1946 m. ​​D. von Neumannas, G. Goldsteinas ir A. Berksas bendrame straipsnyje išdėstė naujus kompiuterių konstravimo ir veikimo principus. Vėliau remiantis šiais principais buvo gaminamos pirmosios dvi kompiuterių kartos. Vėlesnėse kartose įvyko tam tikrų pokyčių, nors Neumanno principai aktualūs ir šiandien.

Tiesą sakant, Neumannui pavyko apibendrinti daugelio kitų mokslininkų mokslo raidą ir atradimus ir jų pagrindu suformuluoti kažką iš esmės naujo.

Programos valdymo principas: programa susideda iš procesoriaus tam tikra seka vykdomų komandų rinkinio.

Atminties homogeniškumo principas: programos ir duomenys saugomi toje pačioje atmintyje.

Taikymo principas: Struktūriškai pagrindinė atmintis susideda iš sunumeruotų langelių. Bet kuri ląstelė yra prieinama procesoriui bet kuriuo metu.

Kompiuteriai, sukurti remiantis aukščiau pateiktais principais, yra von Neumann tipo.

Svarbiausia šių principų pasekmė yra ta, kad dabar programa nebėra nuolatinė mašinos dalis (kaip, pavyzdžiui, skaičiuotuvas). Atsirado galimybė lengvai pakeisti programą. Palyginimui, ENIAC kompiuterio (kuris neturėjo išsaugotos programos) programa buvo nustatyta specialiais skydelyje esančiais trumpikliais. Mašinos perprogramavimas gali užtrukti daugiau nei vieną dieną (kitaip nustatykite trumpiklius). Ir nors šiuolaikiniams kompiuteriams skirtų programų parašymas gali užtrukti ne vienerius metus, tačiau jos veikia milijonuose kompiuterių, programų įdiegimas nereikalauja didelių laiko investicijų.

Be minėtų trijų principų, von Neumannas pasiūlė dvejetainio kodavimo principą – Dvejetainė skaičių sistema naudojama duomenims ir komandoms pavaizduoti (pirmosios mašinos naudojo dešimtainę skaičių sistemą). Tačiau vėlesni pokyčiai parodė galimybę naudoti netradicines skaičių sistemas.

1956 metų pradžioje akademiko S.L. Sobolevas, Maskvos universiteto Mechanikos ir matematikos fakulteto Kompiuterinės matematikos katedros vedėjas, Maskvos valstybinio universiteto kompiuterių centre buvo įkurtas elektronikos katedra ir pradėjo dirbti seminaras, kurio tikslas buvo sukurti praktinį skaitmeninio kompiuterio pavyzdį. skirtas naudoti universitetuose, taip pat pramonės įmonių laboratorijose ir projektavimo biuruose. Reikėjo sukurti nedidelį kompiuterį, kuris būtų lengvai išmokstamas ir naudojamas, patikimas, nebrangus ir tuo pačiu efektyvus atliekant įvairiausias užduotis. Nuodugnus metus trukęs tuo metu turimų kompiuterių ir jų diegimo techninių galimybių tyrimas lėmė nestandartinį sprendimą sukurtoje mašinoje naudoti ne dvejetainį, o trinakį simetrinį kodą, įgyvendinant subalansuotą skaičių sistemą, kuri D. Knuthas po dvidešimties metų vadintų bene elegantiškiausią ir, kaip vėliau tapo žinoma, privalumus K. Shannon 1950 m. Skirtingai nuo dvejetainio kodo su skaičiais 0, 1, kuris yra visuotinai priimtas šiuolaikiniuose kompiuteriuose, kuris yra aritmetiškai prastesnis dėl to, kad jame neįmanoma tiesiogiai pavaizduoti neigiamų skaičių, trijų dalių kodas su skaičiais -1, 0, 1 suteikia optimalų variantą. ženklų skaičių aritmetikos konstravimas. Trinarė skaičių sistema yra pagrįsta tuo pačiu poziciniu skaičių kodavimo principu kaip ir dvejetainė sistema, naudojama šiuolaikiniuose kompiuteriuose, tačiau svoris i Jame esanti vieta (skaitmuo) lygi ne 2 i , o 3 i . Be to, patys skaitmenys yra ne dviženkliai (ne bitai), o triženkliai (trites) - be 0 ir 1, jie leidžia trečią reikšmę, kuri simetrinėje sistemoje yra -1, dėl kurios abu yra teigiami. o neigiamus skaičius galima pavaizduoti vienodai. N-triojo sveikojo skaičiaus N reikšmė nustatoma panašiai kaip ir n-bitų sveikojo skaičiaus:

kur a i ∈ (1, 0, -1) yra i-ojo skaitmens reikšmė.

1960 m. balandį buvo atlikti tarpžinybiniai kompiuterio prototipo „Setun“ bandymai, kurių rezultatais „Setun“ buvo pripažintas pirmuoju veikiančiu universalaus kompiuterio modeliu, paremtu bežiedžiais elementais, kuriam būdinga didelis našumas, pakankamas patikimumas, maži matmenys ir paprasta priežiūra.“ „Setun“, dėl trijų dalių simetrinio kodo natūralumo, pasirodė esąs tikrai universalus, lengvai programuojamas ir labai efektyvus skaičiavimo įrankis, kuris teigiamai pasitvirtino. visų pirma kaip techninė kompiuterinės matematikos mokymo priemonė daugiau nei trisdešimtyje universitetų. Ir Oro pajėgų inžinerijos akademijoje. Žukovskio, būtent „Setun“ pirmą kartą buvo įdiegta automatizuota kompiuterinio mokymo sistema.

Pagal von Neumanno principus kompiuteris susideda iš:

· aritmetinis loginis vienetas – ALU(angl. ALU, Arithmetic and Logic Unit), kuris atlieka aritmetinius ir loginius veiksmus; valdymo įtaisas -UU, skirtas organizuoti programų vykdymą;

· saugojimo įrenginiai (saugykla), įskaitant laisvosios kreipties atmintis (RAM – pirminė atmintis) ir išorinis saugojimo įrenginys (ESD); maždaug Pagrindinė ATMINTIS saugomi duomenys ir programos; atminties modulį sudaro daug sunumeruotų langelių; kiekvienoje langelyje gali būti dvejetainis skaičius, kuris interpretuojamas kaip komanda arba kaip duomenys;

· adresu įvesties / išvesties įrenginiai, kurie naudojami duomenims perduoti tarp kompiuterio ir išorinės aplinkos, susidedančios iš įvairių periferinių įrenginių, įskaitant antrinę atmintį, ryšių įrangą ir terminalus.

Užtikrina sąveiką tarp procesoriaus (ALU ir valdymo bloko), pagrindinės atminties ir įvesties/išvesties įrenginių su sistemos magistralė .

Von Neumann kompiuterių architektūra laikoma klasikine; dauguma kompiuterių yra sukurti ant jos. Apskritai, kai žmonės kalba apie von Neumann architektūrą, jie turi omenyje fizinį procesoriaus modulio atskyrimą nuo programos ir duomenų saugojimo įrenginių. Idėja saugoti kompiuterių programas bendrojoje atmintyje leido kompiuterius paversti universaliais įrenginiais, galinčiais atlikti įvairiausias užduotis. Programos ir duomenys į atmintį įvedami iš įvesties įrenginio per aritmetinį loginį bloką. Visos programos komandos įrašomos į gretimus atminties langelius, o apdorojimui skirti duomenys gali būti talpinami savavališkose ląstelėse. Bet kuriai programai paskutinė komanda turi būti išjungimo komanda.

Šiandien didžioji dauguma kompiuterių yra von Neumann mašinos. Vienintelės išimtys yra tam tikrų tipų lygiagrečiam skaičiavimui skirtos sistemos, kuriose nėra programų skaitiklio, neįdiegta klasikinė kintamojo samprata ir yra kitų reikšmingų esminių skirtumų nuo klasikinio modelio (pavyzdžiai yra srautinio perdavimo ir mažinimo kompiuteriai). Matyt, reikšmingas nukrypimas nuo von Neumann architektūros atsiras plėtojant penktosios kartos mašinų idėją, kurioje informacijos apdorojimas grindžiamas ne skaičiavimais, o loginėmis išvadomis.

2.2 Komanda, komandų formatai

Komanda yra elementarios operacijos, kurią turi atlikti kompiuteris, aprašymas.

Komandos struktūra.

Komandos rašymui skirtų bitų skaičius priklauso nuo konkretaus kompiuterio modelio aparatinės įrangos. Šiuo atžvilgiu mes apsvarstysime konkrečios komandos struktūrą bendram atvejui.

Apskritai komandoje yra ši informacija:

Ø atliekamos operacijos kodas;

Ø operandų ar jų adresų apibrėžimo instrukcijos;

Ø gauto rezultato išdėstymo instrukcijos.

Kiekvienam konkrečiam įrenginiui turi būti nurodytas dvejetainių bitų, skirtų instrukcijose kiekvienam jos adresui ir operacijos kodui, skaičius, taip pat patys faktiniai operacijos kodai. Komunikacijos bitų skaičius, skiriamas kuriant mašiną kiekvienam jos adresui, lemia viršutinę mašinos atminties langelių, turinčių atskirus adresus, skaičiaus ribą: jei adresas komandoje yra n bitų, tada greitosios prieigos atmintis. negali turėti daugiau nei 2 n ląstelių.

Komandos vykdomos nuosekliai, pradedant nuo vykdomosios programos pradžios adreso (įvesties taško), kiekvienos paskesnės komandos adresas yra vienu didesnis už ankstesnės komandos adresą, jei tai nebuvo šuolio komanda.

Šiuolaikinėse mašinose komandų ilgis yra kintamas (dažniausiai nuo dviejų iki keturių baitų), o kintamųjų adresų nurodymo būdai yra labai įvairūs.

Komandos adreso dalyje gali būti, pavyzdžiui:

Operandas;

Operando adresas;

Operando adreso adresas (baito numeris, iš kurio yra operando adresas) ir kt.

Panagrinėkime kelių tipų komandų galimų parinkčių struktūrą.

Trijų adresų komandos.

Dvipusės komandos.

Unicast komandos.

Neadresuotos komandos.

Apsvarstykite dvejetainę sudėjimo operaciją: c = a + b.

Kiekvienam atminties kintamajam apibrėžiame sąlyginius adresus:

Tegul 53 yra sudėjimo operacijos kodas.

Šiuo atveju trijų adresų komandų struktūra atrodo taip:

· Trijų adresų komandos.

Komandos vykdymo procesas yra padalintas į šiuos etapus:

Iš atminties langelio parenkama kita instrukcija, kurios adresas išsaugomas programos skaitiklyje; skaitiklio turinys yra pakeistas ir dabar jame yra eilės tvarka kitos komandos adresas;

Pasirinkta komanda perduodama valdymo įrenginiui į komandų registrą;

Valdymo įrenginys iššifruoja komandos adreso lauką;

Remiantis valdymo bloko signalais, operandų reikšmės nuskaitomos iš atminties ir įrašomos į ALU specialiuose operandų registruose;

Valdymo blokas iššifruoja operacijos kodą ir duoda signalą ALU atlikti atitinkamą operaciją su duomenimis;

Operacijos rezultatas šiuo atveju siunčiamas į atmintį (vienaadresiuose ir dviejų adresų kompiuteriuose jis lieka procesoriuje);

Visi ankstesni veiksmai atliekami tol, kol pasiekiama STOP komanda.

