Компьютер архитектурасы

Жоспар:

 

I.Кіріспе

 

II.Негізгі бөлім

 

1.Машинаны  ұйымдастыру: Фон Нейман принципі.

 

2.Басқару құрылғысы,команда  типтері мен команда жүйелері.

 

3.Тьюринг машинасы және Пост машинасы.Соңғы автоматтар.

 

III.Қорытынды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             

 

 

 

 

 

 

 

 Кіріспе

      

Компьютер – деректерді құру, сақтау және тасымалдауды автоматтандыруға арналған электрондық құрал. «Архитектура» сөзін ЭЕМ үшін қолданғанда, ол пайдаланушыға қажет компьютер сипаттамаларының жиынтығы деп түсінуге болады. Олар – ЭЕМ-нің негізгі құрылғылары мен блоктары және олардың арасындағы байланыстар құрылымы.

ЭЕМ құрудың жалпы принциптері:

 

1. ЭЕМ жадының құрылысы
2. жадыға және сыртқы құрылғыларға жету жолы
3. компьютер конфигурациясын өзгерту мүмкіндігі
4. командалар жүйесі
5. деректер форматы
6. интерфейсті ұйымдастыру

 

60-ж. ортасынан бастап  есептеуіш машиналарды жасау  үшін, аппараттарды және математикалық  қамтамасыздандырудың кейбір құралдарын  тәуелсіз құрастырудың орнына, аппараттық (hardware) және бағдарламалық (software) құралдардан тұратын жүйе жобалана  бастады. Мұнда алдыңғы жоспарға олардың өзара әрекеттестік концепциясы қойылды. Осылай жаңа түсінік – ЭЕМ архитектурасы – пайда болды.

ЭЕМ архитектурасы деп  сәйкес есептер класстарын шығару үшін, ЭЕМ-нің функционалдық мүмкіндіктерін анықтайтын, аппаратты-бағдарламалық  құралдар мен олардың сипаттамаларын ұйымдастырудың жалпы принциптерінің жиынтығын айтады. ЭЕМ архитектурасы  апараттық және бағдарламалық құралдар комплексін құру және көптеген факторларға  көңіл қоюмен байланысты кең шеңбердегі проблемаларды қамтиды. Осы факторлар  ішінде маңыздылары: бағасы, қолдану  саласы, функционалдық мүмкіндіктері, пайдалануға ыңғайлылығы, ал архитектураның ең басты компоненттерінің бірі аппараттық құралдар болып табылады. ЭЕМ архитектурасының компоненттерін келесі суреттегі үлгідей  көрсетуге болады

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алғашқы компьютерлер тек  қана есептеулер үшін қолданылған болатын («компьютер» және «ЭЕМ» терминдерінің  шығу тегі де осыған байланысты). Ең алғашқы  шыққан бағдарламалау тілі — Фортран  тілі де осы себепті тек қана есептеулер шығаруға арналған болатын. Екінші жолы — мәліметтер базасы үшін. Бірінші  кезекте бұлар үкіметтерге және банктерге қажет болатын. Мәліметтер базасын басқару үшін күрделі  компьютерлер және ақпаратты енгізу-шығару, сақтауға қажетті күрделі жүйелер  қажет болды. Осы мақсаттарда  Кобол тілі пайда болды. Кейінірек  пайда болған мәліметтер базасын  басқару жүйелерінің өз бағдарламалау  тілдері бар болатын. Үшінші жолы — әр түрлі құрылғылармен бірге  қолдану. Даму жолы арнайы мамандандырылған (көп жағдайда аналогтық) құрылғылардан  стандартты компьютерлік жүйеге дейін  болды.Компьютерлер қолданылатын салалардың ішіндегі ең күрделі, ең аз дамыған  саласы жасанды интеллект — компьютерлерді белгілі бір алгоритм жоқ жерде  пайдалану болып табылады.

Программадағы командалар қолмен енгізілді; программаны енгізгеннен  кейін орындалу тәртібі тек бүкіл  программа орындалып болғаннан  кейін ғана өзгертуге болатын  еді. Әрбір жаңа программа ажыратқыштарды және алынып-салынатын коммуникацияларды  орнату арқылы жүзеге асатын жаңа сигналдар  комбинациясын қажет етті. Нәтижесінде ең қарапайым программаны құрып, орындау үшін өте көп уақыт қажет болды.

