarda bulunan konektörler aracılığıyla kablolar kullanılarak sistem birimine bağlanır. sistem birimi veya doğrudan sistem birimine takılır. PC modüler bir yapıya sahiptir. Tüm modüller sistem veriyoluna bağlanır.

Harici cihazları kontrol etmek için kullanılır denetleyiciler (VU adaptörleri) . MP'den bir komut aldıktan sonra, bağımsız olarak çalışan denetleyici, MP'yi harici cihaza bakım yapmak için belirli işlevleri yerine getirmekten kurtarır.

Modern MP'nin ve onun dışındaki bireysel cihazların (ana ve harici bellek, video sistemleri vb.) performansındaki artışın, artan soruna yol açtığı unutulmamalıdır. Bant genişliği Bu cihazları bağlarken sistem veri yolu. Bu sorunu çözmek için doğrudan MP veriyoluna bağlanan yerel otobüsler geliştirildi.

PC'deki ana cihaz sistem birimi . Bir CPU, bir yardımcı işlemci, kalıcı ve rasgele erişim belleği, denetleyiciler, manyetik disk sürücüleri, güç kaynağı ve diğer işlevsel modüller. PC konfigürasyonu ek modüller bağlanarak değiştirilebilir. PC cihazlarının tutarlı çalışmasını sağlamak için anakart bir yonga seti içerir, yani bir dizi mikro devre (cips).

Yonga seti, anakartın ana yeteneklerini belirler:

· desteklenen CPU türleri;

· maksimum sistem veri yolu frekansı;

· cihaz değiştirme mantığı;

desteklenen türler ve en büyük boy ana hafıza;

· her bellek türüyle çalışma hızı;

· hızlandırılmış grafik bağlantı noktası desteği;

· disk arayüzünün türü ve modları;

· maksimum genişletme yuvası sayısı;

· PC izleme.

Modern bir bilgisayarın yonga seti genellikle iki yongadan oluşur: merkezi aygıtlara hizmet veren ve ana bellek, grafik veri yolu, sistem veri yolu ve bellek veri yolu için denetleyiciler içeren bir kuzey köprüsü veya bir bellek denetleyici hub'ı (Bellek Denetleyici Hub, MCH) ve bir güney köprüsü, köprü (Güney Köprüsü) veya G/Ç Denetleyici Merkezi (ICH), G/Ç aygıtları için denetleyiciler ve standartlar içeren çevresel aygıtlar.

Bir bilgisayarın işlevsel diyagramı - Amacına göre bilgisayar - Bu, bilgiyle çalışmak için evrensel bir cihazdır. Tasarım ilkelerine göre bilgisayar, bilgiyle çalışan bir kişinin modelidir.

Kişisel bilgisayar(PC) bir iş istasyonuna hizmet vermek üzere tasarlanmış bir bilgisayardır. Özellikleri ana bilgisayarlardan farklı olabilir ancak işlevsel olarak benzer işlemleri gerçekleştirebilir. Çalışma yöntemine göre masaüstü (masaüstü), taşınabilir (dizüstü ve dizüstü) ve cep (avuç içi) PC ​​modelleri ayırt edilir.

Donanım. Bilgisayar, verilerle çalışmak için her üç sınıf bilgi yöntemini (donanım, yazılım ve doğal) sağladığından, bir bilgisayar sisteminin birlikte çalışan donanım ve yazılımdan oluştuğunu söylemek gelenekseldir. Bilgisayarın donanımını oluşturan bileşenlere donanım denir. Tüm fiziksel çalışmaları verilerle gerçekleştirirler: kayıt, depolama, taşıma ve dönüştürme, hem biçim hem de içerik olarak ve ayrıca bunları doğal ortamlarla etkileşime uygun bir biçimde sunarlar. bilgi yöntemleri kişi.

Bir bilgisayarın donanımının tamamına donanım konfigürasyonu denir.

Yazılım. Programlar iki durumda olabilir: aktif ve pasif. Pasif durumda program çalışmaz ve içeriği bilgi olan verilere benzer. Bu durumda programın içeriği, kitapların okunması ve değiştirilmesi gibi diğer programlar tarafından “okunabilir”. Buradan programın amacını ve nasıl çalıştığını öğrenebilirsiniz. Pasif durumda programlar oluşturulur, düzenlenir, saklanır ve taşınır. Program oluşturma ve düzenleme sürecine programlama denir.

Bir program aktif durumdayken, verilerinin içeriği bilgisayar donanımının çalıştığı komutlar olarak kabul edilir. İşlem sırasını değiştirmek için, bir programın yürütülmesini kesmek ve farklı komutlar içeren diğerinin yürütülmesini başlatmak yeterlidir.

Bilgisayarda depolanan programlar kümesi onu oluşturur yazılım. Operasyon için hazırlanan programlara kurulu yazılım denir. Aynı anda çalışan programların tümüne yazılım konfigürasyonu denir.

Bilgisayar cihazı. Herhangi bir bilgisayar (en büyüğü bile) dört bölümden oluşur:

• giriş cihazları
• bilgi işlem cihazları
• depolama aygıtları
• bilgi çıkış cihazları.

Yapısal olarak, bu parçalar bir kitap boyutunda tek bir durumda birleştirilebilir veya her parça oldukça hacimli birkaç cihazdan oluşabilir.

Temel PC donanım yapılandırması. Kişisel bir bilgisayarın temel donanım yapılandırması, bir bilgisayarla çalışmaya başlamak için yeterli olan minimum donanım kümesidir. Zamanla temel konfigürasyon kavramı yavaş yavaş değişir.

Çoğu zaman, kişisel bir bilgisayar aşağıdaki cihazlardan oluşur:

• Sistem birimi
• Monitör
• Tuş takımı

Ek olarak başka giriş ve çıkış cihazları da bağlanabilir, örneğin ses hoparlörleri, yazıcı, tarayıcı...

Sistem birimi- ana blok bilgisayar sistemi. Dahili olarak kabul edilen cihazları içerir. Sistem birimine harici olarak bağlanan cihazlar harici olarak kabul edilir. Çevresel ekipman terimi aynı zamanda harici cihazlar için de kullanılır.
Monitör- sembolik ve görsel öğelerin görsel olarak çoğaltılmasına yönelik bir cihaz; grafik bilgisi. Çıkış cihazı olarak görev yapar. Masaüstü bilgisayarlar için günümüzde en yaygın monitörler katot ışın tüplerine dayanan monitörlerdir. Ev televizyonlarına belli belirsiz benziyorlar.
Tuş takımı- bir bilgisayarın çalışmasını kontrol etmek ve ona bilgi girmek için tasarlanmış bir klavye cihazı. Bilgiler alfasayısal karakter verileri biçiminde girilir.
Fare- grafiksel kontrol cihazı.

Kişisel bilgisayarın dahili cihazları.
Sistem biriminde bulunan cihazlar dahili olarak kabul edilir. Bazılarına ön panelden erişilebilir, bu da hızlı değişiklikler için uygundur bilgi medyası Disket manyetik diskler gibi. Bazı cihazların konektörleri arka duvarda bulunur; çevre birimlerini bağlamak için kullanılırlar. Bazı sistem birimi cihazlarına erişim sağlanmamıştır - normal çalışma için gerekli değildir.

İŞLEMCİ. Mikroişlemci kişisel bilgisayarın ana çipidir. Tüm hesaplamalar bunun içinde yapılır. İşlemcinin temel özelliği saat frekansıdır (megahertz, MHz olarak ölçülür). Saat hızı ne kadar yüksek olursa işlemci performansı da o kadar yüksek olur. Yani örneğin 500 MHz saat frekansında işlemci kendi hızını değiştirebilir.
500 milyon kez belirtin. Çoğu işlem için bir saat döngüsü yeterli değildir, dolayısıyla bir işlemcinin saniyede gerçekleştirebileceği işlem sayısı yalnızca saat hızına değil aynı zamanda işlemlerin karmaşıklığına da bağlıdır.

İşlemcinin varlığını "doğuştan bildiği" tek cihaz RAM'dir - onunla birlikte çalışır. Veri ve komutların geldiği yer burasıdır. Veriler işlemci hücrelerine (kayıt adı verilen) kopyalanır ve ardından talimatların içeriğine göre dönüştürülür. Programlamanın temelleri ile ilgili bölümlerde işlemcinin RAM ile nasıl etkileşime girdiğine dair daha kapsamlı bir resim elde edeceksiniz.

VERİ DEPOSU. RAM, bilgisayar açıkken sayısal verileri ve komutları depolayan geniş bir hücre dizisi olarak düşünülebilir. RAM miktarı milyonlarca bayt - megabayt (MB) cinsinden ölçülür.

İşlemci, benzersiz bir sayısal adrese sahip olduğundan herhangi bir RAM hücresine (bayta) erişebilir. Bitin bir adresi olmadığı için işlemci, RAM'in tek bir bitine erişemez. Aynı zamanda işlemci herhangi bir bitin durumunu değiştirebilir, ancak bu birkaç işlem gerektirir.

Anakart. Anakart kişisel bilgisayarın en büyük devre kartıdır. İşlemciyi RAM'e (otobüs adı verilen) bağlayan otoyollar içerir. İşlemcinin bellek hücrelerinden veri kopyaladığı bir veri yolu, belirli bellek hücrelerine bağlandığı bir adres veriyolu ve işlemcinin programlardan komutları aldığı bir komut veriyolu vardır. Bilgisayarın diğer tüm dahili aygıtları da anakart veri yollarına bağlanır. Anakartın çalışması, yonga seti adı verilen bir mikroişlemci yonga seti tarafından kontrol edilir.

Video adaptörü. Video bağdaştırıcısı, anakarttaki konektörlerden birine takılı dahili bir aygıttır. İlk kişisel bilgisayarlarda video bağdaştırıcıları yoktu. Bunun yerine video verilerinin saklanması için RAM'de küçük bir alan ayrıldı. Özel bir çip (video denetleyici), video bellek hücrelerinden verileri okur ve monitörü bunlara göre kontrol eder.

Bilgisayarların grafik yetenekleri geliştikçe video bellek alanı ana RAM'den ayrıldı ve video denetleyiciyle birlikte video bağdaştırıcısı adı verilen ayrı bir cihaza ayrıldı. Modern video bağdaştırıcıları, karmaşık görüntüler oluştururken ana işlemci üzerindeki yükü azaltan kendi bilgi işlem işlemcisine (video işlemcisi) sahiptir. Video işlemcisi, düz ekranda oluşturma sırasında özellikle önemli bir rol oynar. 3D görüntüler. Bu tür işlemler sırasında özellikle çok sayıda matematiksel hesaplama yapması gerekir.

Bazı anakart modellerinde, video bağdaştırıcısının işlevleri yonga seti yongaları tarafından gerçekleştirilir - bu durumda video bağdaştırıcısının entegre olduğu söylenir. anakart. Video bağdaştırıcısı ayrı bir cihaz olarak yapılmışsa buna video kartı denir. Video kartı konektörü arka duvarda bulunur. Ona bir monitör bağlı.

Ses adaptörü. IBM PC bilgisayarları için başlangıçta sesle çalışma sağlanmamıştı. Varlığının ilk on yılında, bu platformun bilgisayarları ofis ekipmanı olarak kabul edildi ve ses cihazları olmadan yapıldı. Şu anda ses araçları standart olarak kabul edilmektedir. Bunu yapmak için anakart Ses bağdaştırıcısı takılı. Anakart yonga setine entegre edilebilir veya ses kartı adı verilen ayrı bir takılabilir kart olarak uygulanabilir.
Ses kartı konektörleri bilgisayarın arka duvarında bulunur. Ses çalmak için bunlara hoparlörler veya kulaklıklar bağlanır. Bir mikrofonu bağlamak için ayrı bir konektör tasarlanmıştır. huzurunda özel program bu ses kaydetmenize olanak sağlar. Ayrıca harici ses kayıt veya ses üretme ekipmanına (kaset kaydediciler, amplifikatörler vb.) bağlanmak için bir konektör (hat çıkışı) bulunmaktadır.

Sabit disk. Güç kapatıldığında bilgisayarın RAM'i temizlendiğinden, verileri ve programları uzun süre saklayacak bir cihaza ihtiyaç duyulur. Şu anda, sözde sabit diskler bu amaçlar için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Çalışma prensibi sabit disk kayıt kafasının yakınındaki manyetik alandaki değişikliklerin kaydedilmesine dayanmaktadır.

Ana sabit parametre Disk kapasitesi gigabayt (milyar bayt), GB cinsinden ölçülür. Modern bir sabit sürücünün ortalama boyutu 80 - 160 GB'dir ve bu parametre giderek artmaktadır.