2.3 Kompiuteris kaip automatas

„Elektroninės skaitmeninės mašinos su programų valdymu yra vienos iš šiuo metu labiausiai paplitusių diskrečiųjų informacijos keitiklių, vadinamų diskretiniais arba skaitmeniniais automatais, pavyzdys“ (Gluškovas V.M. Skaitmeninių automatų sintezė)

Bet kuris kompiuteris veikia automatiškai (nesvarbu, didelis ar mažas kompiuteris, asmeninis kompiuteris ar superkompiuteris). Šia prasme kompiuterį kaip automatą galima apibūdinti blokine schema, parodyta Fig. 2.1.

Ankstesnėse pastraipose buvo nagrinėjama kompiuterio blokinė schema. Remdamiesi kompiuterio blokine schema ir mašinos schema, galime palyginti mašinos grandinės blokus ir kompiuterio blokinės schemos elementus.

Į mašiną kaip vykdomieji elementai yra įtraukti šie elementai:

Aritmetinis-loginis prietaisas:

· atmintis;

· informacijos įvesties/išvesties įrenginiai.

Mašinos valdymo elementas yra valdymo įtaisas, kuris iš tikrųjų užtikrina automatinį veikimą. Kaip jau minėta, šiuolaikiniuose skaičiavimo įrenginiuose pagrindinis vykdomasis elementas yra procesorius arba mikroprocesorius, kuriame yra ALU, atmintis ir valdymo įrenginys.

Pagalbiniai mašinos įtaisai gali būti visokios papildomos priemonės, kurios pagerina ar praplečia mašinos galimybes.

Kompiuterio architektūrasvarstomas jo vaizdavimas tam tikru bendruoju lygmeniu, įskaitant vartotojo programavimo galimybių, komandų sistemų, adresų sistemų, atminties organizavimo ir kt. Architektūra nustato pagrindinių kompiuterio loginių mazgų: procesoriaus, laisvosios kreipties atminties (RAM, OP), išorinės atminties ir išorinių įrenginių veikimo principus, informacinius ryšius ir tarpusavio ryšį.

Kompiuterių architektūros komponentai yra: skaičiavimo ir loginės galimybės, techninė ir programinė įranga.

Kompiuterio struktūra yra jos funkcinių elementų ir ryšių tarp jų visuma. Elementai gali būti patys tipiškiausi įrenginiai – nuo ​​pagrindinių kompiuterio loginių mazgų iki paprasčiausių grandinių. Kompiuterio struktūra grafiškai pavaizduota blokinių diagramų pavidalu, kurių pagalba galite ją aprašyti bet kokiu detalumo lygiu.

Kompiuterio architektūra turėtų būti atskirta nuo jo struktūros. Struktūra apibrėžia tam tikrą įrenginių, blokų, mazgų, sudarančių kompiuterį, rinkinį, o architektūra apibrėžia kompiuterio komponentų sąveikos taisykles.

Von Neumanno principai (architektūra). Daugumos kompiuterių konstrukcija grindžiama šiais bendrais principais, kuriuos 1945 m. suformulavo amerikiečių mokslininkas Johnas von Neumannas.

1. Programos valdymo principas. Iš to išplaukia, kad programa susideda iš komandų rinkinio, kurias procesorius automatiškai viena po kitos vykdo tam tikra seka.

Programa paimama iš atminties naudojant programų skaitiklį. Šis procesoriaus registras nuosekliai padidina kitos jame saugomos komandos adresą komandos ilgiu. Kadangi programos komandos yra atmintyje viena po kitos, komandų grandinė yra organizuojama iš nuosekliai išdėstytų atminties langelių.

Individualios komandos struktūra yra tokia:

<код операции> <операнды>,

Kur<код операции>nustato, kokią operaciją reikia atlikti;

<операнды>- tų konstantų, adresų ar kintamųjų pavadinimų, su kuriais atliekama ši operacija, sąrašas (galbūt vieno elemento).

Priklausomai nuo operandų skaičiaus, išskiriamos vieno, dviejų ir trijų adresų mašinų instrukcijos. Kiekviena komanda turi tam tikrą dydį, matuojamą baitais.

2. Sąlyginio perėjimo principas. Jei įvykdžius komandą reikia pereiti ne prie kitos, o prie kokios nors kitos, naudojamos sąlyginės arba besąlyginės šuolio (šakos) komandos, kurios į komandų skaitiklį įrašo atminties langelio, kuriame yra kita komanda, numerį. Komandų gavimas iš atminties sustoja pasiekus ir įvykdžius sustabdymo komandą.

Taigi procesorius vykdo programą automatiškai, be žmogaus įsikišimo.

3. Atminties homogeniškumo principas. Programos ir duomenys saugomi toje pačioje atmintyje. Todėl kompiuteris neskiria, kas yra saugoma tam tikroje atminties langelyje – skaičiaus, teksto ar komandos. Su komandomis galite atlikti tuos pačius veiksmus kaip ir su duomenimis. Tai atveria daugybę galimybių. Pavyzdžiui, programa gali būti apdorojama ir jos vykdymo metu, kas leidžia nustatyti kai kurių jos dalių gavimo taisykles pačioje programoje (taip programoje organizuojamas ciklų ir paprogramių vykdymas). Be to, komandos iš vienos programos gali būti gaunamos vykdant kitą programą. Šiuo principu paremti vertimo metodai – programos teksto vertimas iš aukšto lygio programavimo kalbos į konkrečios mašinos kalbą.

4. Programos talpinimo į atmintį principas. Kompiuterio darbui reikalinga programa iš anksto yra kompiuterio atmintyje, o ne įvedant komandą po komandos.

5. Nukreipimo principas. Struktūriškai pagrindinė atmintis susideda iš pernumeruotų langelių; Bet kuri ląstelė yra prieinama procesoriui bet kuriuo metu. Tai reiškia galimybę pavadinti atminties sritis taip, kad vėliau būtų galima pasiekti arba pakeisti jose saugomas reikšmes programos vykdymo metu naudojant priskirtus pavadinimus.

6. Atminties hierarchijos principas. Kompiuterio atmintis yra nevienalytė. Dažnai naudojamiems duomenims skiriama mažesnė, bet greitesnė atmintis; Retai naudojamiems duomenims skirta didesnė, bet lėtesnė atmintis.

7. Dvejetainės skaičių sistemos principas. Vidiniam duomenų ir programų atvaizdavimui kompiuterio atmintyje naudojama dvejetainė skaičių sistema, kurią galima lengviau įgyvendinti techniškai.

Šiais principais sukurti kompiuteriai yra von Neumann tipo. Yra ir kitų kompiuterių klasių, kurios iš esmės skiriasi nuo fon Neumanno kompiuterių. Čia, pavyzdžiui, gali būti neįvykdytas programos valdymo principas, t.y. jie gali veikti be programos skaitiklio (adresų registro), nurodančio vykdomą programos komandą. Norint pasiekti atmintyje saugomą kintamąjį, šiems kompiuteriams nereikia suteikti jam pavadinimo. Tokie kompiuteriai vadinami ne von Neumann kompiuteriais.

Von Neumann mašina susidėjo iš atminties, kuri buvo registrų rinkinys, ALU, įvesties/išvesties įrenginio ir valdymo įrenginio (3.7 pav.).

Įvesties įrenginys perduodamas komandas ir duomenis į ALU, iš kurio jie buvo įrašyti į atmintį. Visi komandos, kurių visuma vadinama programa, įrašomi į atmintį į gretimus langelius jų adresų didėjimo tvarka, o duomenys, kuriuos reikia apdoroti, įrašomi į langelius su savavališkais adresais. Paskutinė programos komanda būtinai yra sustabdymo komanda. Kiekvienoje komandoje yra operacijos, kurią reikia atlikti, kodas ir langelių, kuriuose yra šios komandos apdoroti duomenys, adresai. Valdymo įrenginyje yra specialus registras, vadinamas " Programų skaitiklis“ Įkėlus programą ir duomenis į atmintį, į programų skaitiklį įrašomas pirmosios programos komandos adresas. Po to kompiuteris pereina į automatinio programos vykdymo režimą.

Ryžiai. 3.7. von Neumann mašina

Valdymo įtaisas nuskaito iš atminties atminties langelio, kurio adresas yra programų skaitiklyje, turinį ir įdeda į specialų įrenginį - “ Komandų registras“ Komandų registras išsaugo komandą, kol ji vykdoma. Valdymo įrenginys iššifruoja komandos operacijos tipą, iš atminties nuskaito duomenis, kurių adresai nurodyti komandoje, ir pradeda ją vykdyti. Kiekvienai komandai valdymo įrenginys turi savo apdorojimo algoritmą, kurį sudaro valdymo signalų generavimas visiems kitiems mašinos įrenginiams. Šis algoritmas gali būti įgyvendintas kombinuotų loginių schemų pagrindu arba naudojant specialią vidinę atmintį, kur šie algoritmai buvo parašyti mikroinstrukcijomis, sujungtomis į mikroprogramas. Mikroprograma vykdoma tuo pačiu principu kaip ir pagrindinėje atmintyje esančios programos, t.y. pagal von Neumanno principą. Kiekvienoje mikroinstrukcijoje yra mašinų įrenginių valdymo signalų rinkinys. Atkreipkite dėmesį, kad įrenginiai, skirti valdyti procesoriaus komandų vykdymą šiuolaikinėse kompiuterių sistemose, taip pat yra sukurti kombinuotų grandinių arba mikroprogramų automatų principu, pagal kurį jie skirstomi į RISC Ir CISC procesoriai, kurie bus aptarti toliau.

Bet kurios komandos vykdymo mikroprogramoje būtinai yra signalų, kurie pakeičia programos skaitiklio turinį vienu. Taigi, įvykdžius kitą komandą, programos skaitiklis nurodė kitą atminties langelį, kuriame buvo kita programos komanda. Valdymo įrenginys nuskaito komandą, kurios adresas yra programos skaitiklyje, įdeda į komandų registrą ir pan. Šis procesas tęsiasi tol, kol kita vykdomoji komanda pasirodo esanti komanda sustabdyti programos vykdymą. Įdomu pastebėti, kad ir instrukcijos, ir atmintyje esantys duomenys yra dvejetainiai sveikųjų skaičių rinkiniai. Valdymo įrenginys negali atskirti komandos nuo duomenų, todėl, jei programuotojas pamiršo baigti programą su sustabdymo komanda, valdymo įrenginys nuskaito kitas atminties ląsteles, kuriose nebėra programos komandų, ir bando jas interpretuoti kaip komandas.

Ypatingu atveju gali būti laikomos besąlyginės arba sąlyginės šuolio komandos, kai reikia vykdyti komandą, kuri nėra šalia esamos, o yra atskirta nuo duotosios tam tikru adresų skaičiumi. Šiuo atveju šuolio komandoje yra langelio, į kurį turi būti perkeltas valdymas, adresas. Šį adresą valdymo įrenginys įrašo tiesiai į programos skaitiklį ir įvyksta perėjimas prie atitinkamos programos komandos.

Thuringo mašina

Tiuringo mašina (MT)- abstrakčiųjų atlikėjų (abstrakčių skaičiavimo mašinų). 1936 m. Alanas Turingas pasiūlė formalizuoti algoritmo sąvoką.