ENIAK машинасында программалаудағы  қиындықтар осы жобаның бұрынғы  консультанты Джон фон Нейманның  (1903-1957) ЭЕМ архитектурасын жасаудың  жаңа принциптерін жасауына түрткі  болды. Ол программаны, басқару  командаларының тізбегін ЭЕМ-нің  жадысында сақтауды ұсынды. Өз  баяндамасында фон Нейман компьютердің  бес базалық элементін атап  көрсетті: арифметикалы-логикалық құрылғы  (АЛҚ), басқару құрылғысы (БҚ), есте  сақтау құрылғысы (ЕСҚ), ақпаратты  енгізу және шығару құрылғылары.  ЭЕМ-нің осы құрлысын фон Нейман  архитектурасы деп атау келісілген.1945ж.  Джон фон Нейман цифрлық есептеуіш  машинаның жалпы принциптерін  ойлап тапты, ол қазіргі кезге  дейін ДК-де қолданыла ды. Осы принциптер бойынша компьютерде мыналар болуы керек:

 

- арифметикалы-логикалық  құрылғы, арифметикалық және логикалық  операцияларды орындайды;

 

- жадтайтын құрылғы немесе  бағдарламалар мен деректерді  сақтайтын жад;

 

- басқару құрылғысы, ол  бағдарламаларды орындау процесін  ұйымдастырады;

 

- ақпараттың енгізу-шығару, сыртқы құрылғылары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЕМ-нің құрылымы оның техникалық көрсеткіштері мен мүмкіндіктері  көбінесе оны пайдаланудың мақсаттарын  анықтайды. Дегенмен бағдарлама мен  бастапқы деректерді машинаға енгізу қажетті операцияларды орындау  үшін керек. ЭЕМ оның құрылымдық ерекшеліктеріне  байланыссыз мына құрылғылардан  тұрады:

1) Процессор

2) Негізгі жады (есте сақтау  құрылғысы)

3) Шеткі аймақтық құрылғылар  

Негізгі жады ақпаратты сақтауға арналған. Ол өзі: оперативтік жад және тұрақты жад деп екіге бөлінеді. 

ОЗУ – оперативтік жады

ПЗУ – тұрақты жады

Оперативтік жадыға осы кезде  қажетті ғана ақпарат сақталады. Компьютер өшкен кезде оперативті жадыдағы ақпарат өшеді. Компьютердің жұмыс істеу жылдамдығы оның оперативтік  сйымдылығына байланысты.

Тұрақты жады ақпаратты оны  дайындау барысында электрондық  немесе механикалық әдіспен жазылады.

1) Д.К. қайта қосқан  кезде жүйелік блоктың жұмыс  істеуін тексеретін тестті бағдарлама.

2) Шеткі аймақтық құрылғылар (дискжетек, пернетақта, монитор  және т.б.) жұмысын басқаратын  бағдарлама.

3) Дискінің қай жерінде  операциялық жүйе жазылғандығын  білдіретін ақпарат.

Негізгі жады регистрлерден  тұрады. Регистр – ақпаратты екілік кодта уақытша сақтайтын құрылғы. Регистрдегі еске сақтау құрылғысы  – триггер деп аталады. Триггер  деп 0 немесе 1 деген екі күйдің бірінде  болатын құрылғыны айтады.

Регистрдегі триггерлер саны компьютердің разрядтылығы немесе өнімділігі деп аталады. 8, 16, 32, 64 және т.с.с. 

Процессор немесе микропроцессор

Бұл құрылғының негізгі атқаратын  қызметі машина жадына келетін ақпаратты  түрлендіру. Процессордың құрамында  басқару құрылғысы, арифметикалық  логикалық құрылғы, регистрлер болады.

Процессорлардың бір –  бірінен өзгешелігі олардың типтерінде (модель) және оның қарапайым амалдарды  орындайтын жұмыс жылдамдығының  көрсеткіші – мегогерцте.

Кең тараған түрлері:

INTEL 8088 – 5Mhz

INTEL 80286 – 20Mhz

………………….

INTEL 486 – 100Mhz

Pentium – 75Mhz

………………….

Pentium 4 3000Mhz

Процессордың жұмыс жылдамдығының  көрсеткішіне сәйкес оның бағасы да анықталады.