Disket sürücü. Verilerin uzak bilgisayarlar arasında taşınması için disket adı verilen disketler kullanılır. Standart bir disketin (disket) nispeten küçük bir kapasitesi 1,44 MB'tır. Modern standartlara göre bu, çoğu veri depolama ve taşıma görevi için tamamen yetersizdir, ancak ortamın düşük maliyeti ve yüksek kullanılabilirliği, disketleri en yaygın depolama ortamı haline getirmiştir.

Disketlerde depolanan verileri yazmak ve okumak için özel bir cihaz kullanılır - bir disk sürücüsü. Sürücü alma deliği sistem biriminin ön panelinde bulunur.

CD-ROM sürücüsü. Büyük miktarda veriyi taşımak için CD-ROM'ların kullanılması uygundur. Bu diskler yalnızca önceden yazılmış verileri okuyabilir; bunlara yazı yazılamaz. Bir diskin kapasitesi yaklaşık 650-700 MB'dir.

CD-ROM sürücüleri CD'leri okumak için kullanılır. CD-ROM sürücüsünün ana parametresi okuma hızıdır. Birden fazla birimde ölçülür. 80'lerin ortalarında onaylanan okuma hızı bir olarak alınır. müzik CD'leri (ses CD'leri) için. Modern CD-ROM sürücüleri 40x - 52x okuma hızları sağlar.
Ana dezavantaj CD-ROM sürücüleri- diskleri kaydetmenin imkansızlığı - modern bir kez yazılan cihazlarda - CD-R'de aşılmıştır. Çoklu kayda izin veren CD-RW cihazları da vardır.

CD'lerde veri depolama prensibi, disketler gibi manyetik değil, optiktir.

İletişim portları. Yazıcı, tarayıcı, klavye, fare vb. gibi diğer cihazlarla iletişim kurmak için bilgisayar, bağlantı noktaları olarak adlandırılan donanımlarla donatılmıştır. Her ne kadar bağlantı noktası bir konektörde bitse de, bağlantı noktası yalnızca harici ekipmanı bağlamak için kullanılan bir konektör değildir. Bağlantı noktası, kendi mikro devrelerine sahip olan ve yazılım tarafından kontrol edilen, yalnızca bir konektörden daha karmaşık bir cihazdır.

Ağ adaptörü. Bilgisayarların birbirleriyle iletişim kurabilmesi için ağ bağdaştırıcıları gereklidir. Bu aygıt, komşu bilgisayarın ağ bağdaştırıcısı önceki bölümü kendisine kopyalayana kadar işlemcinin harici bağlantı noktasına yeni bir veri bölümü göndermemesini sağlar. Bundan sonra işlemciye verilerin toplandığına ve yenilerinin gönderilebileceğine dair bir sinyal verilir. Transfer bu şekilde gerçekleşiyor.

Bir ağ bağdaştırıcısı, komşu bağdaştırıcıdan bir veri parçasına sahip olduğunu "öğrendiğinde", bu veriyi kendisine kopyalar ve ardından kendisine adreslenip adreslenmediğini kontrol eder. Evetse, bunları işlemciye iletir. Değilse, onları bir sonraki komşu bilgisayarın ağ bağdaştırıcısının alacağı çıkış bağlantı noktasına yerleştirir. Veriler alıcıya ulaşana kadar bilgisayarlar arasında bu şekilde taşınır.
Ağ bağdaştırıcıları anakartın içine yerleştirilebilir, ancak daha çok ağ kartları adı verilen ek kartlar biçiminde ayrı olarak kurulur.

Elektronik bilgisayarlar genellikle bir takım özelliklere göre sınıflandırılır, özellikle: işlevsellik ve organizasyon yöntemine göre çözülen görevlerin niteliği bilgi işlem süreci, mimari özellikler ve bilgi işlem gücü ile.

İşlevselliğe ve çözülen görevlerin niteliğine bağlı olarak aşağıdakiler ayırt edilir:

Evrensel (genel amaçlı) bilgisayarlar;

Problem odaklı bilgisayarlar;

Özel bilgisayarlar.

Ana bilgisayar bilgisayarlar algoritmaların karmaşıklığı ve büyük miktarda işlenmiş veri ile karakterize edilen çok çeşitli mühendislik ve teknik sorunları çözmek için tasarlanmıştır.

Problem odaklı bilgisayarlar küçük miktarlardaki verilerin kaydedilmesi, biriktirilmesi ve işlenmesiyle ilgili daha dar bir görev yelpazesini çözmek için tasarlanmıştır.

Özel bilgisayarlar dar bir yelpazedeki sorunları çözmek için kullanılır (teknik cihazlar için kontrol işlevlerini gerçekleştiren mikroişlemciler ve kontrolörler).

Hesaplama sürecini organize ederek Bilgisayarlar tek işlemcili ve çok işlemcili, sıralı ve paralel olarak ikiye ayrılır.

Tek işlemcili. Bilgisayarın bir merkezi işlemcisi vardır ve tüm bilgi işlem işlemleri ve giriş/çıkış cihazlarının kontrolüne yönelik işlemler bu işlemci üzerinde gerçekleştirilir.

Çok işlemcili. Bilgisayar, bilgi işlem sürecini organize etme ve bilgi giriş/çıkış aygıtlarını yönetme işlevlerinin yeniden dağıtıldığı birkaç işlemci içerir.

Tutarlı. Bilgisayar yalnızca bir programı yürütebilecek şekilde tasarlandığında ve tüm kaynakları yalnızca yürütülen programın çıkarları doğrultusunda kullanıldığında, tek program modunda çalışırlar.

Paralel. Bilgisayarda birkaç kullanıcı programı çalıştığında ve kaynaklar bu programlar arasında paylaşıldığında, bunların paralel yürütülmesini sağlayarak çoklu program modunda çalışırlar.

Mimari özelliklere ve bilgi işlem gücüne göre ayırt edilirler:

Bilgisayarları bu kritere göre sınıflandırma şemasını ele alalım (Şekil 1).

Şekil 1. Bilgisayarların mimari özelliklerine göre sınıflandırılması

ve bilgi işlem gücü.

Süper bilgisayarlar- Bunlar hız ve performans açısından en güçlü bilgi işlem makineleridir. Süper bilgisayarlar arasında “Cray” ve “IBM SP2” (ABD) bulunmaktadır. Aerodinamik, meteoroloji, yüksek enerji fiziğindeki karmaşık hesaplamalar için büyük ölçekli hesaplama problemlerini ve modellemeyi çözmek için kullanılırlar ve aynı zamanda finans sektöründe de kullanılırlar.

Büyük makineler veya ana bilgisayarlar. Ana bilgisayarlar finans sektöründe ve savunma kompleksinde kullanılır ve departman, bölgesel ve bölgesel bilgi işlem merkezlerine personel sağlamak için kullanılır.

Orta boy bilgisayarlar Karmaşık teknolojik üretim süreçlerini kontrol etmek için yaygın olarak kullanılır.

Mini bilgisayar Kontrol bilgisayar sistemleri ve ağ sunucuları olarak kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Mikrobilgisayar- Bunlar, merkezi işlem birimi olarak bir mikroişlemci kullanan bilgisayarlardır. Bunlar, yerleşik mikro bilgisayarları (çeşitli ekipman, ekipman veya aygıtlarda yerleşik) ve kişisel bilgisayarları (PC'ler) içerir.

Kişisel bilgisayarlar. Son 20 yılda hızla gelişti. Kişisel bilgisayar (PC), tek bir iş istasyonuna hizmet vermek üzere tasarlanmıştır ve küçük işletmelerin ve bireylerin ihtiyaçlarını karşılayabilir. İnternetin gelişiyle birlikte, kişisel bir bilgisayar kullanarak bilimsel, referans, eğitim ve eğlence bilgilerini kullanabildiğiniz için PC'lerin popülaritesi önemli ölçüde arttı.

Kişisel bilgisayarlar masaüstü ve dizüstü bilgisayarları içerir. Taşınabilir bilgisayarlar arasında Dizüstü Bilgisayar (not defteri veya Not defteri) ve cep kişisel bilgisayarları (Kişisel El Bilgisayarları - El Bilgisayarı, Kişisel Dijital Asistanlar - PDA ve Avuç içi Bilgisayar).

Gömülü bilgisayarlar. Belirli işlevleri uygulamak için çeşitli cihazlarda, sistemlerde ve komplekslerde kullanılan bilgisayarlar. Örneğin, araba teşhisi.

1999 yılından bu yana, PC'leri sınıflandırmak için uluslararası bir sertifika standardı olan PC99 spesifikasyonu kullanılmaktadır. Bu spesifikasyona göre PC'ler aşağıdaki gruplara ayrılır:

· toplu PC'ler (Tüketici PC'leri);

· iş bilgisayarları (Ofis bilgisayarı);

· taşınabilir PC'ler (Mobil PC);

· iş istasyonları (İş İstasyonu);

· eğlence bilgisayarları (Eğlence Bilgisayarı).

Çoğu bilgisayar cüsseli ve standart (gerekli olan minimum) donanım setini içerir. Bu set şunları içerir: sistem birimi, ekran, klavye, fare. Gerekirse bu set, kullanıcının isteği üzerine yazıcı gibi diğer cihazlarla kolayca desteklenebilir.

İş bilgisayarları minimum düzeyde grafik ve ses çoğaltma aracı içerir.

Dizüstü bilgisayarlar uzaktan erişim iletişim araçlarının varlığında farklılık gösterir.

İş istasyonları veri depolama cihazlarının bellek kapasitesi için artan gereksinimleri karşılar.

Eğlence PC'leri yüksek kaliteli grafiklere ve ses üretimine odaklanmıştır.

İle Tasarım özellikleri PC'ler ikiye ayrılır:

· sabit (masaüstü, Masaüstü);

taşınabilir:

· taşınabilir (Dizüstü);

· defterler;

· cep (Avuç içi).

Uygulamalı bilgisayar teknolojisini etkili bir şekilde incelemek için bilgisayar donanımı ve yazılımı hakkında net bir anlayışa sahip olmak son derece önemlidir. Bilgisayar teknolojisinin bileşimi denir yapılandırma . Donanım ve yazılım Bilgisayar teknolojisi genellikle ayrı olarak değerlendirilir. Buna göre ayrı ayrı değerlendiriyorlar Donanım yapılandırması ve onları yazılım yapılandırma Bu ayırma ilkesi bilgisayar bilimi için özellikle önemlidir, çünkü çoğu zaman aynı problemlerin çözümü hem donanım hem de yazılım tarafından sağlanabilmektedir. Bir donanım veya yazılım çözümünü seçme kriterleri performans ve verimliliktir. Örneğin, metni bir metin düzenleyicisine yazın veya bir tarayıcı kullanın.

Kişisel bilgisayarın temel donanım konfigürasyonu

Kişisel bilgisayar – evrensel teknik sistem. Onun yapılandırma (ekipman bileşimi) gerektiğinde esnek bir şekilde değiştirilebilir. Ancak bir kavram var temel yapılandırma tipik olarak kabul edilir, yani. minimum ekipman seti. Bilgisayar genellikle bu kitle birlikte gelir. Temel konfigürasyon kavramı farklılık gösterebilir. Şu anda temel konfigürasyonda değerlendiriliyor cihazları takip etmek(Şekil 2.1.):

Gelin parçalarına bir göz atalım.

Ana sayfaya teknik araçlar kişisel bilgisayar şunları içerir:

- sistem birimi;

- monitör (ekran);

- tuş takımı.

Ek olarak bilgisayarınıza bağlanabilirsiniz, örneğin:

- Yazıcı;

- fare;

- tarayıcı;

- modem (modülatör-demodülatör);

- çizici;

- joystick vb.

Sistem birimi

Sistem birimi, en önemli bileşenlerin kurulu olduğu ana birimdir. Sistem birimi (bkz. Şekil 2.2., 2.3.) bilgisayarın neredeyse tüm donanımının yer aldığı bir durumdur.

Sistem biriminin içinde bulunan cihazlara denir dahili, ve ona harici olarak bağlanan cihazlara denir harici. Harici ek cihazlar, olarak da adlandırılır Çevresel.

İç organizasyon sistem birimi:

· anakart;

· Sabit disk:

· disket sürücü;

· CD-ROM sürücüsü;

· video kartı (video bağdaştırıcısı);

· ses kartı;

· güç ünitesi.

Üzerinde bulunan sistemler anakart:

· VERİ DEPOSU;

· işlemci;

· ROM çipi ve BIOS sistemi;

· veri yolu arayüzleri vb.

Manyetik diskler, RAM'den farklı olarak bilgilerin kalıcı olarak depolanması için tasarlanmıştır.

PC'lerde kullanılan iki tür manyetik disk vardır:

· çıkarılamayan sabit disk (sabit sürücü);

· çıkarılabilir, esnek diskler (disketler).