Tiuringo mašina yra baigtinių būsenų mašinos išplėtimas ir, remiantis Church-Turingo teze, galintis mėgdžioti visus atlikėjus(nurodant perėjimo taisykles), kurios kažkaip įgyvendina žingsnis po žingsnio skaičiavimo procesą, kuriame kiekvienas skaičiavimo žingsnis yra gana elementarus.

Tiuringo mašinos struktūra[

Tiuringo mašina turi neribotą abiem kryptimis juostele(Galimos Tiuringo mašinos, turinčios keletą begalinių juostų), suskirstytos į ląsteles ir valdymo įtaisas(taip pat vadinama skaitymo-rašymo galva(GZCH)), galintis būti viename iš būsenų rinkinys. Galimų valdymo įrenginio būsenų skaičius yra baigtinis ir tiksliai nurodytas.

Valdymo įtaisas gali judėti į kairę ir dešinę išilgai juostos, skaityti ir įrašyti kai kurių baigtinių abėcėlės simbolius į langelius. Išsiskiria ypatingai tuščia simbolis, užpildantis visus juostos langelius, išskyrus tuos iš jų (galutinį skaičių), ant kurių užrašyti įvesties duomenys.

Valdymo įtaisas veikia pagal perėjimo taisyklės, kurie atspindi algoritmą, realizuojamasši Tiuringo mašina. Kiekviena perėjimo taisyklė nurodo mašinai, atsižvelgiant į esamą būseną ir dabartiniame langelyje stebimą simbolį, įrašyti naują simbolį į šį langelį, pereiti į naują būseną ir perkelti vieną langelį į kairę arba dešinę. Kai kurios Tiuringo mašinos būsenos gali būti pažymėtos kaip terminalas, o eiti į bet kurį iš jų reiškia darbo pabaigą, algoritmo stabdymą.

Tiuringo mašina vadinama deterministinis, jei kiekvienas būsenos ir juostelės simbolio derinys lentelėje atitinka daugiausia vieną taisyklę. Jei yra pora „juostos simbolis – būsena“, kuriai yra 2 ar daugiau nurodymų, tokia Tiuringo mašina vadinama nedeterministinis.

Tiuringo mašinos aprašymas[

Konkreti Tiuringo mašina apibrėžiama išvardijant abėcėlės A raidžių rinkinio elementus, būsenų rinkinį Q ir taisyklių rinkinį, pagal kurį mašina veikia. Jie turi formą: q i a j →q i1 a j1 d k (jei galva yra būsenoje q i, o raidė a j parašyta stebimoje ląstelėje, tai galva pereina į būseną q i1, langelyje rašoma a j1 vietoj j galva daro judesį d k, kuris turi tris parinktis: viena ląstelė į kairę (L), viena ląstelė į dešinę (R), likti vietoje (N)). Kiekvienai įmanomai konfigūracijai yra lygiai viena taisyklė (nedeterministinei Tiuringo mašinai taisyklių gali būti ir daugiau). Nėra taisyklių tik galutinei būsenai, kai automobilis sustoja. Be to, turite nurodyti galutinę ir pradinę būsenas, pradinę konfigūraciją juostoje ir mašinos galvutės vietą.

Tiuringo mašinos pavyzdys[

Pateiksime MT pavyzdį, skirtą skaičiams dauginti unarinėje skaičių sistemoje. Taisyklės „q i a j →q i1 a j1 R/L/N“ įvedimą reikia suprasti taip: q i – būsena, kurioje ši taisyklė vykdoma, a j – duomenys langelyje, kuriame yra galvutė, q i1 yra būsena, į kurią reikia eiti, a j1 - ką reikia įrašyti langelyje, R/L/N - komanda judėti.

Johno von Neumanno kompiuterio architektūra

Von Neumann architektūra– gerai žinomas bendro komandų ir duomenų saugojimo kompiuterio atmintyje principas. Tokio pobūdžio skaičiavimo sistemos dažnai vadinamos „von Neumann“ mašinomis, tačiau šių sąvokų atitikimas ne visada yra vienareikšmis. Apskritai, kai kalbama apie von Neumann architektūrą, jie turi omenyje duomenų ir instrukcijų saugojimo vienoje atmintyje principą.

Von Neumann principai

von Neumanno principai[

Atminties homogeniškumo principas

Komandos ir duomenys saugomi toje pačioje atmintyje ir išoriškai neatskiriami atmintyje. Juos galima atpažinti tik pagal naudojimo būdą; tai yra ta pati reikšmė atminties langelyje gali būti naudojama kaip duomenys, kaip komanda ir kaip adresas, priklausomai tik nuo to, kaip ji pasiekiama. Tai leidžia su komandomis atlikti tas pačias operacijas kaip ir su skaičiais ir atitinkamai atveria daugybę galimybių. Taigi, cikliškai keičiant komandos adreso dalį, galima pasiekti nuoseklius duomenų masyvo elementus. Ši technika vadinama komandų modifikavimu ir šiuolaikinio programavimo požiūriu nerekomenduojama. Naudingesnė yra kita homogeniškumo principo pasekmė, kai vienos programos nurodymus galima gauti vykdant kitą programą. Šia galimybe grindžiamas vertimas – programos teksto vertimas iš aukšto lygio kalbos į konkretaus kompiuterio kalbą.

Nukreipimo principas

Struktūriškai pagrindinė atmintis susideda iš sunumeruotų langelių, o bet kuri ląstelė yra prieinama procesoriui bet kuriuo metu. Dvejetainiai komandų ir duomenų kodai suskirstomi į informacijos vienetus, vadinamus žodžiais ir saugomi atminties ląstelėse, o norint juos pasiekti, naudojami atitinkamų langelių numeriai – adresai.

Programos valdymo principas

Visi algoritmo numatyti uždavinio sprendimo skaičiavimai turi būti pateikti programos, susidedančios iš kontrolinių žodžių - komandų sekos, forma. Kiekviena komanda nurodo tam tikrą operaciją iš kompiuterio įdiegtų operacijų rinkinio. Programos komandos yra saugomos nuosekliose kompiuterio atminties ląstelėse ir vykdomos natūralia seka, tai yra, jų padėties programoje tvarka. Jei reikia, naudojant specialias komandas, šią seką galima pakeisti. Sprendimas pakeisti programos komandų vykdymo tvarką priimamas arba remiantis ankstesnių skaičiavimų rezultatų analize, arba besąlygiškai.

Procesorių tipai

Mikroprocesorius- tai įrenginys, kuris yra vienas ar daugiau didelių integrinių grandynų (LSI), atliekančių kompiuterio procesoriaus funkcijas Klasikinis skaičiavimo įrenginys susideda iš aritmetinio vieneto (AU), valdymo įrenginio (CU), saugojimo įrenginio (SU). ) ir įvesties-išvesties įrenginį (I/O)).

IntelCeleron 400 Socket 370 plastikiniame PPGA dėkle, vaizdas iš viršaus.

Yra įvairių architektūrų procesorių.

CISC(angl. ComplexInstructionSetComputing) yra procesoriaus dizaino koncepcija, kuriai būdingas toks ypatybių rinkinys:

· daug įvairaus formato ir ilgio komandų;

· daugybės skirtingų adresavimo būdų įdiegimas;

· turi sudėtingą instrukcijų kodavimą.

CISC procesorius turi susidoroti su sudėtingesnėmis nevienodo ilgio instrukcijomis. Vieną CISC komandą galima vykdyti greičiau, tačiau vienu metu apdoroti kelias CISC komandas yra sunkiau.

Norint palengvinti programų derinimą surinkiklyje, mikroprocesoriaus blokas turi būti perkrautas mazgais. Norint pagerinti našumą, reikia padidinti laikrodžio dažnį ir integracijos laipsnį, todėl reikia tobulinti technologijas ir dėl to brangiau gaminti.

CISC architektūros privalumai[Rodyti]

CISC architektūros trūkumai[Rodyti]

RISC(Reduced Instruction Set Computing). Procesorius su sumažintu instrukcijų rinkiniu. Komandų sistema yra supaprastinta. Visos komandos turi tą patį formatą ir paprastą kodavimą. Atmintis pasiekiama naudojant įkėlimo ir rašymo komandas, likusios komandos yra registro-registro tipo. Į procesorių įvedanti komanda jau suskirstyta į laukus ir nereikalauja papildomo iššifravimo.

Dalis kristalo atlaisvinama, kad tilptų papildomi komponentai. Integravimo laipsnis yra mažesnis nei ankstesniame architektūriniame variante, todėl dideliam našumui leidžiami mažesni laikrodžio dažniai. Komanda mažiau užgriozdina RAM, o CPU pigesnis. Šios architektūros nesuderinamos su programine įranga. RISC programų derinimas yra sunkesnis. Ši technologija gali būti įdiegta programinėje įrangoje, suderinamoje su CISC technologija (pavyzdžiui, superskaliarine technologija).

Kadangi RISC instrukcijos yra paprastos, joms vykdyti reikia mažiau loginių vartų, o tai galiausiai sumažina procesoriaus kainą. Tačiau dauguma programinės įrangos šiandien yra parašyta ir sudaryta specialiai Intel CISC procesoriams. Norint naudoti RISC architektūrą, dabartinės programos turi būti perkompiliuotos ir kartais perrašytos.

Laikrodžio dažnis

Laikrodžio dažnis rodo greitį, kuriuo centrinis procesorius vykdo komandas.
Taktiškumas – tai laiko tarpas, reikalingas elementariai operacijai atlikti.

Neseniai centrinio procesoriaus taktinis dažnis buvo tiesiogiai tapatinamas su jo našumu, tai yra, kuo didesnis procesoriaus taktinis dažnis, tuo jis produktyvesnis. Praktiškai turime situaciją, kai skirtingų dažnių procesoriai turi vienodą našumą, nes per vieną laikrodžio ciklą gali vykdyti skirtingą komandų skaičių (priklausomai nuo branduolio konstrukcijos, magistralės pralaidumo, talpyklos atminties).

Procesoriaus laikrodžio greitis yra proporcingas sistemos magistralės dažniui ( žr. žemiau).

Bitelio gylis

Procesoriaus talpa yra reikšmė, kuri apibrėžia informacijos kiekį, kurį centrinis procesorius gali apdoroti per vieną laikrodžio ciklą.

Pavyzdžiui, jei procesorius yra 16 bitų, tai reiškia, kad per vieną laikrodžio ciklą jis gali apdoroti 16 bitų informacijos.

Manau, visi supranta, kad kuo didesnis procesoriaus bitų gylis, tuo didesnius informacijos kiekius jis gali apdoroti.

Paprastai kuo didesnė procesoriaus talpa, tuo didesnis jo našumas.

Šiuo metu naudojami 32 ir 64 bitų procesoriai. Procesoriaus dydis nereiškia, kad jis privalo vykdyti komandas su tuo pačiu bitų dydžiu.

Laikinoji atmintis

Pirmiausia atsakykime į klausimą, kas yra talpyklos atmintis?

Laikinoji atmintis – tai didelės spartos kompiuterio atmintis, skirta laikinai saugoti informaciją (vykdomųjų programų kodą ir duomenis), reikalingą centriniam procesoriui.

Kokie duomenys saugomi talpykloje?

Dažniausiai naudojamas.

Kokia yra talpyklos atminties paskirtis?