Кейде құрылымның ерекшеліктеріне  қарай 1 модельге кіретін процессорлардың  жиіліктері әр түрлі бола береді. Жиілігі  артқан сайын оның жылдамдығы да өсе  түседі. IBM тәрізді компьютерлерде INTEL фирмасының және басқалардың үйлесімді  микропроцессорлары пайдаланылады.

Процессор мен негізгі  жады аналық платада орналасады. Қосымша  плата контроллер арқылы дискжетек, тышқан, принтер және т.б. магистраль проводтар (шина) арқылы байланыстырылады.

Жүйелік блок құрамы: Микропроцессор, оперативті жады, аналық плата, қоректену  блогы, қатқыл диск, және т.б.

Мәтіндік және графикалық ақпаратты шығару үшін монитор немесе дисплей қолданылады. 

Шеткі аймақтық құрылғылар. 

Принтер: мәтінді немесе графикалық ақпаратты қағазға түсіру (матрицалық, лазерлік, сия бүріккіш).

Плоттер немесе график сызғыш: үлкен форматтағы графиктік мәліметтерді қағазға шығаруға арналған.

Сканер: графиктік немесе мәтіндік мәліметтерді компьютерге енгізуге арналған.

CD ROM: компакт дискілерді оқуға арналған құрылғы.

Модем: телефон желісі арқылы басқа компьютерлермен ақпарат алмасуға арналған құрылғы.

Стример: мәліметтерді магниттік лентада сақтауға арналған.

Желілік адаптер: компьютерді жергілікті желіде қолдануға мүмкіндік береді. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ДҚ  құрылымы

АЛҚ – арифметико-логикалық  құрылғы

БҚ – басқару құрылғысы

 

 

Дербес компьютердің енгізу құрылғылары және оның атқаратын  қызметі:

ДК-ның негізгі шығару құрылғыларына тышқан, пернетақта, сканер, терте (Джостик) жатады.

ТЫШҚАН – Компьютердің негізгі енгізу құрылғысының бірі болып табылады. Оның аты тышқан деп бекер аталмаған. Себебі ол – ақ, қара, сұры, т.б. түсті иілгіш сымы бар қорап. Ол алақанға ыңғайлы және кілемше бетінде еркін жылжитын арнайы құрылғы. Тышқанның екі түрі болады: үш батырмалы, екі батырмалы тышқан жиі пайдаланылады, себебі ортадағы батырма жұмыс кезінде көп пайдаланылмайды. Ол компьютердің жұмысын басқаруға арналған.

ПЕРНЕТАҚТА – компьютердің жұмысын басқара отырып, қажетті ақпаратты енгізу үшін қолданылатын құрылғы. Ол әріптің және цифр пернелерінің көмегімен компьютерге кез-келген ақпаратты енгізуге мүмкіндік береді. Қазіргі компьютерлердің пернетақтасында 101 немесе 105 перне, ал оң жақ жоғарғы бұрышында жұмыс режимі туралы ақпарат беріп отыратын 3 жарық индикаторы орналасады.

 

СКАНЕР (Мәтіналғы) – қағаздағы кескінді (жазуды, суретті) түсіріп, монитор экранына шығаруға мүмкіндік беретін құрылғы. Оның көмегімен суретті, графикті, мәтіндерді сканерлеуге (түсіріп алуға) болады. Кескін сканерленгеннен кейін, графикалық бағдарламаларда оларды өңдеуге (үлкейтуге, кішірейтуге, қайта бояуға т.б) болады. Сканерлер қара-ақ түсті немесе түрлі-түсті болады.

 

ТЕРТЕ (ДЖОСТИК) – ол компьютерлік ойндарда экрандағы жылжитын объектілерді басқаруға арналған енгізу құралының бір түрі. Терте қорап пен басқарушы тұтқадан тұрады және тұтқада немесе қорабында орналасқан бір немее бірнеше батырмалар болады.  Тұтқа мен батырмаларды басу арқылы компьютерге басқару әрекеттері беріледі.

Дербес компьютердің шығару құрылғылары және оның атқаратын  қызметі:

 

ДК-ның негізгі шығару құрылғыларына монитор, принтер, құлаққап және дыбыс ойнатқыштар жатады.