Sabit disk, işte az çok kullanılan bilgilerin kalıcı olarak depolanması için tasarlanmıştır: işletim sistemi programları, programlama dillerinden derleyiciler, servis (bakım) programları, kullanıcı uygulama programları, metin belgeleri, veritabanı dosyaları vb. Sabit sürücü, erişim hızı, kapasite ve güvenilirlik açısından disketlerden önemli ölçüde üstündür.

3. Bilgisayar teknolojisi 1

3.1 Bilgisayar teknolojisinin gelişim tarihi 1

3.2 Bilgisayarları sınıflandırma yöntemleri 3

3.3 Diğer bilgisayar sınıflandırma türleri 5

3.4 Bilgi işlem sisteminin bileşimi 7

3.4.1 Donanım 7

3.4.2 Yazılım 7

3.5 Uygulama yazılımının sınıflandırılması 9

3.6 Yardımcı yazılımların sınıflandırılması 12

3.7 Bilgisayar sistemleri için bilgi kavramı ve matematiksel destek 13

3.8 Özetleme 13

1. Bilgisayar Mühendisliği

   1. Bilgisayar teknolojisinin gelişim tarihi

Bilgisayar sistemi, bilgisayar

İşin mekanizasyonu ve otomasyonu için araç ve yöntemler bulmak, teknik disiplinlerin ana görevlerinden biridir. Verilerle çalışmanın otomasyonunun kendine has özellikleri ve diğer iş türlerinin otomasyonundan farklılıkları vardır. Bu görev sınıfı için, çoğu elektronik cihaz olan özel tipte cihazlar kullanılır. Otomatik veya otomatik veri işleme için tasarlanmış bir dizi cihaza denir bilgisayar Teknolojisi, Bir çalışma alanına hizmet etmek üzere tasarlanmış, etkileşim halindeki belirli bir dizi cihaz ve programa ne ad verilir? bilgi işlem sistemi.Çoğu bilgisayar sisteminin merkezi cihazı bilgisayar.

Bilgisayar, verilerin oluşturulmasını, depolanmasını, işlenmesini ve taşınmasını otomatikleştirmek için tasarlanmış elektronik bir cihazdır.

Bilgisayar nasıl çalışır?

Bilgisayarı bir cihaz olarak tanımlarken tanımlayıcı özelliği belirttik - elektronik. Ancak otomatik hesaplamalar her zaman elektronik cihazlarla yapılmıyordu. Hesaplamaları otomatik olarak yapabilen mekanik cihazlar da bilinmektedir.

Analiz erken tarih bilgisayar teknolojisi, bazı yabancı araştırmacılar genellikle mekanik hesaplama cihazlarını bilgisayarın eski bir öncülü olarak adlandırıyor abaküs."Abaküsten" yaklaşımı derin bir metodolojik yanılgıya işaret ediyor, çünkü abaküs otomatik olarak hesaplama yapma özelliğine sahip değil, ancak bir bilgisayar için belirleyicidir.

Abaküs, ilk olarak içine sayıları temsil eden taşların yerleştirildiği oluklara sahip kil bir plaka olan en eski mekanik sayma cihazıdır. Abaküsün ortaya çıkışı M.Ö. 4. binyıla kadar uzanmaktadır. e. Menşe yeri Asya olarak kabul edilir. Orta Çağ'da Avrupa'da abaküs yerini grafikli tablolara bıraktı. Bunları kullanan hesaplamalar çağrıldı satırları saymak ve Rusya'da 16.-17. yüzyıllarda bugün hala kullanılan çok daha gelişmiş bir buluş ortaya çıktı - Rus abaküsü.

Aynı zamanda, hesaplamaları otomatik olarak gerçekleştirebilen başka bir cihaza da çok aşinayız - bir saat. Çalışma prensibi ne olursa olsun her türlü saat (kum saati, su saati, mekanik, elektrik, elektronik vb.) belirli aralıklarla hareket veya sinyal üretme ve ortaya çıkan değişiklikleri kaydetme, yani sinyallerin otomatik toplamını yapma özelliğine sahiptir. veya hareketler. Bu prensip, yalnızca bir kayıt cihazı içeren güneş saatlerinde bile görülebilir (bir jeneratörün rolü Dünya-Güneş sistemi tarafından gerçekleştirilir).

Mekanik saat, belirli aralıklarla hareketleri otomatik olarak gerçekleştiren bir cihaz ile bu hareketleri kaydeden bir cihazdan oluşan bir cihazdır. İlk mekanik saatlerin ortaya çıktığı yer bilinmiyor. En eski örnekler 14. yüzyıla tarihleniyor ve manastırlara ait. (kule saati).

Her modern bilgisayarın kalbinde olduğu gibi elektronik saat, yalanlar saat üreteci, Bir bilgisayar sistemindeki tüm cihazları çalıştırmak için kullanılan düzenli aralıklarla elektrik sinyalleri üretmek. Bir bilgisayarı kontrol etmek aslında sinyallerin cihazlar arasındaki dağılımını yönetmekten ibarettir. Bu tür bir kontrol otomatik olarak gerçekleştirilebilir (bu durumda programı kontrolü) veya harici kontrolleri (düğmeler, anahtarlar, atlama telleri vb.) kullanarak manuel olarak (eski modellerde). Modern bilgisayarlarda, harici kontrol, kontrol ve veri giriş cihazlarının (klavye, fare, joystick ve diğerleri) bağlı olduğu özel donanım-mantıksal arayüzler kullanılarak büyük ölçüde otomatikleştirilir. Program kontrolünün aksine, bu tür kontrole denir. etkileşimli.

Mekanik kaynaklar

Ekleme işlemini gerçekleştirmek için dünyanın ilk otomatik cihazı, mekanik bir saat temelinde oluşturuldu. 1623 yılında Tübingen Üniversitesi (Almanya) Doğu Dilleri Bölümünde profesör olan Wilhelm Schickard tarafından geliştirilmiştir. Günümüzde cihazın çalışma modeli çizimlerden çoğaltılmış ve işlevselliği doğrulanmıştır. Mucidin kendisi de mektuplarında makineyi "toplayan saat" olarak adlandırdı.

1642'de Fransız tamirci Blaise Pascal (1623-1662), dünyanın ilk seri üretilen mekanik hesap makinesi haline gelen (esas olarak Parisli tefecilerin ve para değiştiricilerin ihtiyaçları için) daha kompakt bir toplama cihazı geliştirdi. 1673 yılında Alman matematikçi ve filozof G. W. Leibniz (1646-1717), toplama ve çıkarma işlemlerini tekrar tekrar tekrarlayarak çarpma ve bölme işlemlerini gerçekleştirebilen mekanik bir hesap makinesi yarattı.

Aydınlanma Çağı olarak bilinen 18. yüzyılda yeni, daha gelişmiş modeller ortaya çıktı, ancak bilgisayar işlemlerinin mekanik kontrolü ilkesi aynı kaldı. Hesaplamalı işlemleri programlama fikri aynı saat endüstrisinden geldi. Antik manastır kulesinin saati, belirli bir zamanda çan sistemine bağlı bir mekanizmayı çalıştıracak şekilde ayarlanmıştı. Böyle bir programlama vardı zorlu - aynı operasyon aynı anda gerçekleştirildi.

Delikli kağıt bant kullanan mekanik cihazların esnek programlanması fikri ilk olarak 1804 yılında Jakar tezgahında hayata geçirildi. program kontrolü hesaplamalı işlemler.

Bu adım, seçkin İngiliz matematikçi ve mucit Charles Babbage (1792-1871) tarafından, maalesef mucidin yaşamı boyunca hiçbir zaman tam olarak inşa edilmediği, ancak çizimlerine göre günümüzde yeniden üretildiği Analitik Motorunda atılmıştır. bugün Analitik Motordan gerçekten var olan bir cihaz olarak bahsetme hakkına sahibiz. Analitik Motorun özel bir özelliği, ilk uygulayan olmasıdır. bilgiyi komutlara ve verilere bölme ilkesi. Analitik motor iki büyük ünite içeriyordu: bir “depo” ve bir “değirmen”. Veriler, dişli blokları takılarak "depo"nun mekanik hafızasına girildi ve ardından delikli kartlardan (Jakar tezgahında olduğu gibi) girilen komutlar kullanılarak "değirmende" işlendi.

Charles Babbage'ın çalışmasını araştıran araştırmacılar, ünlü şair Lord Byron'ın kızı Kontes Augusta Ada Lovelace'in (1815-1852) Analitik Motor projesinin geliştirilmesindeki özel rolüne kesinlikle dikkat çekiyorlar. Hesaplamalı işlemleri programlamak için delikli kartlar kullanma fikrini ortaya atan oydu (1843). Özellikle mektuplarından birinde şunu yazdı: "Analitik Motor, cebirsel desenleri, bir dokuma tezgahının çiçekleri ve yaprakları yeniden üretmesi gibi örüyor." Leydi Ada haklı olarak dünyanın ilk programcısı olarak adlandırılabilir. Bugün ünlü programlama dillerinden birine onun adı verilmiştir.

Charles Babbage'ın ayrı değerlendirme fikri takımlar Ve veri alışılmadık derecede verimli olduğu ortaya çıktı. 20. yüzyılda John von Neumann'ın (1941) ilkelerine göre geliştirilmiştir ve bugün ayrı değerlendirme ilkesinin hesaplanmasında geliştirilmiştir. programlar Ve veriçok önemli. Hem modern bilgisayarların mimarileri geliştirilirken hem de bilgisayar programları geliştirilirken dikkate alınır.

Matematiksel kaynaklar

Modern elektronik bilgisayarın ilk mekanik öncüllerinin hangi nesnelerle çalıştığını düşünürsek, sayıların ya zincir ve kremayer mekanizmalarının doğrusal hareketleri biçiminde ya da dişli ve kaldıraç mekanizmalarının açısal hareketleri biçiminde temsil edildiğini kabul etmeliyiz. . Her iki durumda da bunlar, cihazların boyutlarını ve çalışma hızlarını etkileyemeyen ancak etkileyemeyen hareketlerdi. Yalnızca hareketlerin kaydedilmesinden sinyal kaydedilmesine geçiş, boyutları önemli ölçüde azaltmayı ve performansı artırmayı mümkün kıldı. Ancak bu başarıya giden yolda birkaç önemli ilke ve kavramın daha tanıtılması gerekiyordu.

Leibniz ikili sistemi. Mekanik cihazlarda dişliler oldukça fazla sayıda sabit parçaya sahip olabilir ve en önemlisi aralarındaki fark hükümleri oluşturur. Bu tür konumların sayısı en az dişli dişlerinin sayısına eşittir. Elektrikte ve elektronik aletler Hakkında konuşuyoruz kayıtla ilgili değil hükümler yapısal elemanlar ve tescil hakkında eyaletler cihaz elemanları. O kadar istikrarlı ve ayırt edilebilir Yalnızca iki durum vardır: açık - kapalı; Açık - kapandı; şarjlı - deşarjlı vb. Bu nedenle mekanik hesap makinelerinde kullanılan geleneksel ondalık sistem, elektronik hesaplama cihazlarına sakıncalıdır.

Herhangi bir sayıyı (yalnızca sayıları değil) ikili rakamlarla temsil etme olasılığı ilk olarak 1666'da Gottfried Wilhelm Leibniz tarafından önerildi. İkili sayı sistemine felsefi birlik kavramını ve karşıtların mücadelesini araştırırken geldi. Evreni iki prensibin (“siyah” ve “beyaz”, erkek ve dişi, iyi ve kötü) sürekli etkileşimi biçiminde hayal etme ve “saf” matematiğin yöntemlerini kendi çalışmalarına uygulama çabası, Leibniz'i çalışmaya sevk etti. Verilerin ikili gösteriminin özellikleri. Leibniz'in bir bilgisayar cihazında ikili sistemin kullanılması olasılığını zaten düşündüğünü söylemek gerekir, ancak mekanik cihazlarda buna gerek olmadığından hesap makinesinde ikili sistemin ilkelerini kullanmadı (1673) .

George Boole'un matematiksel mantığı, George Boole'un çalışmalarından bahseden bilgisayar teknolojisi tarihi araştırmacıları, 19. yüzyılın ilk yarısının bu seçkin İngiliz bilim adamının kendi kendini yetiştirdiğini kesinlikle vurguluyor. Belki de George Boole'un bir bilim olarak mantığa devrim niteliğinde değişiklikler getirmesinin nedeni tam da (o dönemde anlaşıldığı şekliyle) "klasik" bir eğitimin olmayışıydı.