Faktas yra tas, kad RAM našumas yra daug mažesnis, palyginti su procesoriaus našumu. Pasirodo, procesorius laukia duomenų iš RAM – tai sumažina procesoriaus našumą, taigi ir visos sistemos našumą. Laikinoji atmintis sumažina procesoriaus delsą išsaugodama vykdomų programų, kurias procesorius dažniausiai pasiekė, duomenis ir kodus (skirtumas tarp talpyklos ir kompiuterio RAM yra tas, kad spartinančiosios atminties greitis yra dešimtis kartų didesnis).

Laikinoji atmintis, kaip ir įprasta atmintis, turi talpą. Kuo didesnė talpyklos talpa, tuo didesnis duomenų kiekis gali dirbti.

Yra trys talpyklos atminties lygiai: talpyklos atmintis Pirmas (L1), antra (L2) ir trečias (L3). Pirmieji du lygiai dažniausiai naudojami šiuolaikiniuose kompiuteriuose.

Pažvelkime atidžiau į visus tris talpyklos atminties lygius.

Pirmoji talpykla lygis yra greičiausia ir brangiausia atmintis.

L1 talpykla yra tame pačiame luste kaip procesorius ir veikia procesoriaus dažniu (taigi greičiausias našumas) ir yra naudojamas tiesiogiai procesoriaus branduolyje.

Pirmojo lygio talpyklos talpa yra nedidelė (dėl didelės kainos) ir matuojama kilobaitais (dažniausiai ne daugiau kaip 128 KB).

L2 talpykla yra didelės spartos atmintis, kuri atlieka tas pačias funkcijas kaip ir L1 talpykla. Skirtumas tarp L1 ir L2 yra tas, kad pastarasis turi mažesnę spartą, bet didesnę talpą (nuo 128 KB iki 12 MB), o tai labai praverčia atliekant daug resursų reikalaujančias užduotis.

L3 talpykla esantis pagrindinėje plokštėje. L3 yra žymiai lėtesnis nei L1 ir L2, bet greitesnis nei RAM. Akivaizdu, kad L3 tūris yra didesnis nei L1 ir L2 tūris. 3 lygio talpykla randama labai galinguose kompiuteriuose.

Šerdžių skaičius

Šiuolaikinės procesorių gamybos technologijos leidžia vienoje pakuotėje įdėti daugiau nei vieną branduolį. Kelių branduolių buvimas žymiai padidina procesoriaus našumą, tačiau tai nereiškia, kad yra n šerdys padidina našumą n kartą. Be to, daugelio branduolių procesorių problema yra ta, kad šiandien yra palyginti nedaug programų, parašytų atsižvelgiant į tai, kad procesoriuje yra keli branduoliai.

Kelių branduolių procesorius, visų pirma, leidžia įgyvendinti daugiafunkcinę funkciją: paskirstyti programų darbą tarp procesoriaus branduolių. Tai reiškia, kad kiekvienas atskiras branduolys vykdo savo programą.

Pagrindinės plokštės struktūra

Prieš pasirenkant pagrindinę plokštę, reikia bent paviršutiniškai apsvarstyti jos struktūrą. Nors čia verta pastebėti, kad pagrindinės plokštės lizdų ir kitų dalių vieta ypatingo vaidmens nevaidina.

Pirmas dalykas, į kurį turėtumėte atkreipti dėmesį, yra procesoriaus lizdas. Tai nedidelė kvadratinė įduba su tvirtinimo detale.

Tiems, kurie yra susipažinę su terminu „overlocking“ (kompiuterio perjungimas), turėtumėte atkreipti dėmesį į dvigubo radiatoriaus buvimą. Dažnai pagrindinės plokštės neturi dvigubo radiatoriaus. Todėl tiems, kurie ateityje ketina peršokti kompiuterį, patartina pasirūpinti, kad šis elementas būtų lentoje.

Pailgi PCI-Express lizdai skirti vaizdo plokštėms, TV imtuvams, garso ir tinklo plokštėms. Vaizdo plokštėms reikalingas didelis pralaidumas ir naudojamos PCI-Express X16 jungtys. Kitiems adapteriams naudojamos PCI-Express X1 jungtys.

Eksperto patarimas!Skirtingo pralaidumo PCI lizdai atrodo beveik vienodai. Verta ypač atidžiai žiūrėti į jungtis ir perskaityti po jomis esančias etiketes, kad staigiai nenusivyltumėte namuose montuojant vaizdo plokštes.

Mažesnės jungtys skirtos RAM atmintinėms. Paprastai jie yra juodos arba mėlynos spalvos.

Plokštės mikroschemų rinkinys paprastai yra paslėptas po radiatoriumi. Šis elementas yra atsakingas už bendrą procesoriaus ir kitų sistemos bloko dalių veikimą.

Kietajam diskui prijungti naudojamos mažos kvadratinės jungtys plokštės krašte. Kitoje pusėje yra įvesties ir išvesties įrenginių (USB, pelės, klaviatūros ir kt.) jungtys.

Gamintojas

Daugelis įmonių gamina pagrindines plokštes. Išskirti geriausius ar blogiausius iš jų beveik neįmanoma. Kokybišku gali būti vadinamas bet koks įmonės mokėjimas. Dažnai net nežinomi gamintojai siūlo gerus produktus.

Paslaptis ta, kad visose plokštėse yra dviejų kompanijų: AMD ir Intel mikroschemų rinkiniai. Be to, mikroschemų rinkinių skirtumai yra nereikšmingi ir vaidina svarbų vaidmenį tik sprendžiant labai specializuotas problemas.

Formos koeficientas

Kalbant apie pagrindines plokštes, dydis yra svarbus. Standartinis ATX formos koeficientas yra daugumoje namų kompiuterių. Didelis dydis, taigi ir daugybė lizdų, leidžia pagerinti pagrindines kompiuterio charakteristikas.

Mažesnė mATX versija yra mažiau paplitusi. Tobulėjimo galimybės ribotos.

Taip pat yra mITX. Šis formos faktorius randamas biudžetiniuose biuro kompiuteriuose. Našumo gerinimas yra arba neįmanomas, arba neturi prasmės.

Dažnai procesoriai ir plokštės parduodami kaip rinkinys. Tačiau jei procesorius buvo įsigytas anksčiau, svarbu užtikrinti, kad jis būtų suderinamas su plokšte. Pažiūrėjus į lizdą, galima akimirksniu nustatyti procesoriaus ir pagrindinės plokštės suderinamumą.

Lustų rinkinys

Visų sistemos komponentų jungiamoji grandis yra mikroschemų rinkinys. Lustų rinkinius gamina dvi įmonės: Intel ir AMD. Tarp jų nėra didelio skirtumo. Bent jau paprastam vartotojui.

Standartinius mikroschemų rinkinius sudaro šiaurinis ir pietinis tiltas. Naujausius „Intel“ modelius sudaro tik šiauriniai. Tai buvo padaryta ne siekiant sutaupyti pinigų. Šis veiksnys jokiu būdu nesumažina mikroschemų rinkinio našumo.

Šiuolaikiškiausi „Intel“ mikroschemų rinkiniai susideda iš vieno tilto, nes dauguma valdiklių dabar yra procesoriuje, įskaitant DD3 RAM valdiklį, PCI-Express 3.0 ir kai kuriuos kitus.

AMD analogai sukurti pagal tradicinį dviejų tiltų dizainą. Pavyzdžiui, 900 serija aprūpinta pietų tiltu SB950 ir šiauriniu tiltu 990FX (990X, 970).

Renkantis mikroschemų rinkinį, reikėtų pradėti nuo šiaurinio tilto galimybių. Northbridge 990FX gali palaikyti 4 vaizdo plokščių veikimą vienu metu CrossFire režimu. Daugeliu atvejų tokia galia yra per didelė. Tačiau sunkių žaidimų gerbėjams ar tiems, kurie dirba su reikliais grafikos redaktoriais, šis mikroschemų rinkinys bus tinkamiausias.

Šiek tiek apleista 990X versija vis dar gali palaikyti dvi vaizdo plokštes vienu metu, tačiau 970 modelis veikia tik su viena vaizdo plokšte.

Pagrindinės plokštės išdėstymas

· duomenų apdorojimo posistemis;

· elektros energijos tiekimo posistemis;

· pagalbiniai (serviso) blokai ir mazgai.

Pagrindiniai pagrindinės plokštės duomenų apdorojimo posistemio komponentai parodyti fig. 1.3.14.

1 – procesoriaus lizdas; 2 – priekinė padanga; 3 – šiaurinis tiltas; 4 – laikrodžio generatorius; 5 – atminties magistralė; 6 – RAM jungtys; 7 – IDE (ATA) jungtys; 8 – SATA jungtys; 9 – pietinis tiltas; 10 – IEEE 1394 jungtys; 11 – USB jungtys; 12 – Ethernet tinklo jungtis; 13 – garso jungtys; 14 – LPC autobusas; 15 – Super I/O valdiklis; 16 – PS/2 prievadas;

17 – lygiagretusis prievadas; 18 – nuoseklieji prievadai; 19 – Diskelio jungtis;

20 – BIOS; 21 – PCI magistralė; 22 – PCI jungtys; 23 – AGP arba PCI Express jungtys;

24 – vidinis autobusas; 25 – AGP/PCI Express magistralė; 26 – VGA jungtis

FPM (Fast Page Mode) yra dinaminės atminties tipas.
Jo pavadinimas atitinka veikimo principą, nes modulis leidžia greičiau pasiekti duomenis, esančius tame pačiame puslapyje kaip ir ankstesnio ciklo metu perduoti duomenys.
Šie moduliai buvo naudojami daugumoje 486 kompiuterių ir ankstyvųjų Pentium pagrįstų sistemų maždaug 1995 m.

EDO (Extended Data Out) moduliai pasirodė 1995 metais kaip naujo tipo atmintis kompiuteriams su Pentium procesoriais.
Tai modifikuota FPM versija.
Skirtingai nei jo pirmtakai, EDO pradeda gauti kitą atminties bloką tuo pačiu metu, kai siunčia ankstesnį bloką į centrinį procesorių.

SDRAM (sinchroninė DRAM) yra laisvosios kreipties atminties tipas, kuris veikia taip greitai, kad gali būti sinchronizuojamas su procesoriaus dažniu, išskyrus budėjimo režimus.
Mikroschemos yra suskirstytos į du ląstelių blokus, kad prieiti prie bito viename bloke vyksta pasiruošimas prieiti prie bito kitame bloke.
Jei laikas pasiekti pirmą informaciją buvo 60 ns, visi tolesni intervalai buvo sumažinti iki 10 ns.
Nuo 1996 m. dauguma „Intel“ mikroschemų rinkinių pradėjo palaikyti šio tipo atminties modulius, todėl jis buvo labai populiarus iki 2001 m.

SDRAM gali veikti 133 MHz dažniu, tai yra beveik tris kartus greičiau nei FPM ir du kartus greičiau nei EDO.
Dauguma kompiuterių su Pentium ir Celeron procesoriais, išleistais 1999 m., naudojo tokio tipo atmintį.

DDR (Double Data Rate) buvo SDRAM plėtra.
Pirmą kartą tokio tipo atminties moduliai rinkoje pasirodė 2001 m.
Pagrindinis skirtumas tarp DDR ir SDRAM yra tas, kad užuot padvigubinę laikrodžio greitį, kad pagreitintų veiklą, šie moduliai perduoda duomenis du kartus per laikrodžio ciklą.
Dabar tai yra pagrindinis atminties standartas, tačiau jis jau pradeda užleisti vietą DDR2.