МОНИТОР – Ақпаратты компьютердің экранында шығаратын құрылғы. Ол компьютердің тілі, оның көмегімен өзінің жұмысы туралы барлық қажет ақпаратты беріп отырады.

ПРИНТЕР – ақпараттарды қағазға басып шығаратын құрылғы. Ол мониторға не шығарылса, соның бәрін қағазға басып шығаруға мүмкіндік береді. Принтерге мәтіндік, кестелік, графикалық ақпараттарды шығаруға болады. Принтерге ақпараттың кескінін қалауымыз бойынша ақ-қара немесе түрлі түсте шығаруға болады. Принтердің бірнеше түрі бар: матрицалық, сия бүріккіш, лазерлік.

ҚҰЛАҚҚАП – әр түрлі дыбыстар мен әуендерді шығаруға арналған қосымша құрылғы. Оның алуан түрлері бар.

ДЫБЫС ОЙНАТҚЫШ – бұл құрылғы да дыб ыстар мен әуендерді ойнатуға арналған шығару құрылғысына жатады.

Джон фон Нейман принципі

XX – ғасырдың  40 — жылдары  пайда болған алғашқы ЭЕМ-дерден  бастап, қазіргі заманғы компьютерлерге  дейінгі  даму тарихында есептеу  техникасы мен оларды жасаудың  технологиясы көп өзгеріске ұшырады.  Ғылым мен техниканың барлық  жаңалықтары есептегіш машиналар  мен олардың құрылғыларын жасауда  алғаш болып пайдаланылды. Алғашқы  буын машиналардың мүмкіншіліктерін  қазіргі заманғы дербес компьютерлердің,  ноутбуктардың, суперкомпьютерлердің  мүмкіншіліктерімен салыстыруға  болмайды, айырмашылықтары өте зор.  Бірақ өткен 60 жылдан астам  уақытта дүние жүзінде жасалынған  компьютерлердің барлығының жасалу  принциптерінде шешуші өзгерістер  болған жоқ. ЭЕМ-ды құрастырудың  жалпы принциптерін 1945 ж. АҚШ математик-ғалымы   Джон фон Нейман ғылыми конгресте   жариялаған болатын. Қазіргі заманғы  компьютерлердің де жасалуының  негізі болып осы принциптер  қалуда.

Информацияны өңдейтін құрал  әмбебап және тиімді болуы үшін келесі фон Нейман принциптері бойынша  құрастырылуы тиіс:

 

1. Информация екілік сан  жүйесінде бейнеленеді (кодталынады)  және оның  элементі (бірлігі)  сөз деп аталынады.

 

ЭЕМ-де екілік жүйенің қолданылуы информацияны сақтау, жеткізу мен  өңдеудегі  электрондық схемалардың  ерекшеліктеріне байланысты. Нольдер  мен бірлерден тұратын жиындар  сандарды, командаларды және т.б. информациялық  объектілерді бейнелейді; оларды сөздер деп атайды.

 

2. Әртүрлі типтегі информация  сөздері (сандар мен командалар) бір жадта сақталынады; олар  бірдей кодталынады, бірақ оларды  пайдалану өзгеше болады.

 

3. Информацияның сөздері  машина жадысының ұяшықтарына  (ячейкаларына) орналасады; әрбір ұяшыққа  номер беріледі, ол номер сонда  жазылған сөздің адресі деп  есептелінеді.

 

Сөзді жадқа жазу үшін ұяшықтың номері көрсетіледі, ал оны пайдалану  қажет болса,  онда оның адресі бойынша  тауып алынады. Сонымен, ұяшық адресі онда жазылған команданың немесе шаманың  идентификаторы  (машиналық аты) болады. Ұяшықтан алынғанда ондағы сөз өзбетімен жойылмайды; оны  өшіргенше қолдануға болады. Ұяшықтағы  сөзді өшіру үшін оның орнына басқа  сөзді жазу керек; сонда бұрынғы  сөз өшіріліп, жаңа сөз соның орнына жазылады.

 

4. Алгоритм командалар  деп аталынатын басқарушы сөздердің  тізбегінен тұрады; әрбір команда  орындалатын амалдар мен оған  қатысушы информациялық сөздерді  анықтайды. Машина командалары  арқылы құрастырылған алгоритмді  программа деп атайды.