Düşünme yasalarını incelerken, matematiksel olana yakın bir mantık kuralları ve biçimsel gösterim sistemi uyguladı. Daha sonra bu sistem mantıksal cebir denir veya Boole cebiri. Bu sistemin kuralları çok çeşitli nesnelere ve bunların gruplarına uygulanabilir. (setler, yazarın terminolojisine göre). J. Boole tarafından tasarlandığı şekliyle sistemin temel amacı, mantıksal ifadeleri kodlamak ve mantıksal sonuçların yapılarını, form olarak matematiksel formüllere yakın basit ifadelere indirgemekti. Mantıksal bir ifadenin biçimsel değerlendirmesinin sonucu iki mantıksal değerden biridir: doğru veya yalan.

Mantıksal cebirin önemi, teknik ve yöntemlerinin o zamanın bilim ve teknolojisine pratik faydalar içermemesi nedeniyle uzun süre göz ardı edildi. Ancak elektronik temelde bilgisayar teknolojisi yaratmanın temel olasılığı ortaya çıktığında Boole'un sunduğu işlemlerin çok faydalı olduğu ortaya çıktı. Başlangıçta yalnızca iki varlıkla çalışmaya odaklandılar: doğru Ve yalan. Modern bilgisayarlarda da yalnızca iki sinyalle temsil edilen ikili kodla çalışmanın ne kadar yararlı olduğunu anlamak zor değil: sıfır Ve birim.

George Boole'un sisteminin tamamı (ya da önerdiği mantıksal işlemlerin tamamı) elektronik bilgisayarlar oluşturmak için kullanılmadı, ancak dört ana işlem kullanıldı: Ve (kavşak), VEYA (Birlik), OLUMSUZ (çekici) ve ÖZEL VEYA - modern bilgisayarlardaki her türlü işlemcinin çalışmasının temelini oluşturur.

Pirinç. 3.1. Mantıksal cebirin temel işlemleri

Bilgisayar ekipmanlarının sınıflandırılması

1. Donanım

Bir bilgi işlem sisteminin bileşimine konfigürasyon denir. Bilgisayar donanımı ve yazılımı genellikle ayrı ayrı ele alınır. Buna göre bilgi işlem sistemlerinin donanım konfigürasyonu ile yazılım konfigürasyonu ayrı ayrı ele alınır. Bu ayırma ilkesi bilgisayar bilimi için özellikle önemlidir, çünkü çoğu zaman aynı problemlerin çözümü hem donanım hem de yazılım tarafından sağlanabilmektedir. Bir donanım veya yazılım çözümünü seçme kriterleri performans ve verimliliktir. Genel olarak donanım çözümlerinin ortalama olarak daha pahalı olduğu kabul edilir, ancak uygulama Yazılım çözümleri daha yüksek vasıflı personel gerektirir.

İLE donanım Bilgi işlem sistemleri, bir donanım konfigürasyonunu oluşturan cihazları ve araçları içerir. Modern bilgisayarlar ve bilgi işlem sistemleri blok modüler bir tasarıma sahiptir - yürütme için gerekli donanım konfigürasyonu belirli türler hazır ünitelerden ve bloklardan birleştirilebilen çalışma.

Bir bilgi işlem sisteminin ana donanım bileşenleri şunlardır: sistem veri yolu ile birbirine bağlanan bellek, merkezi işlemci ve çevresel aygıtlar (Şekil 1.) Ana bellek, programları ve verileri ikili biçimde depolamak için tasarlanmıştır ve biçimde düzenlenmiştir. Her biri benzersiz bir dijital adrese sahip olan sıralı bir hücre dizisinden oluşur. Tipik olarak hücre boyutu 1 bayttır. Ana bellekteki tipik işlemler: belirli bir adrese sahip bir hücrenin içeriğini okumak ve yazmak.

2. Merkezi işlemci

Merkezi işlem birimi, bilgisayarın veri işleme işlemlerini gerçekleştiren ve bilgisayarın çevresel aygıtlarını kontrol eden merkezi birimidir. Merkezi işlemci şunları içerir:

Kontrol cihazı - programın yürütülmesi sürecini düzenler ve çalışması sırasında bilgisayar sisteminin tüm cihazlarının etkileşimini koordine eder;

Aritmetik-mantıksal birim - veriler üzerinde aritmetik ve mantıksal işlemler gerçekleştirir: toplama, çıkarma, çarpma, bölme, karşılaştırma vb.;

Depolama aygıtı - Dahili bellek kayıtlardan oluşan işlemci, kullanıldığında işlemci hesaplamaları yapar ve ara sonuçları saklar; RAM ile çalışmayı hızlandırmak için, sonraki işlemler için işlemci için gerekli olan RAM komutlarının ve verilerinin önceden pompalandığı önbellek kullanılır;

Saat üreteci - tüm bilgisayar düğümlerinin çalışmasını senkronize eden elektriksel darbeler üretir.

Merkezi işlemci, anahtar değişkenleri ve geçici sonuçları (dahili kayıtlar) depolamak için özel hücreleri kullanarak verilerle çeşitli işlemler gerçekleştirir. Kayıtlar iki türe ayrılır (Şekil 2.):

Genel amaçlı kayıtlar - önemli yerel değişkenlerin ve hesaplamaların ara sonuçlarının geçici olarak saklanması için kullanılır; veri kayıtlarını ve işaretçi kayıtlarını içerir; ana işlevi sağlamaktır hızlı erişim sık kullanılan verilere (genellikle hafıza erişimi olmadan).

Özel kayıtlar - işlemcinin çalışmasını kontrol etmek için kullanılır, bunlardan en önemlileri şunlardır: talimat kaydı, yığın işaretçisi, bayrak kaydı ve program durumu hakkında bilgi içeren kayıt.

Programcı, herhangi bir nesneyi (veri veya adresleri) geçici olarak saklamak ve bunlar üzerinde gerekli işlemleri gerçekleştirmek için kendi takdirine bağlı olarak veri kayıtlarını kullanabilir. Dizin kayıtları, veri kayıtları gibi herhangi bir şekilde kullanılabilir; temel amaçları, temel adresin başlangıcından itibaren veri ve talimatların indekslerini veya ofsetlerini depolamaktır (işlenenleri bellekten alırken). Temel adres, temel kayıtlarda olabilir.

Segment kayıtları, 16 bit işlenenler kullanılarak 20 bit adres alanının adreslenmesini sağlayan, işlemci mimarisinin kritik bir öğesidir. Ana bölüm kayıtları: CS - kod bölümü kaydı; DS - veri segmenti kaydı; SS yığın bölüm kaydıdır, ES ek bölüm kaydıdır. Belleğe, fiziksel adres alanının herhangi bir kısmına bindirilen mantıksal oluşumlar olan bölümler aracılığıyla erişilir. Segmentin 16'ya bölünen başlangıç ​​adresi (en az anlamlı onaltılık basamak olmadan) segment kayıtlarından birine girilir; sonrasında belirlenen segment adresinden başlayarak hafıza bölümüne erişim sağlanır.

Herhangi bir bellek hücresinin adresi, biri ilgili bölümün hafızasındaki konumunu, diğeri ise bu bölüm içindeki uzaklığı belirleyen iki kelimeden oluşur. Segmentin boyutu, içerdiği veri miktarına göre belirlenir ancak mümkün olan maksimum ofset değeriyle belirlenen 64 KB'ı asla aşamaz. Talimat bölümünün bölüm adresi CS kaydında saklanır ve adreslenen bayta olan uzaklık, IP talimat işaretçisi kaydında saklanır.

İncir. 2. 32 bit işlemci kayıtları

Programı yükledikten sonra programın ilk komutunun ofseti IP'ye girilir. Bellekten okuyan işlemci, IP içeriğini tam olarak bu talimatın uzunluğu kadar artırır (Intel işlemci talimatları 1 ila 6 bayt uzunluğa sahip olabilir), bunun sonucunda IP, programın ikinci talimatına işaret eder. . İlk komutu yürüttükten sonra işlemci ikinciyi bellekten okur ve yine IP değerini artırır. Sonuç olarak, IP her zaman bir sonraki komutun (yürütülmekte olan komutu takip eden komut) uzaklığını içerir. Açıklanan algoritma yalnızca atlama talimatları, alt program çağrıları ve kesme hizmetleri yürütülürken ihlal edilir.

Veri bölümünün bölüm adresi DS kaydında saklanır, ofset genel amaçlı kayıtlardan birinde olabilir. Ek bölüm kaydı ES, video arabelleği veya sistem hücreleri gibi programda bulunmayan veri alanlarına erişmek için kullanılır. Ancak gerekirse program segmentlerinden biri için yapılandırılabilir. Örneğin, bir program büyük miktarda veriyle çalışıyorsa, onlara iki segment sağlayabilir ve bunlardan birine DS kaydı aracılığıyla, diğerine ES kaydı aracılığıyla erişebilirsiniz.

Yığın işaretçisi kaydı SP, yığının tepesine işaretçi olarak kullanılır. Yığın, rastgele verilerin geçici olarak depolanmasına yönelik bir program alanıdır. Yığının rahatlığı, alanının tekrar tekrar kullanılması ve yığında veri depolamanın ve oradan almanın, isim belirtmeden push ve pop komutları kullanılarak gerçekleştirilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Yığın, geleneksel olarak bir altyordamı çağırmadan önce bir program tarafından kullanılan kayıtların içeriğini depolamak için kullanılır; bu da işlemci kayıtlarını kendi amaçları için kullanır. Altprogram döndükten sonra yazmaçların orijinal içerikleri yığından çıkarılır. Diğer bir yaygın teknik, ihtiyaç duyduğu parametreleri yığın aracılığıyla bir alt programa iletmektir. Parametrelerin yığına hangi sırayla yerleştirildiğini bilen alt program, bunları oradan alıp yürütme sırasında kullanabilir.

Yığın ayırt edici bir özelliği, içindeki verilerin alındığı benzersiz sıradır: herhangi bir zamanda, yığında yalnızca en üstteki öğe, yani yığına en son yüklenen öğe kullanılabilir. Yığından en üstteki öğeyi çıkarmak bir sonraki öğeyi kullanılabilir hale getirir. Yığın elemanları, yığının en altından başlayarak (maksimum adresinde) giderek azalan adreslerde yığına ayrılan bellek alanında bulunur. Üstteki erişilebilir elemanın adresi SP yığın işaretçisi kaydında saklanır.

Özel kayıtlar yalnızca ayrıcalıklı modda mevcuttur ve işletim sistemi tarafından kullanılır. Bilgisayar sistemindeki çeşitli önbellek bloklarını, ana belleği, giriş/çıkış aygıtlarını ve diğer aygıtları kontrol ederler.

Hem ayrıcalıklı hem de kullanıcı modlarında erişilebilen bir kayıt vardır. Bu, bayrak kaydı olarak adlandırılan PSW (Program Durumu Kelimesi) kaydıdır. Bayrak kaydı, merkezi işlemcinin ihtiyaç duyduğu çeşitli bitleri içerir, en önemlileri karşılaştırmalarda ve koşullu atlamalarda kullanılan koşul kodlarıdır. Bunlar, işlemcinin aritmetik-mantıksal biriminin her döngüsünde ayarlanır ve önceki işlemin sonucunun durumunu yansıtır. operasyon. Bayrak kaydının içeriği, bilgi işlem sisteminin türüne bağlıdır ve aşağıdakileri gösteren ek alanlar içerebilir: makine modu (örneğin, kullanıcı veya ayrıcalıklı); izleme biti (hata ayıklama için kullanılır); işlemci öncelik düzeyi; kesme etkinleştirme durumu. Bayrak kaydı genellikle kullanıcı modunda okunur, ancak bazı alanlar yalnızca ayrıcalıklı modda yazılabilir (örneğin, modu belirten bit).

Komut işaretçisi kaydı, yürütme kuyruğundaki bir sonraki komutun adresini içerir. Bellekten bir talimat seçildikten sonra talimat kaydı ayarlanır ve işaretçi bir sonraki talimata hareket eder. Talimat işaretçisi, programın yürütülmesinin ilerleyişini izler ve her anda yürütülmekte olan talimatın ardından gelen talimatın ilgili adresini gösterir. Kayda program aracılığıyla erişilemiyor; İçindeki adres artışı, mevcut talimatın uzunluğu dikkate alınarak mikroişlemci tarafından gerçekleştirilir. Atlama, kesme, alt programların çağrılması ve bunlardan geri dönüş komutları işaretçinin içeriğini değiştirerek programda gerekli noktalara geçiş sağlar.

Akümülatör kaydı talimatların büyük çoğunluğunda kullanılır. Bu kaydı kullanan sık kullanılan komutlar kısaltılmış bir formata sahiptir.