DDR2 (Double Data Rate 2) yra naujesnis DDR variantas, kuris teoriškai turėtų būti dvigubai greitesnis.
DDR2 atmintis pirmą kartą pasirodė 2003 m., o ją palaikantys mikroschemų rinkiniai pasirodė 2004 m. viduryje.
Ši atmintis, kaip ir DDR, per laikrodžio ciklą perduoda du duomenų rinkinius.
Pagrindinis skirtumas tarp DDR2 ir DDR yra galimybė dirbti žymiai didesniu laikrodžio dažniu dėl patobulinto dizaino.
Tačiau modifikuota veikimo schema, leidžianti pasiekti aukštus laikrodžio dažnius, tuo pačiu padidina vėlavimą dirbant su atmintimi.

DDR3 SDRAM (dvigubos duomenų perdavimo spartos sinchroninė dinaminė laisvosios kreipties atmintis, trečioji karta) yra laisvosios kreipties atminties tipas, naudojamas skaičiavimuose kaip RAM ir vaizdo atmintis.
Jis pakeitė DDR2 SDRAM atmintį.

DDR3, palyginti su DDR2 moduliais, suvartoja 40 % mažiau energijos, o tai yra dėl mažesnės (1,5 V, palyginti su 1,8 V DDR2 ir 2,5 V DDR) atminties elementų maitinimo įtampa.
Maitinimo įtampa sumažinama naudojant 90 nm (iš pradžių, vėliau 65, 50, 40 nm) proceso technologiją mikroschemų gamyboje ir dviejų vartų tranzistorius (tai padeda sumažinti nuotėkio sroves). .

DIMM su DDR3 atmintimi nėra mechaniškai suderinami su tais pačiais DDR2 atminties moduliais (raktas yra kitoje vietoje), todėl DDR2 negalima įdiegti į DDR3 lizdus (tai daroma siekiant išvengti klaidingo kai kurių modulių įdiegimo vietoj kitų – šie atminties tipai nėra vienodi pagal elektrinius parametrus).

RAMBUS (RIMM)

RAMBUS (RIMM) yra atminties tipas, kuris rinkoje pasirodė 1999 m.
Jis pagrįstas tradicine DRAM, bet su radikaliai pakeista architektūra.
Dėl RAMBUS konstrukcijos prieiga prie atminties tampa išmanesnė, leidžianti iš anksto pasiekti duomenis ir šiek tiek apkrauti centrinį procesorių.
Pagrindinė šių atminties modulių idėja yra priimti duomenis mažais paketais, bet labai dideliu laikrodžio greičiu.
Pavyzdžiui, SDRAM gali perduoti 64 bitus informacijos 100 MHz dažniu, o RAMBUS – 16 bitų 800 MHz dažniu.
Šie moduliai nebuvo sėkmingi, nes „Intel“ turėjo daug problemų juos įgyvendinant.
RDRAM moduliai pasirodė Sony Playstation 2 ir Nintendo 64 žaidimų konsolėse.

RAM reiškia Random Access Memory – atmintis, kuri pasiekiama pagal adresą. Nuosekliai pasiekiami adresai gali įgyti bet kokią reikšmę, todėl bet kurį adresą (arba „ląstelę“) galima pasiekti nepriklausomai.

Statistinė atmintis yra atmintis, sukurta iš statinių jungiklių. Jis saugo informaciją tol, kol tiekiamas maitinimas. Paprastai vienam bitui SRAM grandinėje saugoti reikia mažiausiai šešių tranzistorių. SRAM naudojama mažose sistemose (iki kelių šimtų KB RAM) ir naudojama ten, kur prieigos greitis yra labai svarbus (pvz., talpykla procesorių viduje arba pagrindinėse plokštėse).

Dinaminė atmintis (DRAM) atsirado 70-ųjų pradžioje. Jis pagrįstas talpiniais elementais. DRAM galime galvoti kaip kondensatorių, valdomų perjungiančiais tranzistorius, seriją. Vienam bitui saugoti reikia tik vieno „kondensatoriaus tranzistoriaus“, todėl DRAM talpa didesnė nei SRAM (ir yra pigesnė).
DRAM yra organizuotas kaip stačiakampis ląstelių masyvas. Norėdami pasiekti langelį, turime pasirinkti eilutę ir stulpelį, kuriuose yra tas langelis. Paprastai tai įgyvendinama taip, kad aukštoji adreso dalis nukreiptų į eilutę, o žemesnė adreso dalis – į eilutės langelį („stulpelis“). Istoriškai (dėl lėto greičio ir mažų IC paketų 70-ųjų pradžioje) DRAM lustui adresas buvo pateikiamas dviem etapais – eilutės adresas su stulpelio adresu tose pačiose eilutėse. Pirmiausia lustas gauna eilutės adresą, o tada po kelių nanosekundžių stulpelio adresas perduodamas į tą pačią eilutę.Schema nuskaito duomenis ir perduoda juos į išvestį.Rašymo ciklo metu duomenis lustas priima kartu su stulpelio adresu.Naudojamos kelios valdymo linijos. valdo lustą RAS (Row Address Strobe) signalai, kurie perduoda eilutės adresą ir taip pat aktyvuoja visą lustą CAS (Stulpelio Adreso Strobe) signalai, kurie perduoda stulpelio adresą WE (Write Enable), rodančius, kad atlikta prieiga yra rašymo prieiga OE ( Išvesties įjungimas) atidaro buferius, naudojamus duomenims iš atminties lusto perkelti į „host“ (procesorių).
FP DRAM

Kadangi kiekvienai prieigai prie klasikinės DRAM reikia perduoti du adresus, tai buvo per lėta 25 MHz įrenginiams. FP (Fast Page) DRAM yra klasikinės DRAM variantas, kuriame nereikia perkelti eilutės adreso kiekviename prieigos cikle. Kol RAS eilutė aktyvi, eilutė lieka pažymėta ir atskirus langelius iš tos eilutės galima pasirinkti perduodant tik stulpelio adresą. Taigi, nors atminties ląstelė išlieka ta pati, prieigos laikas yra trumpesnis, nes daugeliu atvejų reikia tik vienos adreso perdavimo fazės.

EDO (Extended Data Out) DRAM yra FP DRAM variantas. FP DRAM stulpelio adresas turi išlikti teisingas per visą duomenų perdavimo laikotarpį. Duomenų buferiai aktyvuojami tik stulpelio adresų perdavimo ciklo metu, CAS signalo aktyvumo lygio signalu. Duomenys turi būti nuskaityti iš atminties duomenų magistralės prieš gaunant naują stulpelio adresą į lustą. EDO atmintis saugo duomenis išvesties buferiuose po to, kai CAS signalas grįžta į neaktyvią būseną ir pašalinamas stulpelio adresas. Kito stulpelio adresas gali būti perduodamas lygiagrečiai nuskaitant duomenis. Tai suteikia galimybę naudoti dalinį atitikimą skaitant. Nors EDO RAM atminties ląstelės yra tokios pat spartos kaip FP DRAM, nuosekli prieiga gali būti greitesnė. Taigi EDO turėtų būti kažkas greitesnio nei FP, ypač norint pasiekti didelę prieigą (pvz., grafikos programose).

Vaizdo įrašų RAM gali būti pagrįsta bet kuria iš aukščiau išvardytų DRAM architektūrų. Be toliau aprašyto „įprasto“ prieigos mechanizmo, VRAM turi vieną ar du specialius nuosekliuosius prievadus. VRAM dažnai vadinama dviejų arba trijų prievadų atmintimi. Nuosekliuose prievaduose yra registrai, kuriuose galima saugoti visos serijos turinį. Galima perkelti duomenis iš visos atminties masyvo eilutės į registrą (arba atvirkščiai) per vieną prieigos ciklą. Tada duomenis galima nuskaityti iš serijinio registro arba įrašyti į jį bet kokio ilgio dalimis. Kadangi registrą sudaro greiti, statiški langeliai, prieiga prie jo yra labai greita, paprastai kelis kartus greičiau nei atminties masyvas. Daugumoje įprastų programų VRAM naudojama kaip ekrano atminties buferis. Lygiagrečiąjį prievadą (standartinę sąsają) naudoja procesorius, o nuoseklųjį prievadą – duomenims apie ekrano taškus perduoti (arba duomenims iš vaizdo šaltinio nuskaityti).

WRAM yra patentuota atminties architektūra, kurią sukūrė Matrox ir (kas dar, leiskite prisiminti... - Samsung?, MoSys?...). Jis panašus į VRAM, bet leidžia greičiau pasiekti pagrindinį kompiuterį. WRAM buvo naudojama Matrox Millenium ir Millenium II vaizdo plokštėse (bet ne šiuolaikinėje Millenium G200).

SDRAM yra visiškai perdaryta DRAM, pristatyta devintajame dešimtmetyje. „S“ reiškia sinchroninį, nes SDRAM įdiegta visiškai sinchroninė (ir todėl labai greita) sąsaja. SDRAM viduje yra (paprastai du) DRAM matricos. Kiekvienas masyvas turi savo nuosavo puslapio registras, kuris (šiek tiek) panašus į nuosekliosios prieigos registrą VRAM. SDRAM veikia daug protingiau nei įprasta DRAM. Visa grandinė sinchronizuojama su išoriniu laikrodžio signalu. Kiekvieno laikrodžio tiksėjimo metu lustas gauna ir vykdo perduotą komandą palei komandų eilutes.Komandinių eilučių pavadinimai išlieka tokie patys kaip ir klasikiniuose DRAM lustuose,tačiau jų funkcijos tik panašios į originalo.Yra komandos duomenims perduoti tarp atminties masyvo ir puslapių registrų bei prieigai prie duomenų puslapių registruose. Prieiga prie puslapių registro yra labai greita – šiuolaikinės SDRAM gali perduoti naują duomenų žodį kas 6...10 ns.

Sinchroninės grafikos RAM yra SDRAM variantas, skirtas grafikos programoms. Techninės įrangos struktūra beveik identiška, todėl dažniausiai galime keisti SDRAM ir SGRAM (žr. Matrox G200 korteles – vieni naudoja SD, kiti SG). Skirtumas yra puslapių registro atliekamose funkcijose. SG gali įrašyti kelias vietas per vieną ciklą (tai leidžia labai greitai užpildyti spalvas ir išvalyti ekraną) ir gali įrašyti tik kelis bitus viename žodyje (bitai parenkami pagal sąsajos grandinės saugomą bitų kaukę). Todėl SG yra greitesnis grafikos programose, nors fiziškai ne greitesnis nei SD naudojant „įprastą“. Papildomas SG funkcijas naudoja grafikos greitintuvai. Manau, kad ekrano išvalymas ir ypač Z-buferio galimybės yra labai naudingos.