Bilgiyi işlemek için veriler genellikle bellek hücrelerinden genel amaçlı kayıtlara aktarılır ve bir işlem gerçekleştirilir. merkezi işlemci ve sonuçların ana belleğe aktarılması. Programlar, merkezi işlemci tarafından yürütülmesi gereken bir dizi makine talimatı olarak saklanır. Her komut bir işlem alanı ve işlenen alanlarından (işlemin gerçekleştirildiği veriler) oluşur. Bir dizi makine talimatına makine dili denir. Programlar aşağıdaki gibi yürütülür. Program sayacı tarafından işaret edilen makine talimatı bellekten okunur ve kodu çözülerek yürütüleceği talimat kaydına kopyalanır. Yürütüldükten sonra program sayacı bir sonraki komutu vb. işaret eder. Bu eylemlere makine döngüsü denir.

Çoğu merkezi işlemcinin iki çalışma modu vardır: işlemci durum sözcüğünde (bayrak kaydı) bir bit ile belirtilen çekirdek modu ve kullanıcı modu. İşlemci çekirdek modunda çalışıyorsa, komut setindeki tüm talimatları yürütebilir ve donanımın tüm yeteneklerini kullanabilir. İşletim sistemi çekirdek modunda çalışır ve tüm donanıma erişim sağlar. Kullanıcı programları, birçok komutun yürütülmesine izin veren ancak donanımın yalnızca bir kısmının kullanılabilir olmasını sağlayan kullanıcı modunda çalışır.

İşletim sistemiyle iletişim kurmak için bir kullanıcı programının çekirdek moduna giren ve işletim sistemi işlevlerini etkinleştiren bir sistem çağrısı yapması gerekir. Tuzak (benzetilmiş kesme) komutu, işlemcinin çalışma modunu kullanıcıdan çekirdek moduna geçirir ve kontrolü işletim sistemine aktarır. İşin tamamlanmasından sonra kontrol, sistem çağrısını takiben kullanıcı programına, komuta geri döner.

Bilgisayarlarda, sistem çağrılarını yürütme talimatlarına ek olarak, sıfıra bölme girişimi veya kayan nokta taşması gibi istisnai durumlara karşı uyarmak için donanım tarafından çağrılan kesintiler vardır. Tüm bu durumlarda kontrol, daha sonra ne yapılacağına karar vermesi gereken işletim sistemine geçer. Bazen programı bir hata mesajıyla sonlandırmanız gerekir, bazen bunu görmezden gelebilirsiniz (örneğin, bir sayı önemini kaybederse sıfıra ayarlanabilir) veya belirli türdeki koşulları ele almak için kontrolü programın kendisine aktarabilirsiniz.

Cihazların merkezi işlemciye göre düzenine göre dahili ve harici cihazlar ayırt edilir. Harici, kural olarak çoğu giriş/çıkış cihazıdır (çevresel cihazlar olarak da adlandırılır) ve bazı cihazlar uzun vadeli veri depolama için tasarlanmıştır.

Bireysel düğümler ve bloklar arasındaki koordinasyon, donanım arayüzleri adı verilen geçişli donanım-mantıksal cihazlar kullanılarak gerçekleştirilir. Bilgi işlemdeki donanım arayüzleri standartlarına protokoller denir - cihaz geliştiricilerinin işlemlerini diğer cihazlarla başarılı bir şekilde koordine etmek için sağlaması gereken bir dizi teknik koşul.

Herhangi bir bilgi işlem sisteminin mimarisinde bulunan çok sayıda arayüz iki büyük gruba ayrılabilir: seri ve paralel. Seri bir arayüz aracılığıyla veriler sırayla, bitler halinde ve paralel bir arayüz aracılığıyla aynı anda bit grupları halinde iletilir. Bir mesajda yer alan bitlerin sayısı arayüz genişliği tarafından belirlenir; örneğin, sekiz bitlik paralel arayüzler döngü başına bir bayt (8 bit) iletir.

Paralel arayüzler genellikle seri arayüzlerden daha karmaşıktır ancak daha yüksek performans sağlar. Veri aktarım hızının önemli olduğu yerlerde kullanılırlar: yazdırma aygıtlarını, grafik giriş aygıtlarını, harici ortama veri kaydetme aygıtlarını vb. bağlamak için. Paralel arayüzlerin performansı saniye başına bayt cinsinden ölçülür (bayt/s; KB/s; MB/s).

Cihaz seri arayüzler Daha kolay; kural olarak, verici ve alıcı cihazların çalışmasını senkronize etmelerine gerek yoktur (bu nedenle bunlara genellikle asenkron arayüzler denir), ancak verimleri daha azdır ve katsayı yararlı eylem altında. Seri cihazlar üzerinden veri alışverişi baytlarla değil bitlerle gerçekleştirildiğinden performansları saniye başına bit (bps, Kbps, Mbps) cinsinden ölçülür. Seri iletim hız birimlerinin mekanik olarak 8'e bölünerek paralel veri aktarım hızı birimlerine dönüştürülmesinin görünürdeki basitliğine rağmen, servis verilerinin varlığından dolayı doğru olmadığı için böyle bir dönüştürme yapılmamaktadır. Son çare olarak, hizmet verilerine göre ayarlandığında, bazen seri cihazların hızı saniyedeki karakter veya saniyedeki karakter (s/s) cinsinden ifade edilir, ancak bu değer teknik değil, referans niteliğinde, tüketici niteliğindedir.

Seri arayüzler, yavaş cihazları (en basit düşük kaliteli yazdırma cihazları: karakter ve sinyal bilgilerinin girişi ve çıkışı için cihazlar, kontrol sensörleri, düşük performanslı iletişim cihazları vb.) ve ayrıca veri alışverişinin süresine ilişkin önemli kısıtlamalar (dijital kameralar).

Bilgisayarın ikinci ana bileşeni bellektir. Bellek sistemi, katmanların hiyerarşisi şeklinde inşa edilmiştir (Şekil 3.). Üst katman, merkezi işlemcinin dahili kayıtlarından oluşur. Dahili kayıtlar, 32 bit işlemcide 32 x 32 bit ve 64 bit işlemcide 64 x 64 bit depolama kapasitesi sağlar; bu, her iki durumda da bir kilobayttan azdır. Programların kendisi, donanım müdahalesi olmadan kayıtları yönetebilir (yani, içlerinde ne depolanacağına karar verebilir).

Şek. 3. Tipik hiyerarşik yapı hafıza

Bir sonraki katman, esas olarak donanım tarafından kontrol edilen önbelleği içerir. RAM, sıfır satırında 0'dan 63'e kadar, birinci satırda 64'ten 127'ye kadar adreslerle, genellikle 64 baytlık önbellek satırlarına bölünmüştür. En sık kullanılan önbellek hatları, CPU'nun içinde veya çok yakınında bulunan yüksek hızlı önbellekte saklanır. Bir programın bellekten bir kelime okuması gerektiğinde, önbellek çipi istenen satırın önbellekte olup olmadığını kontrol eder. Böyle bir durumda önbelleğe etkili bir erişim sağlanır, istek tamamen önbellekten karşılanır ve bellek isteği veri yoluna gönderilmez. Başarılı bir önbellek erişimi genellikle yaklaşık iki saat döngüsü sürerken, başarısız bir önbellek erişimi, önemli bir zaman kaybına neden olan belleğe erişimle sonuçlanır. Yüksek maliyeti nedeniyle önbellek boyutu sınırlıdır. Bazı makinelerde, her biri bir öncekinden daha yavaş ve daha büyük olan iki veya üç düzeyde önbellek bulunur.

Daha sonra RAM gelir (RAM - rastgele erişim belleği, İngilizce RAM, Rasgele Erişim Belleği - rastgele erişim belleği). Bu, bilgi işlem sisteminin depolama aygıtının ana çalışma alanıdır. Önbellek tarafından karşılanamayan tüm CPU istekleri işlenmek üzere ana belleğe gönderilir. Bir bilgisayarda birden fazla program çalıştırırken, karmaşık programların RAM'e yerleştirilmesi tavsiye edilir. Programların birbirlerinden korunması ve belleğe taşınması, bilgisayarın iki özel kayıt cihazıyla donatılmasıyla gerçekleştirilir: temel kayıt ve limit kayıt.

En basit durumda (Şekil 4.a), program çalışmaya başladığında, temel kayıt, çalıştırılabilir program modülünün başlangıcının adresiyle yüklenir ve limit kaydı, çalıştırılabilir program modülünün programla birlikte ne kadar yer kapladığını gösterir. veri. Donanım, bellekten bir komut alırken program sayacını kontrol eder ve limit yazmacından küçükse temel yazmacın değerini buna ekler ve toplamı belleğe aktarır. Bir program bir kelimelik veri okumak istediğinde (örneğin, 10000 adresinden), donanım otomatik olarak temel yazmacın içeriğini (örneğin, 50000) bu adrese ekler ve toplamı (60000) belleğe aktarır. Temel kayıt, bir programın, içinde saklanan adresi takip ederek belleğin herhangi bir bölümüne referans vermesine olanak tanır. Ayrıca limit yazmacı programın program sonrasında belleğin herhangi bir bölümüne erişmesini engeller. Böylece, bu planın yardımıyla her iki sorun da çözülür: programların korunması ve taşınması.

Veri doğrulama ve dönüştürme sonucunda program tarafından oluşturulan ve sanal adres adı verilen adres, hafızanın kullandığı ve fiziksel adres adı verilen bir adrese çevrilir. Kontrolü ve dönüşümü gerçekleştiren cihaza hafıza yönetim birimi veya hafıza yöneticisi (MMU, Memory Management Unit) adı verilir. Bellek yöneticisi işlemci devresinde veya ona yakın bir yerde bulunur ancak mantıksal olarak işlemci ile bellek arasında bulunur.

Daha karmaşık bir bellek yöneticisi iki çift temel ve limit yazmacından oluşur. Bir çift program metni içindir, diğer çift ise veri içindir. Komut kaydı ve program metnine yapılan tüm referanslar ilk kayıt çiftiyle çalışır; verilere yapılan referanslar ikinci kayıt çiftini kullanır. Bu mekanizma sayesinde, basit bir şemanın dışında bırakılan programın yalnızca bir kopyasını RAM'de saklarken, bir programın birkaç kullanıcı arasında paylaşılması mümkün hale gelir. 1 numaralı program çalışırken, dört kayıt Şekil 4 (b)'de gösterildiği gibi solda, 2 numaralı program çalışırken sağda bulunur. Bellek yöneticisini yönetmek işletim sisteminin bir işlevidir.

Bellek yapısında bir sonraki sırada manyetik disk (sabit disk) bulunur. Disk belleği, bit başına RAM'den iki kat daha ucuzdur ve boyutu daha büyüktür, ancak diskte bulunan verilere erişim yaklaşık üç kat daha uzun sürer. Sabit diskin hızının yavaş olmasının nedeni, sürücünün mekanik bir yapıda olmasıdır. Sabit sürücü, 5400, 7200 veya 10800 rpm hızında dönen bir veya daha fazla metal plakadan oluşur (Şekil 5.). Bilgiler eşmerkezli daireler şeklinde plakalara kaydedilir. Verilen her konumdaki okuma/yazma kafaları, plaka üzerinde iz adı verilen bir halkayı okuyabilir. Belirli bir çatal konumu için paletler birlikte bir silindir oluşturur.

Her parça, genellikle sektör başına 512 bayt olacak şekilde bir dizi sektöre bölünmüştür. Açık modern sürücüler dış silindirler iç silindirlerden daha fazla sektör içerir. Bir kafanın bir silindirden diğerine taşınması yaklaşık 1 ms sürer ve sürücüye bağlı olarak rastgele bir silindire taşınması 5 ila 10 ms sürer. Kafa istenen parçanın üzerine yerleştirildiğinde, gerekli sektör kafanın altında olacak şekilde motor diski döndürene kadar beklemeniz gerekir. Bu, diskin dönüş hızına bağlı olarak ilave 5 ila 10 ms sürer. Bir sektör başlığın altında olduğunda, okuma veya yazma işlemi 5 MB/s (düşük hızlı sürücüler için) ila 160 MB/s (yüksek hızlı sürücüler için) arasında değişen hızlarda gerçekleşir.

Son katman manyetik bantla kaplıdır. Bu ortam genellikle oluşturmak için kullanıldı yedek kopyalar sabit disk alanı veya depolama büyük setler veri. Bilgiye erişmek için bant manyetik bant okuyucuya yerleştirildi ve ardından istenen bilgi bloğuna geri sarıldı. Tüm süreç dakikalar sürdü. Açıklanan bellek hiyerarşisi tipiktir ancak bazı düzenlemelerde bunların tüm seviyeleri veya diğer türleri mevcut olmayabilir (örneğin bir optik disk). Her durumda, hiyerarşide yukarıdan aşağıya doğru ilerledikçe, rastgele erişim süresi cihazdan cihaza önemli ölçüde artar ve kapasite, erişim süresine eşit oranda artar.