RAMBUS (RDRAM)

RAMBUS (prekės ženklas RAMBUS, Inc.) pradėtas kurti devintajame dešimtmetyje, todėl tai nėra naujiena.Šiuolaikinės RAMBUS technologijos sujungia senas, bet labai geras idėjas ir šiandienines atminties gamybos technologijas RAMBUS remiasi paprasta idėja: imame bet kokį gerą DRAM, į lustą įmontuojame statinį buferį (kaip VRAM ir SGRAM), suteikiame specialią, elektroniniu būdu konfigūruojamą sąsają, veikiančią 250...400 MHz. Sąsaja yra mažiausiai dvigubai greitesnė nei naudojama SDRAM, o atsitiktinės prieigos laikas paprastai yra lėtesnis, nuoseklioji prieiga yra labai, labai, labai greita. Atminkite, kad kai buvo pristatytos 250 MHz RDRAM, dauguma DRAM veikė 12...25 MHz dažniais. RDRAM reikalinga speciali sąsaja ir labai kruopštus fizinis išdėstymas Daugumos RDRAM lustų išvaizda labai skiriasi nuo kitų DRAM: visi jie turi visas signalo linijas vienoje pakuotės pusėje (todėl yra vienodo ilgio), o kitoje pusėje yra tik 4 maitinimo linijos. RDRAM naudojamos grafikos plokštėse, pagrįstose Cirrus 546x lustais. Netrukus pamatysime, kad RDRAM bus naudojama kaip pagrindinė kompiuterio atmintis.

Kietojo disko įrenginys.

Kietajame diske yra plokščių rinkinys, dažniausiai atstojančių metalinius diskus, padengtas magnetine medžiaga – plokštele (gama ferito oksidas, bario feritas, chromo oksidas...) ir sujungtų viena su kita naudojant veleną (veleną, ašį).

Patys diskai (maždaug 2 mm storio) pagaminti iš aliuminio, žalvario, keramikos arba stiklo. (žr. paveikslėlį)

Įrašymui naudojami abu diskų paviršiai. Naudojamos 4-9 plokštės. Velenas sukasi dideliu pastoviu greičiu (3600-7200 aps./min.)

Diskų sukimas ir radikalus galvučių judėjimas atliekamas naudojant 2 elektros variklius.

Duomenys įrašomi arba nuskaitomi naudojant rašymo / skaitymo galvutes, po vieną kiekviename disko paviršiuje. Galvučių skaičius lygus visų diskų darbinių paviršių skaičiui.

Informacija diske įrašoma griežtai apibrėžtose vietose – koncentriniuose takeliuose (takuose). Trasos suskirstytos į sektorius. Viename sektoriuje yra 512 baitų informacijos.

Duomenų mainai tarp RAM ir NMD vyksta nuosekliai sveikuoju skaičiumi (klasteriu). Klasteris – nuoseklių sektorių grandinės (1,2,3,4,…)

Specialus variklis, naudodamas laikiklį, nustato skaitymo / rašymo galvutę ant nurodyto takelio (judina ją radialine kryptimi).

Kai diskas pasukamas, galvutė yra virš norimo sektoriaus. Akivaizdu, kad visos galvutės juda vienu metu ir skaito informaciją; duomenų galvutės juda vienu metu ir nuskaito informaciją iš identiškų takelių skirtinguose diskuose.

Kietojo disko takeliai su tuo pačiu serijos numeriu skirtinguose standžiųjų diskų diskuose vadinami cilindru.

Skaitymo ir rašymo galvutės juda lėkštės paviršiumi. Kuo arčiau galvutė yra prie disko paviršiaus jo neliesdama, tuo didesnis leistinas įrašymo tankis .

Kietojo disko sąsajos.

IDE (ATA – Advanced Technology Attachment) yra lygiagreti sąsaja diskų prijungimui, todėl ji buvo pakeista (su SATA išvestimi) į PATA (Parallel ATA). Anksčiau buvo naudojamas kietiesiems diskams prijungti, tačiau jį išstūmė SATA sąsaja. Šiuo metu naudojamas optiniams diskams prijungti.

SATA (Serial ATA) – nuoseklioji sąsaja duomenų mainams su diskais. Jungimui naudojama 8 kontaktų jungtis. Kaip ir PATA atveju, jis yra pasenęs ir naudojamas tik darbui su optiniais įrenginiais. SATA standartas (SATA150) užtikrino 150 MB/s (1,2 Gbit/s) pralaidumą.

SATA 2 (SATA300). SATA 2 standartas padidino pralaidumą dvigubai – iki 300 MB/s (2,4 Gbit/s) ir leidžia veikti 3 GHz dažniu. Standartiniai SATA ir SATA 2 yra suderinami vienas su kitu, tačiau kai kuriems modeliams režimus reikia nustatyti rankiniu būdu, pertvarkant trumpiklius.

SATA 3, nors pagal specifikacijas teisinga vadinti SATA 6Gb/s. Šis standartas padvigubino duomenų perdavimo greitį iki 6 Gbit/s (600 MB/s). Kitos teigiamos naujovės yra NCQ programos valdymo funkcija ir komandos nuolatiniam duomenų perdavimui aukšto prioriteto procesui. Nors sąsaja buvo pristatyta 2009 m., ji dar nėra itin populiari tarp gamintojų ir nedažnai sutinkama parduotuvėse. Be standžiųjų diskų, šis standartas naudojamas SSD (kietojo kūno diskuose). Verta paminėti, kad praktiškai SATA sąsajų pralaidumas nesiskiria duomenų perdavimo greičiu. Praktiškai diskų rašymo ir skaitymo greitis neviršija 100 MB/s. Našumo didinimas turi įtakos tik pralaidumui tarp valdiklio ir disko talpyklos.

SCSI (Small Computer System Interface) – standartas, naudojamas serveriuose, kur reikalingas padidintas duomenų perdavimo greitis.

SAS (Serial Attached SCSI) yra karta, kuri pakeitė SCSI standartą, naudojant nuoseklųjį duomenų perdavimą. Kaip ir SCSI, jis naudojamas darbo stotyse. Visiškai suderinamas su SATA sąsaja.

CF (Compact Flash) – sąsaja atminties kortelių, taip pat 1,0 colio standžiųjų diskų prijungimui. Yra 2 standartai: Compact Flash Type I ir Compact Flash Type II, skirtumas yra storyje.

FireWire yra alternatyvi sąsaja lėtesniam USB 2.0. Naudojamas nešiojamiesiems kietiesiems diskams prijungti. Palaiko greitį iki 400 Mb/s, tačiau fizinis greitis yra mažesnis nei įprastų. Skaitant ir rašant didžiausias slenkstis yra 40 MB/s.

Vaizdo plokščių tipai

Šiuolaikiniai kompiuteriai (nešiojamieji) yra su įvairių tipų vaizdo plokštėmis, kurios tiesiogiai įtakoja našumą grafinėse programose, vaizdo įrašų atkūrimą ir pan.

Šiuo metu naudojami 3 adapterių tipai, kuriuos galima derinti.

Pažvelkime atidžiau į vaizdo plokščių tipus:

• integruotas;
• diskretus;
• hibridas;
• du atskiri;
• Hibridinis SLI.

Integruota vaizdo plokštė– Tai nebrangus variantas. Jame nėra vaizdo atminties ir grafikos procesoriaus. Lustų rinkinio pagalba grafiką apdoroja centrinis procesorius, vietoj vaizdo atminties naudojama RAM. Tokia įrenginių sistema žymiai sumažina kompiuterio našumą apskritai ir ypač grafinį apdorojimą.

Dažnai naudojamas biudžetiniuose kompiuteriuose ar nešiojamuosiuose kompiuteriuose. Leidžia dirbti su biuro programomis, žiūrėti ir redaguoti nuotraukas ir vaizdo įrašus, tačiau neįmanoma žaisti šiuolaikinių žaidimų. Galimos tik senos parinktys su minimaliais sistemos reikalavimais.

Didžiosios daugumos kompiuterių konstravimas grindžiamas šiais bendrais principais, kuriuos 1945 metais suformulavo amerikiečių mokslininkas Johnas von Neumannas (8.5 pav.). Šie principai pirmą kartą buvo paskelbti jo pasiūlymuose dėl EDVAC mašinos. Šis kompiuteris buvo vienas pirmųjų saugomų programinių mašinų, t.y. su programa, saugoma aparato atmintyje, o ne nuskaityta iš perfo kortelės ar kito panašaus įrenginio.

9.5 pav. – Jonas fon Neumannas, 1945 m

1. Programos valdymo principas . Iš to išplaukia, kad programa susideda iš komandų rinkinio, kurias procesorius automatiškai viena po kitos vykdo tam tikra seka.

Programa paimama iš atminties naudojant programų skaitiklį. Šis procesoriaus registras nuosekliai padidina kitos jame saugomos komandos adresą komandos ilgiu.

Ir kadangi programos komandos yra atmintyje viena po kitos, komandų grandinė yra organizuojama iš nuosekliai išdėstytų atminties langelių.

Jeigu, įvykdžius komandą, reikia pereiti ne į kitą, o į kurią nors kitą atminties langelį, naudojamos sąlyginės arba besąlyginės šuolio komandos, kurios į komandų skaitiklį įrašo atminties langelio, kuriame yra kita komanda, numerį. Komandų gavimas iš atminties sustoja pasiekus ir įvykdžius komandą „stop“.

Taigi procesorius vykdo programą automatiškai, be žmogaus įsikišimo.

Pasak Johno von Neumanno, kompiuteris turėtų būti sudarytas iš centrinio aritmetinio-loginio bloko, centrinio valdymo bloko, saugojimo įrenginio ir informacijos įvesties/išvesties įrenginio. Kompiuteris, jo nuomone, turėtų dirbti su dvejetainiais skaičiais ir būti elektroninis (ne elektrinis); atlikti operacijas nuosekliai.

Visi uždavinio sprendimo algoritmo numatyti skaičiavimai turi būti pateikti programos, susidedančios iš kontrolinių žodžių-komandų sekos, forma. Kiekvienoje komandoje yra instrukcijos apie konkrečią atliekamą operaciją, operandų vietą (adresus) ir daugybę paslaugų charakteristikų. Operandai yra kintamieji, kurių reikšmės yra susijusios su duomenų transformavimo operacijomis. Visų kintamųjų sąrašas (masyvas) (įvesties duomenys, tarpinės reikšmės ir skaičiavimo rezultatai) yra dar vienas neatsiejamas bet kurios programos elementas.

Norint pasiekti programas, instrukcijas ir operandus, naudojami jų adresai. Adresai yra kompiuterio atminties langelių, skirtų objektams saugoti, skaičius. Informacija (komandos ir duomenys: skaitinė, tekstinė, grafinė ir kt.) koduojama dvejetainiais skaitmenimis 0 ir 1.

Todėl įvairių tipų informacija, esanti kompiuterio atmintyje, praktiškai nesiskiria, jų identifikavimas įmanomas tik tada, kai programa vykdoma pagal jos logiką kontekste.

2. Atminties homogeniškumo principas . Programos ir duomenys saugomi toje pačioje atmintyje. Todėl kompiuteris neskiria, kas yra saugoma tam tikroje atminties langelyje – skaičiaus, teksto ar komandos. Su komandomis galite atlikti tuos pačius veiksmus kaip ir su duomenimis. Tai atveria daugybę galimybių. Pavyzdžiui, programa gali būti apdorojama ir jos vykdymo metu, kas leidžia nustatyti kai kurių jos dalių gavimo taisykles pačioje programoje (taip programoje organizuojamas ciklų ir paprogramių vykdymas). Be to, komandos iš vienos programos gali būti gaunamos vykdant kitą programą. Šiuo principu paremti vertimo metodai – programos teksto vertimas iš aukšto lygio programavimo kalbos į konkrečios mašinos kalbą.

3. Nukreipimo principas . Struktūriškai pagrindinė atmintis susideda iš pernumeruotų langelių; Bet kuri ląstelė yra prieinama procesoriui bet kuriuo metu. Tai reiškia galimybę pavadinti atminties sritis taip, kad vėliau būtų galima pasiekti arba pakeisti jose saugomas reikšmes programos vykdymo metu naudojant priskirtus pavadinimus.

Von Neumanno principus praktiškai galima įgyvendinti įvairiais būdais. Pateikiame du iš jų: kompiuterį su magistrale ir kanalo organizavimą. Prieš aprašydami kompiuterio veikimo principus, pateikiame keletą apibrėžimų.

Kompiuterio architektūra vadinamas jo aprašymu tam tikru bendru lygmeniu, įskaitant vartotojo programavimo galimybių, komandų sistemų, adresų sistemų, atminties organizavimo ir kt. Architektūra nustato pagrindinių kompiuterio loginių mazgų: procesoriaus, RAM, išorinės atminties ir išorinių įrenginių veikimo principus, informacinius ryšius ir tarpusavio ryšį. Bendra skirtingų kompiuterių architektūra užtikrina jų suderinamumą vartotojo požiūriu.

Kompiuterio struktūra yra jos funkcinių elementų ir ryšių tarp jų visuma. Elementai gali būti patys įvairiausi įrenginiai – nuo ​​pagrindinių kompiuterio loginių mazgų iki paprasčiausių grandinių. Kompiuterio struktūra grafiškai pavaizduota blokinių diagramų pavidalu, kurių pagalba galite aprašyti kompiuterį bet kokiu detalumo lygiu.

Terminas vartojamas labai dažnai kompiuterio konfigūracija , kuris suprantamas kaip skaičiavimo įrenginio išdėstymas, aiškiai apibrėžiant jo funkcinių elementų pobūdį, kiekį, ryšius ir pagrindines charakteristikas. Terminas " kompiuterių organizavimas» nustato, kaip įdiegtos kompiuterio galimybės,

Komanda – informacijos, reikalingos procesoriui konkrečiam veiksmui, vykdant programą, rinkimas.

Komandą sudaro operacijos kodas, kuriame nurodoma atliktina operacija ir keletas adreso laukelius, kuriame yra nurodymų operandų vietos nuoroda.

Iškviečiamas adreso apskaičiavimo iš komandos adreso lauke esančios informacijos metodas adresavimo režimas. Tam tikrame kompiuteryje įdiegtų komandų rinkinys sudaro jo komandų sistemą.

· naudojimas dvejetainė sistema vaizduoti skaičius. Von Neumann darbas demonstravo dvejetainės sistemos privalumus techniniam įgyvendinimui, aritmetinių ir loginių operacijų atlikimo patogumą. Vėliau jie pradėjo apdoroti neskaitinę informaciją: tekstą, grafiką, garsą ir kt. Dvejetainis kodavimas yra šiuolaikinio kompiuterio pagrindas.

· saugomi programos principai. Programa, parašyta naudojant dvejetainius kodus, turi būti saugoma toje pačioje atmintyje kaip ir apdorojami duomenys.

· nukreipimo principas. Komandos ir duomenys perkeliami į atminties vietas, kurios pasiekiamos pagal adresą. Ląstelės adresas yra jos numeris, informacijos vieta RAM taip pat užkoduota dvejetainių sistemų forma.

Kompiuteryje pagal von Neumann principą instrukcijos nuosekliai skaitomos iš atminties ir vykdomos. Kitos atminties ląstelės, iš kurios išgaunama programos komanda, numeris (adresas) sugeneruojamas ir išsaugomas specialiame programų skaitiklio įrenginyje.

Pagal von Neumanno principus kompiuteryje turi būti šie įrenginiai:

· Aritmetinis loginis vienetas (ALU) skirtas apdoroti užkoduotą informaciją ir gali atlikti aritmetines ir logines operacijas:;

· Valdymo įrenginys (CU) organizuoja programų vykdymą;

· Atmintis arba saugojimo įrenginys (atmintis) – programų ir duomenų saugojimas. Kompiuterio atmintis susideda iš kelių sunumeruotų langelių. Kiekviename iš jų gali būti apdorotų duomenų arba programos nurodymų;

· Išoriniai įrenginiai informacijos įvedimui ir išvedimui, teikia tiesioginį ir grįžtamąjį ryšį.

Panagrinėkime pagrindinių PC blokų sudėtį ir paskirtį (2 pav.).

Ryžiai. 2. Asmeninio kompiuterio blokinė schema

Mikroprocesorius (MP). Tai yra centrinis kompiuterio blokas, skirtas valdyti visų mašinos blokų veikimą ir atlikti aritmetines ir logines operacijas su informacija.

Mikroprocesorius apima:

§ valdymo įtaisas(CU) – generuoja ir tiekia visus mašinos blokus reikiamu laiku tam tikrus valdymo signalus (valdymo impulsus), nulemtus atliekamos operacijos specifikos ir ankstesnių operacijų rezultatų; generuoja atliekamos operacijos naudojamų atminties ląstelių adresus ir perduoda šiuos adresus į atitinkamus kompiuterių blokus; valdymo įtaisas gauna atskaitos impulsų seką iš laikrodžio impulsų generatoriaus;

§ Aritmetikos loginis vienetas(ALU) – skirtas atlikti visas aritmetines ir logines operacijas su skaitine ir simboline informacija (kai kuriuose kompiuterių modeliuose papildomas matematinis koprocesorius);

§ mikroprocesorinė atmintis(MPP) – skirtas trumpam saugoti, įrašyti ir išvesti informaciją, tiesiogiai naudojamą skaičiavimams kituose mašinos veikimo cikluose. MPP yra sukurtas ant registrų ir naudojamas siekiant užtikrinti didelį mašinos greitį, nes pagrindinė atmintis (RAM) ne visada užtikrina informacijos įrašymo, paieškos ir skaitymo greitį, reikalingą efektyviam didelės spartos mikroprocesoriaus darbui. Registrai– įvairaus ilgio didelės spartos atminties ląstelės (priešingai nei OP celės, kurių standartinis ilgis 1 baitas ir mažesnė sparta);

§ mikroprocesoriaus sąsajos sistema– įgyvendina poravimą ir ryšį su kitais PC įrenginiais; apima vidinę MP sąsają, buferinės atminties registrus ir įvesties/išvesties prievadų (I/O) ir sistemos magistralės valdymo grandines. Sąsaja(sąsaja) – kompiuterių įrenginių poravimo ir ryšio priemonių visuma, užtikrinanti efektyvią jų sąveiką. I/O prievadas(I/O – Input/Output port) – sąsajos įranga, leidžianti prie mikroprocesoriaus prijungti kitą PC įrenginį.

Laikrodžio generatorius. Jis generuoja elektrinių impulsų seką; generuojamų impulsų dažnis lemia mašinos taktinį dažnį.

Laiko intervalas tarp gretimų impulsų lemia vieno mašinos veikimo ciklo laiką arba tiesiog mašinos veikimo ciklas.

Laikrodžio impulsų generatoriaus dažnis yra viena iš pagrindinių asmeninio kompiuterio charakteristikų ir daugiausia lemia jo veikimo greitį, nes kiekviena operacija mašinoje atliekama tam tikru laikrodžio ciklų skaičiumi.

Sistemos magistralė. Tai pagrindinė kompiuterio sąsajos sistema, užtikrinanti visų jo įrenginių poravimą ir ryšį tarpusavyje.

Sistemos magistralę sudaro:

§ kodo duomenų magistralė(KSD), kuriame yra laidai ir sąsajos grandinės, skirtos lygiagrečiai perduoti visus operando skaitmeninio kodo (mašininio žodžio) bitus;

§ adreso kodo magistralė(KSA), įskaitant laidus ir sąsajų grandines, skirtas lygiagrečiai perduoti visus pagrindinės atminties elemento adreso kodo bitus arba išorinio įrenginio įvesties/išvesties prievadą;

§ instrukcijų kodų magistralė(KShI), kuriame yra laidai ir sąsajos grandinės, skirtos komandoms (valdymo signalams, impulsams) perduoti į visus mašinos blokus;

§ maitinimo magistralė, turintis laidus ir sąsajų grandines, skirtas prijungti PC įrenginius prie maitinimo sistemos.

Sistemos magistralė suteikia tris informacijos perdavimo kryptis:

1) tarp mikroprocesoriaus ir pagrindinės atminties;

2) tarp mikroprocesoriaus ir išorinių įrenginių įvesties/išvesties prievadų;

3) tarp pagrindinės atminties ir išorinių įrenginių I/O prievadų (tiesioginės prieigos prie atminties režimu).

Visi blokai, tiksliau jų įvesties/išvesties prievadai, per atitinkamas unifikuotas jungtis (jungtis) prijungiami prie magistralės vienodai: tiesiogiai arba per valdikliai (adapteriai). Sistemos magistralę mikroprocesorius valdo tiesiogiai arba, dažniau, per papildomą lustą - autobuso valdiklis, generuoja pagrindinius valdymo signalus. Informacija tarp išorinių įrenginių ir sistemos magistralės keičiama naudojant ASCII kodus.

Pagrindinė atmintis (RAM). Jis skirtas saugoti ir greitai keistis informacija su kitais mašinos blokais. OP yra dviejų tipų saugojimo įrenginiai: tik skaitymo atmintis (ROM) ir laisvosios prieigos atmintis (RAM).

ROM skirtas saugoti nekeičiamą (nuolatinę) programos ir informacinę informaciją, leidžia greitai perskaityti tik joje saugomą informaciją (ROM informacijos keisti negalima).

RAM skirtas įrašyti, saugoti ir skaityti informaciją (programas ir duomenis), tiesiogiai susijusią su asmeninio kompiuterio vykdomu informacijos ir skaičiavimo procesu dabartiniu laikotarpiu, internetu. Pagrindiniai RAM privalumai yra didelis našumas ir galimybė prieiti prie kiekvienos atminties ląstelės atskirai (tiesioginė adreso prieiga prie ląstelės). Kaip RAM trūkumą reikia pažymėti, kad išjungus mašinos maitinimą joje neįmanoma išsaugoti informacijos (priklausomybė nuo nepastovumo).

Išorinė atmintis. Tai reiškia išorinius kompiuterio įrenginius ir yra naudojamas ilgalaikiam bet kokios informacijos, kurios gali prireikti problemoms išspręsti, saugojimui. Visų pirma, visa kompiuterio programinė įranga yra saugoma išorinėje atmintyje. Išorinėje atmintyje yra įvairių tipų saugojimo įrenginių, tačiau labiausiai paplitę, prieinami beveik bet kuriame kompiuteryje, yra standieji diskai (HDD) ir diskelių įrenginiai (FLMD).

Šių diskų paskirtis yra saugoti didelius informacijos kiekius, įrašyti ir pateikus prašymą išleisti saugomą informaciją į laisvosios kreipties atminties įrenginį. Kietieji diskai ir plokštieji diskų įrenginiai skiriasi tik konstrukcija, saugomos informacijos kiekiu ir informacijos paieškai, įrašymui ir skaitymui reikalingu laiku.