Yukarıda açıklanan türlere ek olarak birçok bilgisayarda, bilgisayar sistemi kapatıldığında içeriğini kaybetmeyen salt okunur rastgele erişim belleği (ROM, Salt Okunur Bellek) bulunur. ROM üretim sırasında programlanır ve içeriği bundan sonra değiştirilemez. Bazı bilgisayarlarda ROM, bilgisayarı başlatmak için kullanılan önyükleme programlarını ve düşük düzeyli aygıtları denetlemek için bazı G/Ç kartlarını içerir.

Elektriksel olarak silinebilir ROM (EEPROM, Electrically Erasable ROM) ve flash RAM (flash RAM) de kalıcıdır ancak ROM'dan farklı olarak içerikleri silinebilir ve yeniden yazılabilir. Ancak bunlara veri yazmak, RAM'e yazmaktan çok daha uzun sürer. Bu nedenle ROM'larla tamamen aynı şekilde kullanılırlar.

Başka bir bellek türü daha vardır - geçici olan ve geçerli tarihi ve geçerli saati saklamak için kullanılan CMOS belleği. Bellek, bilgisayara yerleşik bir pil tarafından çalıştırılır ve yapılandırma parametrelerini içerebilir (örneğin, hangi sabit sürücüden önyükleme yapılacağını gösteren).

3. G/Ç aygıtları

İşletim sistemiyle yakından etkileşime giren diğer aygıtlar, iki parçadan oluşan giriş/çıkış aygıtlarıdır: denetleyici ve aygıtın kendisi. Denetleyici, işletim sisteminden komutları alan ve yürüten, bir konektöre yerleştirilmiş bir kart üzerindeki bir mikro devredir (yonga seti).

Örneğin denetleyici, diskten belirli bir sektörü okumak için bir komut alır. Komutu yürütmek için denetleyici, disk sektörünün doğrusal sayısını silindir, sektör ve kafa sayısına dönüştürür. Dönüştürme işlemi, dış silindirlerin iç silindirlerden daha fazla sektöre sahip olabilmesi nedeniyle karmaşık hale gelir. Kontrolör daha sonra hangi silindirin yukarıda bulunduğunu belirler şu an kafayı gerekli sayıda silindire hareket ettirmek için bir dizi darbe verir. Bundan sonra kontrolör, gerekli sektörü başın altına yerleştirerek diskin dönmesini bekler. Daha sonra diskten gelen bitlerin okunması ve saklanması işlemleri, başlığın çıkarılması ve hesaplanması işlemleri sağlama toplamı. Daha sonra kontrolör alınan bitleri kelimeler halinde toplar ve bunları hafızada saklar. Bu işi gerçekleştirmek için denetleyicilerde yerleşik ürün yazılımı bulunur.

I/O cihazının kendisi, birleşik IDE standardıyla (IDE, Integrated Drive Electronics - yerleşik sürücü arayüzü) uyumlu olması gereken basit bir arayüze sahiptir. Cihaz arayüzü denetleyici tarafından gizlendiğinden, işletim sistemi yalnızca denetleyici arayüzünü görür ve bu, cihaz arayüzünden farklı olabilir.

Kontrolörler için farklı cihazlar G/Ç aygıtları birbirinden farklıdır, dolayısıyla bunları yönetmek için uygun yazılıma (sürücülere) ihtiyacınız vardır. Bu nedenle her denetleyici üreticisinin desteklediği denetleyiciler için sürücüleri sağlaması gerekir. işletim sistemleri. Sürücüyü işletim sistemine kurmanın üç yolu vardır:

Çekirdeği yeni bir sürücüyle yeniden oluşturun ve ardından sistemi yeniden başlatın; birçok UNIX sistemi bu şekilde çalışır;

İşletim sisteminde bulunan dosyada bir sürücünün gerekli olduğunu belirten bir giriş oluşturun ve sistemi yeniden başlatın; ilk önyükleme sırasında işletim sistemi bulacaktır. gerekli sürücü ve indirin; Windows işletim sistemi şu şekilde çalışır;

Yeni sürücüleri kabul edin ve bunları işletim sistemi çalışırken kullanarak hızlı bir şekilde yükleyin; Bu yöntem, her zaman dinamik olarak yüklenmiş sürücüler gerektiren USB ve IEEE 1394 çıkarılabilir veri yolları tarafından kullanılır.

Her denetleyiciyle iletişim için belirli kayıtlar vardır. Örneğin, minimal bir disk denetleyicisi, disk adresini, bellek adresini, sektör numarasını ve işlem yönünü (okuma veya yazma) belirtmek için kayıtlara sahip olabilir. Denetleyiciyi etkinleştirmek için sürücü, işletim sisteminden bir komut alır ve ardından bunu cihaz kayıtlarına yazmaya uygun değerlere çevirir.

Bazı bilgisayarlarda, G/Ç aygıt kayıtları işletim sisteminin adres alanına eşlenir, böylece bellekteki sıradan sözcükler gibi okunabilir veya yazılabilirler. Kullanıcı programlarını donanımdan korumak için (örneğin, temel ve limit kayıtları kullanılarak) kayıt adresleri RAM'e kullanıcı programlarının erişemeyeceği bir yere yerleştirilir.

Diğer bilgisayarlarda aygıt kayıtları özel G/Ç bağlantı noktalarında bulunur ve her kaydın kendi bağlantı noktası adresi vardır. Bu tür makinelerde, sürücülerin kayıtları okumasına ve yazmasına olanak tanıyan IN ve OUT komutları ayrıcalıklı modda mevcuttur. İlk şema, özel G/Ç talimatlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır ancak bir miktar adres alanı kullanır. İkinci şema adres alanını etkilemez ancak özel komutlar gerektirir. Her iki şema da yaygın olarak kullanılmaktadır. Veri girişi ve çıkışı üç şekilde gerçekleştirilir.

1. Kullanıcı programı, çekirdeğin ilgili sürücü için bir prosedür çağrısına dönüştürdüğü bir sistem isteği yayınlar. Sürücü daha sonra G/Ç işlemini başlatır. Bu süre boyunca sürücü çok kısa bir program döngüsü yürütür ve sürekli olarak birlikte çalıştığı cihazın hazır olup olmadığını sorgular (genellikle cihazın hala meşgul olduğunu gösteren bir bit vardır). G/Ç işlemi tamamlandığında sürücü, verileri ihtiyaç duyulan yere yerleştirir ve başlangıç ​​durumu. İşletim sistemi daha sonra kontrolü çağrıyı yapan programa verir. Bu yönteme hazır bekleme veya aktif bekleme adı verilir ve bir dezavantajı vardır: İşlemci, işini tamamlayana kadar cihazı yoklamak zorundadır.

2. Sürücü aygıtı başlatır ve G/Ç tamamlandığında aygıttan bir kesinti vermesini ister. Bundan sonra sürücü verileri döndürür, işletim sistemi gerekirse çağıran programı engeller ve diğer görevleri gerçekleştirmeye başlar. Denetleyici bir veri aktarımının sonunu algıladığında, işlemin tamamlandığını bildirmek için bir kesme oluşturur. Girdi-çıktıyı uygulama mekanizması şu şekilde gerçekleşir (Şekil 6.a):

Adım 1: sürücü, aygıtın kayıtlarına bilgi yazarak komutu denetleyiciye iletir; Denetleyici G/Ç cihazını başlatır.

Adım 2: Okumayı veya yazmayı bitirdikten sonra denetleyici, kesme denetleyici çipine bir sinyal gönderir.

Adım 3: Eğer kesme denetleyicisi bir kesmeyi almaya hazırsa, CPU'nun belirli bir pinine bir sinyal gönderir.

Adım 4: Kesme denetleyicisi, CPU'nun okuyabilmesi ve hangi aygıtın işini tamamladığını bilmesi için G/Ç aygıt numarasını veri yoluna yerleştirir. CPU bir kesinti aldığında, program sayacının (PC) ve işlemci durum sözcüğünün (PSW) içeriği geçerli yığına aktarılır ve işlemci ayrıcalıklı moda (işletim sistemi çekirdek modu) geçer. G/Ç cihaz numarası, kesme işleyicisinin adresini bulmak için kullanılan hafızanın bir kısmına indeks olarak kullanılabilir. bu cihazın. Belleğin bu kısmına kesme vektörü denir. Kesme işleyicisi (aygıt sürücüsünün kesmeyi gönderen kısmı) çalışmaya başladığında, yığında bulunan program sayacını ve işlemci durum kelimesini kaldırır, bunları saklar ve durumu hakkında bilgi almak için cihazı sorgular. Kesinti işlemi tamamlandıktan sonra kontrol, daha önce çalışmakta olan kullanıcı programına, yürütülmesi henüz tamamlanmayan komuta geri döner (Şekil 6 b).

3.Bilgi girişi ve çıkışı için, merkezi işlemcinin sürekli müdahalesi olmadan RAM ile bazı denetleyiciler arasındaki bit akışını kontrol eden bir doğrudan bellek erişim denetleyicisi (DMA, Doğrudan Bellek Erişimi) kullanılır. İşlemci DMA çipini çağırır, ona kaç bayt aktarılacağını söyler, cihaz ve bellek adreslerini ve veri aktarımının yönünü sağlar ve çipin kendi işini yapmasına izin verir. Tamamlamanın ardından DMA, uygun şekilde ele alınan bir kesme yayınlar.

Kesintiler, başka bir kesinti işlenirken olduğu gibi uygun olmayan zamanlarda meydana gelebilir. Bu nedenle CPU, kesintileri devre dışı bırakma ve daha sonra etkinleştirme yeteneğine sahiptir. Kesmeler devre dışı iken, işini tamamlayan tüm cihazlar sinyal göndermeye devam eder ancak kesmeler etkinleştirilene kadar işlemci kesintiye uğramaz. Kesmeler devre dışıyken birden fazla cihaz aynı anda çıkarsa, kesme denetleyicisi genellikle her cihaza atanan statik önceliklere dayanarak hangisinin önce işlenmesi gerektiğine karar verir.

Pentium bilgisayar sisteminde sekiz veri yolu vardır (önbellek veri yolu, yerel veri yolu, bellek veri yolu, PCI, SCSI, USB, IDE ve ISA). Her veri yolunun kendine ait veri aktarım hızı ve işlevleri vardır. İşletim sistemi, bilgisayarı yönetmek ve yapılandırmak için tüm veri yolları hakkında bilgi içermelidir.

ISA veri yolu (Endüstri Standardı Mimarisi) - ilk olarak IBM PC/AT bilgisayarlarında ortaya çıktı, 8,33 MHz'de çalışıyor ve saat döngüsü başına iki baytı maksimum 16,67 MB/s hızla aktarabiliyor; eski yavaş I/O kartlarıyla geriye dönük uyumluluk sağlamak amacıyla sisteme dahil edilmiştir.

Intel tarafından ISA veri yolunun devamı olarak oluşturulan PCI veri yolu (Çevre Birimi Bileşen Bağlantısı), 66 MHz frekansında çalışabilir ve 528 MB/s hızında saat başına 8 bayt aktarabilir. Şu anda PCI veri yolları Birçok G/Ç kartı uyumlu olduğundan, çoğu yüksek hızlı G/Ç cihazının yanı sıra Intel olmayan işlemcilere sahip bilgisayarları da kullanın.

Pentium sistemindeki yerel veri yolu, CPU tarafından, genellikle 100 MHz'de çalışan özel bir bellek veriyolu üzerindeki belleğe erişen PCI köprü yongasına veri aktarmak için kullanılır.

Pentium sistemlerinde işlemcide yerleşik bir birinci düzey önbellek (L1 önbellek) ve büyük bir harici ikinci düzey önbellek (L2 önbellek) olduğundan, önbellek veri yolu harici önbelleği bağlamak için kullanılır.

IDE veri yolu çevresel aygıtları bağlamak için kullanılır: diskler ve CD-ROM okuyucular. Veri yolu, PC/AT disk denetleyici arayüzünün soyundan gelir ve şu anda Pentium işlemcileri temel alan tüm sistemlerde standarttır.

USB veri yolu (Evrensel Seri Veri Yolu, evrensel seri veri yolu), yavaş giriş/çıkış aygıtlarını (klavye, fare) bir bilgisayara bağlamak için tasarlanmıştır. USB aygıtlarına güç sağlayan iki telli dört telli küçük bir konektör kullanır.

USB veri yolu, ana cihazın, üzerinde veri olup olmadığını görmek için her milisaniyede bir G/Ç cihazlarını yokladığı merkezi bir veri yoludur. Veri indirmelerini 1,5 MB/s hızında yönetebilir. Tüm USB aygıtları aynı sürücüyü kullanır, böylece sistemi yeniden başlatmadan sisteme bağlanabilirler.

SCSI veri yolu (Küçük Bilgisayar Sistemi Arayüzü), hızlı diskler, tarayıcılar ve önemli bant genişliği gerektiren diğer cihazlar için kullanılan yüksek performanslı bir veri yoludur. Performansı 160 MB/s'ye ulaşıyor. SCSI veri yolu, Macintosh sistemlerinde kullanılır ve UNIX sistemlerinde ve Intel işlemcileri temel alan diğer sistemlerde popülerdir.

IEEE 1394 veri yolu (FireWire), bit serili bir veri yoludur ve 50 MB/s'ye varan hızlarda paket veri aktarımını destekler. Bu özellik, taşınabilir dijital video kameraları ve diğer multimedya aygıtlarını bilgisayarınıza bağlamanıza olanak tanır. Lastiğin aksine USB veri yolu IEEE 1394'ün merkezi bir denetleyicisi yoktur.

İşletim sistemi donanım bileşenlerini tanıyabilmeli ve bunları yapılandırabilmelidir. Bu gereksinim yol açtı Intel ve Microsoft'un tak ve çalıştır adı verilen kişisel bilgisayar sistemini geliştirmesi. Bu sistemden önce, her bir G/Ç kartının sabit G/Ç kayıt adresleri ve bir kesme isteği seviyesi vardı. Örneğin, klavye kesme 1'i ve 0x60 ila 0x64 aralığındaki adresleri kullandı; Disket denetleyicisi kesme 6'yı kullandı ve 0x3F0 ile 0x3F7 arasındaki adresleri kullandı; yazıcı kesme 7'yi ve 0x378'den 0x37A'ya kadar olan adresleri kullandı.

Kullanıcı satın aldıysa ses kartı ve modem, bu cihazların yanlışlıkla aynı kesmeyi kullanması oldu. Bir çakışma olduğu için cihazlar birlikte çalışamadı. Olası çözüm Her panele bir dizi DIP anahtarı (jumper) oluşturmak ve her kartı, farklı cihazların bağlantı noktası adresleri ve kesme numaralarının birbiriyle çakışmayacağı şekilde yapılandırmaktı.

Tak ve çalıştır, işletim sisteminin G/Ç aygıtları hakkında otomatik olarak bilgi toplamasına, merkezi olarak kesme düzeyleri ve G/Ç adresleri atamasına ve ardından bu bilgileri her karta iletmesine olanak tanır. Bu sistem Pentium bilgisayarlarda çalışır. Her bilgisayar ile Pentium işlemci programın bulunduğu anakartı içerir - BIOS sistemi (Temel Giriş Çıkış Sistemi). BIOS, klavyeden okuma, bilgileri ekranda görüntüleme, diskteki G/Ç verileri vb. prosedürlerini içeren düşük seviyeli G/Ç programlarını içerir.

Bilgisayar başlatıldığında, sistemde yüklü olan RAM miktarını, klavyenin ve diğer ana cihazların bağlantısını ve doğru çalışmasını kontrol eden BIOS sistemi başlar. Daha sonra BIOS, ISA ve PCI veri yollarını ve bunlara bağlı tüm aygıtları kontrol eder. Bu cihazlardan bazıları gelenekseldir (önceden tak ve çalıştır). Sabit kesinti düzeyleri ve G/Ç bağlantı noktası adresleri vardır (örneğin, G/Ç kartındaki anahtarlar veya atlama telleri kullanılarak ayarlanır ve işletim sistemi tarafından değiştirilemez). Bu cihazlar kaydedilir, ardından tak ve çalıştır cihazlar kaydedilir. Mevcut cihazlar son önyükleme sırasında mevcut olanlardan farklıysa yeni cihazlar yapılandırılır.

BIOS daha sonra CMOS belleğinde saklanan listelerin her birini sırayla deneyerek hangi aygıttan önyükleme yapılacağını belirler. Kullanıcı, önyüklemeden hemen sonra BIOS yapılandırma programına girerek bu listeyi değiştirebilir. Tipik olarak, ilk önce disketten önyükleme yapmayı deneyecektir. Bu başarısız olursa, CD denenir. Bilgisayarınızda hem disket hem de CD yoksa sistem sabit diskten önyükleme yapar. İlk sektör, önyükleme aygıtından belleğe okunur ve yürütülür. Bu sektör, hangi bölümün etkin olduğunu belirlemek için önyükleme sektörünün sonundaki bölüm tablosunu kontrol eden bir program içerir. İkincil önyükleyici daha sonra aynı bölümden okunur. İşletim sistemini aktif bölümden okur ve başlatır.

İşletim sistemi daha sonra bilgisayarın yapılandırması hakkında bilgi almak için BIOS'u yoklar ve her aygıt için bir sürücünün varlığını kontrol eder. Sürücü eksikse, işletim sistemi kullanıcıdan sürücüyü içeren bir disket veya CD yerleştirmesini ister (bu diskler aygıt üreticisi tarafından sağlanır). Tüm sürücüler yerindeyse, işletim sistemi bunları çekirdeğe yükler. Daha sonra sürücü tablolarını başlatır, gerekli arka plan işlemlerini oluşturur ve parola giriş programını çalıştırır veya GUI her terminalde.

5. Bilgisayar teknolojisinin gelişim tarihi

IBM uyumlu tüm kişisel bilgisayarlar Intel uyumlu işlemcilerle donatılmıştır. Intel ailesine ait mikroişlemcilerin gelişim tarihçesi kısaca aşağıdaki gibidir. Intel'in ilk evrensel mikroişlemcisi 1970 yılında ortaya çıktı. Intel 4004 olarak adlandırıldı, dört bitti ve dört bitlik sözcükleri girme/çıkartma ve işleme yeteneğine sahipti. Hızı saniyede 8000 işlemdi. Intel 4004 mikroişlemci, 4 KB bellek boyutuna sahip programlanabilir hesap makinelerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Üç yıl sonra Intel, halihazırda 16 bitlik aritmetik işlemleri gerçekleştirebilen, 16 bitlik bir adres veriyoluna sahip olan ve bu nedenle 64 KB'a kadar belleği (2,516 0 = 65536) adresleyebilen 8080 işlemcisini piyasaya sürdü. 1978, kelime boyutu 16 bit (iki bayt), 20 bit veri yolu olan ve bloklara bölünmüş 1 MB bellek (2 520 0 = 1048576 veya 1024 KB) ile çalışabilen 8086 işlemcinin piyasaya sürülmesiyle işaretlendi. (bölümler) her biri 64 KB. 8086 işlemci, IBM PC ve IBM PC/XT ile uyumlu bilgisayarlara dahil edildi. Yeni mikroişlemcilerin geliştirilmesindeki bir sonraki büyük adım, 1982'de ortaya çıkan 8028b işlemciydi. 24 bitlik bir adres veriyoluna sahipti, 16 megabaytlık adres alanını yönetebiliyordu ve IBM PC/AT ile uyumlu bilgisayarlara kuruluydu. Ekim 1985'te, 32 bit adres veriyoluyla (maksimum adres alanı 4 GB) 80386DX piyasaya sürüldü ve Haziran 1988'de, 80386DX'ten daha ucuz olan ve 24 bit adres veriyoluna sahip olan 80386SX piyasaya sürüldü. Daha sonra Nisan 1989'da 80486DX mikroişlemci ortaya çıktı ve Mayıs 1993'te Pentium işlemcinin ilk sürümü ortaya çıktı (her ikisi de 32 bit adres veriyoluna sahip).

Mayıs 1995'te Moskova'da düzenlenen uluslararası Comtec-95 fuarında Intel şunları sundu: yeni işlemci-P6.

P6'nın geliştirilmesi sırasında belirlenen en önemli hedeflerden biri Pentium işlemcinin performansını iki katına çıkarmaktı. Aynı zamanda, P6'nın ilk versiyonlarının üretimi, halihazırda hata ayıklanmış "Intel" e göre gerçekleştirilecek ve üretimde kullanılacak. en son sürümler Pentium yarı iletken teknolojisi (0,6 mikron, 3,3 V).

Aynı üretim sürecinin kullanılması, P6'nın büyük sorunlar olmadan seri üretilebilmesini sağlar. Ancak bu, performansı iki katına çıkarmanın yalnızca işlemci mikro mimarisindeki kapsamlı iyileştirmeler yoluyla elde edilebileceği anlamına gelir. P6 mikro mimarisi, çeşitli mimari tekniklerin dikkatlice düşünülmüş ve ayarlanmış bir kombinasyonu kullanılarak tasarlanmıştır. Bunlardan bir kısmı daha önce büyük bilgisayarların işlemcilerinde test edilmiş, bir kısmı akademik kurumlar tarafından önerilmiş, bir kısmı da Intel mühendisleri tarafından geliştirilmişti. Intel'in "dinamik uygulama" olarak adlandırdığı mimari özelliklerin bu benzersiz birleşimi, ilk P6 kalıplarının başlangıçta planlanan performans seviyelerini aşmasına olanak tanıdı.

X86 ailesinin alternatif Intel işlemcileriyle karşılaştırıldığında, P6 mikro mimarisinin NexGen'in Nx586 ve AMD'nin K5 işlemcilerinin mikro mimarisiyle ve daha az ölçüde de olsa Cyrix'in M1 mikro mimarisiyle pek çok ortak noktaya sahip olduğu ortaya çıkıyor. Bu ortak nokta, dört şirketten mühendislerin aynı sorunu çözmesiyle açıklanıyor: Intel x86 CISC mimarisiyle uyumluluğu korurken RISC teknolojisinin öğelerini tanıtmak.

Bir pakette iki kristal

P6'nın ana avantajı ve benzersiz özelliği, konumlandırılmış olmasıdır.İşlemciyle aynı pakette, işlemciye özel olarak ayrılmış bir veri yolu ile bağlanan, 256 KB boyutunda ikincil bir statik önbellek bulunur. Bu tasarım, P6 tabanlı sistemlerin tasarımını önemli ölçüde basitleştirecektir. P6, seri üretim için tasarlanmış ve tek bir pakette iki çip içeren ilk mikroişlemcidir.

P6'daki CPU kalıbı 5,5 milyon transistör içerir; L2 önbellek kristali - 15,5 milyon. Karşılaştırıldığında, en yeni Pentium modeli yaklaşık 3,3 milyon transistör içeriyordu ve L2 önbelleği, harici bir bellek kalıpları seti kullanılarak uygulandı.

Önbellekteki bu kadar çok sayıda transistör, statik yapısıyla açıklanmaktadır. P6'nın statik belleği bir biti depolamak için altı transistör kullanırken, dinamik bellek bit başına yalnızca bir transistöre ihtiyaç duyar. Statik bellek daha hızlıdır ancak daha pahalıdır. İkincil önbelleğe sahip bir çip üzerindeki transistörlerin sayısı, bir işlemci çipindekinden üç kat daha fazla olmasına rağmen, önbelleğin fiziksel boyutları daha küçüktür: işlemci için 306'ya karşılık 202 milimetre kare. Her iki kristal de 387 kontaklı ("çift boşluklu pin-drid dizisi") seramik bir paket içinde bir arada bulunur. Her iki kalıp da aynı teknoloji kullanılarak üretilmektedir (0,6 µm, 4 katmanlı metal-BiCMOS, 2,9 V). Tahmini maksimum güç tüketimi: 133 MHz'de 20 W.

İşlemciyi ve ikincil önbelleği tek pakette birleştirmenin ilk nedeni, yüksek performanslı P6 tabanlı sistemlerin tasarımını ve üretimini kolaylaştırmaktır. Üzerine kurulu bir bilgi işlem sisteminin performansı hızlı işlemci, büyük ölçüde işlemci ortamı yongalarının, özellikle de ikincil önbelleğin ince ayarına bağlıdır. Bilgisayar üretim şirketlerinin tümü uygun araştırmayı karşılayamaz. P6'da ikincil önbellek zaten işlemci için en uygun şekilde yapılandırılmıştır ve bu da anakartın tasarımını basitleştirir.

Birleşmenin ikinci nedeni verimliliği artırmaktır. İkinci seviye CPU, işlemciye özel olarak ayrılmış 64 bit genişliğinde bir veri yolu ile bağlanır ve işlemciyle aynı saat frekansında çalışır.

60 ve 66 MHz'deki ilk Pentium işlemciler, ikincil önbelleğe 64 bitlik bir veri yolu üzerinden aynı saat hızında erişti. Ancak Pentium saat hızları arttıkça, tasarımcıların anakartta bu tür saat hızlarını korumaları çok zor ve pahalı hale geldi. Bu nedenle frekans bölücüler kullanılmaya başlandı. Örneğin, 100 MHz Pentium için harici veri yolu 66 MHz frekansta çalışır (90 MHz Pentium için sırasıyla 60 MHz'dir). Pentium bu veri yolunu hem ikincil önbelleğe erişmek hem de ana belleğe ve PCI yonga seti gibi diğer aygıtlara erişmek için kullanır.