Kaip išorinės atminties įrenginiai taip pat naudojami saugojimo įrenginiai kasetinėje magnetinėje juostoje (streameriai), optinių diskų įrenginiai (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – CD su tik skaitymo atmintimi) ir kt. (cm. poskyris 4.4).

Maitinimas. Tai blokas, kuriame yra autonominės ir tinklo maitinimo sistemos, skirtos kompiuteriui.

Laikmatis. Tai įrenginyje esantis elektroninis laikrodis, kuris prireikus automatiškai fiksuoja dabartinį laiko momentą (metus, mėnesį, valandas, minutes, sekundes ir sekundžių dalis). Laikmatis yra prijungtas prie autonominio maitinimo šaltinio - akumuliatoriaus ir toliau veikia, kai mašina yra atjungta nuo tinklo.

Išoriniai įrenginiai (ED). Tai yra svarbiausias bet kurio skaičiavimo komplekso komponentas. Pakanka pasakyti, kad pagal kainą VA kartais sudaro 50–80% viso kompiuterio. Kompiuterių naudojimo valdymo sistemose ir visoje šalies ekonomikoje galimybė ir efektyvumas labai priklauso nuo kompiuterio sudėties ir savybių.

PC kompiuteriai užtikrina mašinos sąveiką su aplinka: vartotojais, valdymo objektais ir kitais kompiuteriais. VE yra labai įvairios ir gali būti klasifikuojamos pagal daugybę savybių. Taigi pagal paskirtį galima išskirti šiuos įrenginių tipus:

§ išorinės atminties įrenginiai (VSD) arba išorinė kompiuterio atmintis;

§ vartotojo dialogo įrankiai;

§ informacijos įvesties įrenginiai;

§ informacijos išvedimo įrenginiai;

§ ryšio ir telekomunikacijų priemonės.

Dialogo įrankiai vartotojų įrenginiai yra vaizdo monitoriai (ekranai), rečiau nuotolinio valdymo mašinėlės (spausdintuvai su klaviatūromis) ir kalbos įvesties/išvesties įrenginiai.

Vaizdo monitorius (ekranas)– Įrenginys informacijos įvesties ir išvesties iš kompiuterio atvaizdavimui (cm. poskyris 4.5).

Balso įvesties/išvesties įrenginiai priklauso sparčiai augančiai žiniasklaidai. Kalbos įvesties įrenginiai – tai įvairios mikrofonų akustinės sistemos, „garso pelės“, pavyzdžiui, su sudėtinga programine įranga, leidžiančia atpažinti žmogaus ištartas raides ir žodžius, juos identifikuoti ir užkoduoti.

Kalbos išvesties įrenginiai – tai įvairūs garso sintezatoriai, paverčiantys skaitmeninius kodus į raides ir žodžius, kurie atkuriami per garsiakalbius (garsiakalbius) arba prie kompiuterio prijungtus garsiakalbius.

KAM įvesties įrenginiai susieti:

§ klaviatūra– įrenginys, skirtas rankiniu būdu įvesti skaitinę, tekstinę ir valdymo informaciją į kompiuterį (cm. poskyris 4.5);

§ grafikos planšetės (skaitmenizatoriai)– rankiniam grafinės informacijos ir vaizdų įvedimui, perkeliant specialią žymeklį (rašiklį) per planšetinį kompiuterį; pajudinus rašiklį, automatiškai nuskaitomos jo vietos koordinatės ir šios koordinatės įvedamos į kompiuterį;

§ skaitytuvai(skaitymo aparatai) – automatiniam skaitymui iš popierinių laikmenų ir spausdintų tekstų, grafikų, paveikslėlių, brėžinių įvedimui į kompiuterį; skaitytuvo kodavimo įrenginyje tekstiniu režimu nuskaityti simboliai, specialiomis programomis palyginus su atskaitos kontūrais, konvertuojami į ASCII kodus, o grafiniame režime nuskaityti grafikai ir brėžiniai konvertuojami į dvimačių koordinačių sekas. (cm. poskyris 4.5);

§ manipuliatoriai(rodyklės įtaisai): vairasvirte- svirties rankena , pelė, rutulinis rutulys - kamuolys rėmelyje, šviesus rašiklis tt – įvesti grafinę informaciją ekrane, valdant žymeklio judėjimą ekrane, po to užkoduojant žymeklio koordinates ir įvedant jas į PC;

§ jutikliniai ekranai– atskirų vaizdo elementų, programų ar komandų įvedimui iš padalinto ekrano į kompiuterį.

KAM informacijos išvedimo įrenginiai susieti:

§ spausdintuvai– spausdinimo įrenginiai informacijai įrašyti ant popieriaus (cm. poskyris 4.5);

§ braižytuvai (ploteriai)– grafinę informaciją (grafikus, brėžinius, brėžinius) išvesti iš kompiuterio ant popieriaus; Yra vektoriniai braižytuvai su piešimo vaizdais naudojant rašiklį ir rastriniai braižytuvai: termografiniai, elektrostatiniai, rašaliniai ir lazeriniai. Pagal konstrukciją braižytuvai skirstomi į plokščiuosius ir būgninius ploterius. Visų braižytuvų pagrindinės charakteristikos yra maždaug vienodos: braižymo greitis – 100 - 1000 mm/s, geriausi modeliai pasižymi spalvotais vaizdais ir pustonių perdavimu; Lazeriniai braižytuvai pasižymi didžiausia skiriamąja geba ir vaizdo aiškumu, tačiau jie yra brangiausi.

Prietaisai ryšiai ir telekomunikacijos naudojami ryšiams su įrenginiais ir kita automatikos įranga (sąsajos adapteriais, adapteriais, skaitmeninio į analogą ir analoginį skaitmeninį keitikliais ir kt.) bei kompiuteriams prijungti prie ryšio kanalų, prie kitų kompiuterių ir kompiuterių tinklų (tinklo sąsajos plokštės). , "jungtys" ", duomenų perdavimo multiplekseriai, modemai).

Visų pirma, parodyta fig. 4.2 Tinklo adapteris yra išorinė kompiuterio sąsaja ir skirta prijungti jį prie ryšio kanalo, kad būtų galima keistis informacija su kitais kompiuteriais, dirbti kaip kompiuterių tinklo dalis. Pasauliniuose tinkluose tinklo adapterio funkcijas atlieka moduliatorius-demoduliatorius (modemas, cm. Ch. 7).

Daugelis aukščiau paminėtų įrenginių priklauso sąlygiškai pasirinktai grupei - multimedijai.

Multimedija(multimedia – multimedija) – tai techninės ir programinės įrangos rinkinys, leidžiantis žmogui bendrauti su kompiuteriu naudojant įvairias natūralias medijas: garsą, vaizdo įrašą, grafiką, tekstus, animaciją ir kt.

Daugialypės terpės priemonės apima kalbos įvesties ir išvesties įrenginius; jau plačiai paplitę skaitytuvai (nes leidžia spausdintus tekstus ir brėžinius automatiškai įvesti į kompiuterį); aukštos kokybės vaizdo (vaizdo) ir garso (garso) plokštės, vaizdo fiksavimo plokštės (videograbber), kurios fiksuoja vaizdus iš VCR ar vaizdo kameros ir įveda į kompiuterį; kokybiškos akustinės ir vaizdo atkūrimo sistemos su stiprintuvais, garso kolonėlėmis, dideliais vaizdo ekranais. Bet, ko gero, dėl dar didesnės priežasties daugialypės terpės priemonės apima išorinius didelės talpos atminties įrenginius optiniuose diskuose, dažnai naudojamus garso ir vaizdo informacijai įrašyti.

Kompaktiniai diskai plačiai naudojami, pavyzdžiui, studijuojant užsienio kalbas, kelių eismo taisykles, apskaitą, teisės aktus apskritai ir konkrečiai mokesčių teisės aktus. Ir visa tai lydi tekstai ir piešiniai, kalbos informacija ir animacija, muzika ir vaizdo įrašai. Grynai buitiniu aspektu kompaktiniai diskai gali būti naudojami garso ir vaizdo įrašams saugoti, t.y. naudokite vietoj grotuvo garso ir vaizdo kasečių. Verta paminėti, žinoma, daugybę kompiuterinių žaidimų programų, saugomų kompaktiniuose diskuose.

Taigi, kompaktinis diskas suteikia prieigą prie didžiulio kiekio informacijos, įrašytos į kompaktinius diskus, kurios skiriasi tiek funkcionalumu, tiek atkūrimo aplinka.

Papildomos schemos.Į sistemos magistralę ir į PC MP kartu su tipiškas galima prijungti išorinius įrenginius ir kai kuriuos papildomas plokštės su mikroprocesoriaus funkcionalumą išplečiančiomis ir tobulinančiomis integrinėmis grandinėmis: matematinis koprocesorius, tiesioginės atminties prieigos valdiklis, įvesties/išvesties koprocesorius, pertraukų valdiklis ir kt.

Matematikos koprocesorius plačiai naudojamas pagreitintam operacijų vykdymui su dvejetainiais slankiojo kablelio skaičiais, dvejetainiu kodu užkoduotais dešimtainiais skaičiais ir kai kurioms transcendentinėms, įskaitant trigonometrines, funkcijoms apskaičiuoti. Matematinis koprocesorius turi savo komandų sistemą ir veikia lygiagrečiai (laiku) su pagrindiniu MP, tačiau valdomas pastarojo. Operacijos pagreitėja dešimt kartų. Naujausi MP modeliai, pradedant MP 80486 DX, savo struktūroje turi koprocesorių.

Tiesioginės atminties prieigos valdiklis atlaisvina MP nuo tiesioginio magnetinių diskų įrenginių valdymo, o tai žymiai padidina efektyvų kompiuterio našumą. Be šio valdiklio duomenų mainai tarp VSD ir RAM vyksta per MP registrą, o jei jis yra, duomenys tiesiogiai perduodami tarp VSD ir RAM, apeinant MP.

I/O koprocesorius dėl lygiagretaus darbo su MP žymiai pagreitina I/O procedūrų vykdymą, kai aptarnaujami keli išoriniai įrenginiai (ekranas, spausdintuvas, HDD, HDD ir kt.); atleidžia MP nuo įvesties/išvesties procedūrų apdorojimo, įskaitant tiesioginės atminties prieigos režimo įgyvendinimą.

Pertraukimo valdiklis vaidina labai svarbų vaidmenį kompiuteryje.

Pertraukite– laikinas vienos programos vykdymo sustabdymas, siekiant greitai vykdyti kitą, šiuo metu svarbesnę (prioritetinę) programą

Kompiuteriui veikiant nuolat atsiranda trikdžių. Pakanka pasakyti, kad visos informacijos įvesties/išvesties procedūros atliekamos naudojant pertraukimus, pavyzdžiui, laikmačio pertraukimai atsiranda ir juos aptarnauja pertraukų valdiklis 18 kartų per sekundę (natūralu, kad vartotojas jų nepastebi).

Pertraukimo valdiklis aptarnauja pertraukimo procedūras, gauna pertraukimo užklausą iš išorinių įrenginių, nustato šios užklausos prioriteto lygį ir siunčia pertraukimo signalą MP. MP, gavęs šį signalą, sustabdo esamos programos vykdymą ir pradeda vykdyti specialią programą, skirtą aptarnauti pertraukimą, kurio paprašė išorinis įrenginys. Pasibaigus priežiūros programai, nutraukta programa atnaujinama. Pertraukimo valdiklis yra programuojamas.