İkincil önbelleğe erişmek için özel bir veri yolu kullanmak sistem performansını artırır. İlk olarak bu, işlemci ve veri yolu hızlarının tam senkronizasyonunu sağlar; ikinci olarak, diğer G/Ç işlemleriyle rekabet ve ilgili gecikmeler ortadan kaldırılır. L2 önbellek veri yolu, belleğin ve veri yolunun geçtiği harici veri yolundan tamamen ayrıdır. harici cihazlar. 64 bitlik harici veri yolu işlemcinin yarısı, üçte biri veya dörtte biri hızında çalışabilirken, ikincil önbellek veri yolu bağımsız olarak tam hızda çalışır.

İşlemciyi ve ikincil önbelleği tek bir pakette birleştirmek ve bunları özel bir veri yolu üzerinden iletmek, en güçlü RISC işlemcilerinde kullanılan performans artırıcı tekniklere doğru atılmış bir adımdır. Böylece Digital'in Alpha 21164 işlemcisinde, 96 kB'lik ikinci seviye önbellek, birincil önbellek gibi işlemci çekirdeğinde bulunur. Bu, çip üzerindeki transistör sayısını 9,3 milyona çıkararak çok yüksek önbellek performansı sağlıyor. Alpha 21164'ün performansı 300 MHz'de 330 SPECint92'dir. P6'nın performansı daha düşük (Intel, 133 MHz'de 200 SPECint92 tahmin ediyor), ancak P6, potansiyel pazarı için en iyi maliyet/performans oranını sağlıyor.

Maliyet/performans oranını değerlendirirken, P6'nın rakiplerinden daha pahalı olmasına rağmen, diğer işlemcilerin çoğunun ek bir bellek yonga seti ve bir önbellek denetleyicisi ile çevrelenmesi gerektiğini dikkate almakta fayda var. Ayrıca karşılaştırılabilir bir önbellek performansı elde etmek için diğer işlemcilerin 256 KB'tan daha büyük önbellekler kullanması gerekecektir.

Intel genellikle işlemcilerinin çok sayıda varyasyonunu sunar. Bu, sistem tasarımcılarının çeşitli gereksinimlerini karşılamak ve rakip modeller için daha az yer bırakmak amacıyla yapılır. Bu nedenle, P6'nın üretiminin başlamasından kısa bir süre sonra, hem artan ikincil önbellek hacmine sahip modifikasyonların hem de ikincil önbelleğin harici konumuyla daha ucuz modifikasyonların, ancak ikincil önbellek ile ikincil önbellek arasında tutulan özel bir veri yolunun bulunduğunu varsayabiliriz. işlemci görünecektir.

Başlangıç ​​noktası olarak Pentium

Boru hattı ve süperskalar ile Pentium işlemci mimari etkileyici performans seviyelerine ulaştı. Pentium, paralel olarak çalışabilen ve makine saat döngüsü başına iki tam sayı talimatını yürütebilen iki adet 5 aşamalı işlem hattı içerir. Bu durumda, programda birbirini takip eden ve belirli kuralları karşılayan, örneğin "okuduktan sonra yaz" tipinin kayıt bağımlılıklarının olmaması gibi yalnızca bir çift komut paralel olarak yürütülebilir.

P6'da verimi artırmak için 12 aşamalı tek bir boru hattına geçiş yapıldı. Aşama sayısının artması, her aşamada yapılan işin azalmasına ve bunun sonucunda da ekibin her aşamada harcadığı zamanın Pentium'a göre yüzde 33 oranında azalmasına neden oluyor. Bu, P6'yı 100 MHz Pentium olarak üretmek için kullanılan teknolojinin aynısının kullanılmasının, 133 MHz'de saat hızına sahip bir P6 ile sonuçlanacağı anlamına gelir.

Pentium'un süperskalar mimarisinin gücü ve saat başına iki talimatı yürütme yeteneği, tamamen yeni bir yaklaşım olmadan yenmek zor olurdu. P6'nın yeni yaklaşımı, geleneksel "getirme" ve "yürütme" aşamaları arasındaki katı ilişkiyi ortadan kaldırır; burada bu iki aşamadaki komut sırası, programdaki komut sırasına karşılık gelir.

Yeni yaklaşım, sözde komut havuzunun ve yeni etkili yöntemler Programın gelecekteki davranışını tahmin etmek. Bu durumda, geleneksel "yürütme" aşamasının yerini iki tane alır: "gönderme/yürütme" ve "geri alma". Sonuç olarak, komutlar herhangi bir sırayla yürütülmeye başlayabilir, ancak yürütmelerini her zaman programdaki orijinal sıralarına uygun olarak tamamlarlar. P6 çekirdeği, bir komut havuzu aracılığıyla etkileşime giren üç bağımsız cihaz olarak uygulanır (Şekil 1).

Verimliliğin artırılmasındaki temel sorun

P6'yı bir talimat havuzu aracılığıyla etkileşim kuran üç bağımsız cihaz olarak düzenleme kararı, modern mikroişlemcilerin performansını sınırlayan faktörlerin kapsamlı bir analizinin ardından verildi. Pentium ve diğer birçok işlemci için geçerli olan temel bir gerçek, gerçek dünya programlarını çalıştırırken işlemcinin gücünün sonuna kadar kullanılmamasıdır.

Son 10 yılda işlemci hızları en az 10 kat artarken ana belleğe erişim süreleri yalnızca yüzde 60 oranında azaldı. İşlemci hızına göre bellek hızındaki bu artan gecikme, P6'yı tasarlarken çözülmesi gereken temel sorundu.

Bu sorunu çözmeye yönelik olası yaklaşımlardan biri, odak noktasını işlemciyi çevreleyen yüksek performanslı bileşenlerin geliştirilmesine kaydırmaktır. Ancak hem yüksek performanslı işlemci hem de yüksek hızlı özel ortam çiplerini içeren sistemlerin seri üretimi çok pahalı olacaktır.

Olası bir kaba kuvvet çözümü, önbelleğin gerekli verileri kaçırma yüzdesini azaltmak için L2 önbelleğinin boyutunu artırmak olabilir.

Bu çözüm etkilidir ancak aynı zamanda son derece pahalıdır, özellikle de günümüzün L2 önbellek bileşenlerine yönelik hız gereksinimleri göz önüne alındığında. P6, eksiksiz bir bilgi işlem sisteminin verimli bir şekilde uygulanması bakış açısıyla tasarlandı ve düşük maliyetli bir bellek alt sistemi kullanılarak tüm sistemin yüksek performansının elde edilmesi gerekiyordu.

Böylece, P6'nın geliştirilmiş dallanma tahmini (bir sonraki komut sırası hemen hemen her zaman doğru şekilde belirlenir), veri akışı analizi (komut yürütmenin en uygun sırası belirlenir) ve ileriye dönük yürütme (tahmin edilen komut dizisi kesinti olmadan yürütülür) gibi mimari tekniklerin birleşimi aynı üretim teknolojisini kullanarak Pentium'a göre performansı iki katına çıkardı. Bu yöntemlerin kombinasyonuna dinamik yürütme denir.

Şu anda Intel, 200 MHz'in üzerinde çekirdek saat hızına sahip P6 işlemcilerin üretilmesini mümkün kılacak yeni bir 0,35 mikron üretim teknolojisi geliştiriyor.

Güçlü sunucular oluşturmaya yönelik bir platform olarak P6

En önemlileri arasında Son yıllarda bilgisayar geliştirmedeki eğilimler, x86 ailesi işlemcileri temel alan sistemlerin uygulama sunucuları olarak artan kullanımı ve Intel'in otobüsler gibi işlemci dışı teknolojiler tedarikçisi olarak artan rolü olarak vurgulanabilir. ağ teknolojileri, video sıkıştırma, flash bellek ve sistem yönetimi araçları.

P6 işlemcinin piyasaya sürülmesi, Intel'in daha önce yalnızca daha pahalı bilgisayarlarda bulunan yetenekleri kitlesel pazara sunma politikasının devamı niteliğindedir. Dahili P6 kayıtları için eşlik kontrolü sağlanır ve işlemci çekirdeği ile ikinci seviye önbelleği birbirine bağlayan 64 bitlik veri yolu, hata tespit ve düzeltme araçlarıyla donatılmıştır. P6'ya yerleşik yeni teşhis özellikleri, üreticilerin daha güvenilir sistemler tasarlamasına olanak tanır. P6, işlemci bağlantıları aracılığıyla veya yazılım kullanarak, önbellekte veri yokluğu, kayıtların içeriği, kendi kendini değiştiren kodun görünümü gibi 100'den fazla işlemci değişkeni veya içinde meydana gelen olaylar hakkında bilgi edinme yeteneği sağlar. yakında. İşletim sistemi ve diğer programlar, işlemcinin durumunu belirlemek için bu bilgiyi okuyabilir. P6 aynı zamanda kontrol noktaları için geliştirilmiş desteğe sahiptir; bu, bir hata meydana gelmesi durumunda bilgisayarın önceden kaydedilmiş bir duruma geri alınabileceği anlamına gelir.

Benzer belgeler

Bilgisayar teknolojisi uzun zaman önce ortaya çıktı, çünkü medeniyetin gelişiminin şafağında çeşitli hesaplamalara ihtiyaç vardı. Bilgisayar teknolojisinin hızlı gelişimi. Yirminci yüzyılın 80'li yıllarından bu yana ilk PC'lerin, mini bilgisayarların yaratılması.

özet, 25.09.2008 eklendi


Bilgisayar ekipmanı için teknik ve önleyici bakım sistemlerinin özellikleri. İşletim sistemleri için tanılama programları. Otomatik kontrol sistemlerinin birbiriyle ilişkisi. Bilgisayarınızı dış olumsuz etkilerden korumak.

özet, 25.03.2015 eklendi


Bilgisayar donanımının konfigürasyonunu analiz etmek ve optimize etmek için bir bilgi ve analitik sistemin geliştirilmesi. Bilgisayar ekipmanının otomatik kontrolünün yapısı. Yazılım, projenin ekonomik verimliliğinin gerekçesi.

tez, 20.05.2013 eklendi


Bilgisayar teknolojisi geliştirmenin manuel aşaması. Konumsal sayı sistemi. 17. yüzyılda mekaniğin gelişimi. Bilgisayar teknolojisinin gelişiminin elektromekanik aşaması. Beşinci nesil bilgisayarlar. Seçenekler ve ayırt edici özellikleri Süper bilgisayar.

kurs çalışması, eklendi 04/18/2012


Kişisel bilgisayarın (PC) yapısı ve çalışma prensibi. PC performansının teşhisi ve arızaların tanımlanması. Görevler Bakım bilgisayar olanakları. Ekipmanı çalışır durumda tutmak için yöntemlerin geliştirilmesi.

kurs çalışması, eklendi 07/13/2011


Bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesinde yabancı ve yerli uygulamaların yanı sıra yakın gelecekte bilgisayarların gelişimine ilişkin beklentilerin incelenmesi. Bilgisayar kullanma teknolojileri. Ülkemizde bilgisayar endüstrisinin gelişim aşamaları. PC ve iletişimin birleştirilmesi.

kurs çalışması, eklendi 27.04.2013


Tasarım prosedürlerinin sınıflandırılması. Bilgisayar teknolojisi ve mühendislik tasarımının sentezinin tarihi. Bilgisayar destekli tasarım sistemlerinin işlevleri, yazılımları. Üç boyutlu tarayıcıların, manipülatörlerin ve yazıcıların kullanım özellikleri.

özet, 25.12.2012 eklendi


Veri işlemenin otomasyonu. Bilgisayar bilimi ve pratik sonuçları. Dijital bilgisayar teknolojisinin yaratılış tarihi. Elektromekanik bilgisayarlar. Kullanım vakum tüpleri ve birinci, üçüncü ve dördüncü nesil bilgisayarlar.

tez, 23.06.2009 eklendi


Kişisel bilgisayarın kavramı ve özellikleri, ana parçaları ve amaçları. Bilgisayar bilimleri öğretim araçları ve bilgisayar bilimleri sınıfında çalışma düzenlemenin özellikleri. İşyerlerinin donanımı ve yazılımların uygulanması.

özet, eklendi: 07/09/2012


Bir bilgisayar sisteminin bileşimi bilgisayarın konfigürasyonu, donanımı ve yazılımıdır. Kişisel bilgisayarın donanım konfigürasyonunu oluşturan cihazlar ve aletler. Ana bellek, G/Ç bağlantı noktaları, çevre birimi adaptörü.