Ахборот тизимлари ва уларнинг вазифалари

Джон фон Нейман архитектураси.

Микропроцессорлар контрукциясида ишлайдиган замонавий компьютер ларнинг кўпчилиги 1946 йилда асосланган “Фон Нейман” модели асосида ишлаб чиқарилади. Бу моделни машинада қўллашаш натижасида амалларни бажаришнинг бир жамлагич (односумматор) семасини сиқиб тезда кўпжамлагич (многосумматор) схемасини пайдо бўлишига сабаб бўлди.

Нейман ўз докладида (1945 йил) компьютер қандай қурса- маълумотларни қайта ишлашда унверсал ва самарли ишлайди деган саволга жавоб берди. Унинг фикрича компьютерда даставал қуйидаги қурилмалар мавжуд бўлиши лозимлигини кўрсатди.

• 
  Арифметик-мантиқий қурилма - арифметик мантиқий амалларни бажаради.
  
• 
  Бошқариш қурилмаси – даструрларни бажарилиш жараёнини ташкил этувчи.
  
• 
  Сақловчи қурилма ёки хотира – дастур ва маълумотларни сақловчи.
  
• 
  Ташқи қурилма – маълумотларни киритувчи-чиқарувчи.
  

Компьютер хотираси номерларган бир неча сондан ячейкадан ташкил топганки, уларнинг ҳар бири маълумотни сақлаш ва қайта ишлаш учун хизмат қилиди. Компьютер қурилмалари орасидаги боғлиқлик бошқарувда бир чизиқли ва ахборот алмашинувда икки чизиқли. 2-расм.




2-расм. Компьютер қурилмалари орасидаги бошқарув ва ахборот алмашинув.
Бу модел домий равишда такомиллаштирилиб борилди ва бошқа нуқтаи-назарда ҳам: алоҳида турдаги операцияларни алмаштириш имконияти (бажаришнинг ҳар бир қадамдаги ҳисоблаш жараёнини) тақдим этди. Ҳотира хажми 1000 сўздан Гиго ва Титро байтгача, сўз узунлиги 6 дан 64 разрягача ўсди, хисоблаш жараёнини параллел бошқариш ташқи қурилмалар ва тезкор хотира орасидаги ахборот алмашиниш хисобига шакилланди. Аммо Ф. Нейман моделининг фарқли жиҳати маълумотлардан фарқ қилмайдиган буйруқларни кетма-кет адреслайдиган ягона чизиқли хотира принципи ўзгармай қолди. 3-расмда ЭХМнинг Ф. Нейман структураси келтирилган.




3-расм. ЭХМ нинг Ф. Нейман модели.

Сон кўринишида тақдим этилган маълумот ва бошдан буйруқ характерига мос келувчи, сонли қайта ишлашга мулжалланган архитектура тўпламини аниқлашга имкон беради. Одатда ЭҲМларга тақдим этилаётган бу маълумотлар скаляр маълумотлар, вектор ва матрица кўринишида бўлади.

Шундай қилиб Ф. Нейман архитектурадаги ЭҲМ – бу командалар(буйруқлар) оқими билан бошқариладиган ЭҲМ ва у қуйидаги принципларга таянади.

• 
  Дастурий бошқарув принципи иккилик саноқ системаси асосида:
  
• 
  Дастурларни хотирада сақлаш принципи. Буйруқлар рақамли кўринишда, сонларга айлантирилиб сақланади. Буйруқларда иштирок этувчи эмас, балки тезкор хотира ячейка адресидаги операциялар сони кўрсатилади. Операциялар натижалари адрес ячейкаларида жойлашади.
  

Хисоблаш тизимларининг Ф. Нейман модели асосида қурилишининг қуйидаги муҳим жихатлари мажуд.

1. 
   ягона, кетма-кет адреслайдиган хотира (одатда скаляр бирпроцессорли системаларики, ундаги конвейрлар ўз ишини ўзгартирмайди).
   
2. 
   хотира чизиқли ва бир ўлчамли (одномерная) (бир ўлчамли – вектор сўз кўринишига эга, хотира фиксерланган узинликдаги ячейкалардан иборат ва адреслаш чизиқли структурага эга).
   
3. 
   буйруқ ва маълумотлар ўртасида фарқ қилувчи жиҳат йўқ.
   
4. 
   ҳисоблаш жараёнини бажариш: марказлашган ва кетма-кет буйруқлар орқали ёки буйруқлар оқими бошқаруви билан аниқланади.
   
5. 
   маълумотларни белгилаш (тайинлаш) ажратилмас, таркибий қисмдан иборат. Маълумотни белгилаш дастур логикасидан келиб чиқади.
   

Маълумотларни ёзишда битлар тўпламидан бошқа восита йўқ. Тақдим этиладиган сон сузувчи нуқта, битлар тўпламидан, символлар сатри кўринишида бўлади. Агар процессор тезкор хотирадан сонлар кўпайтмаси буйруғини сузувчи нуқта билан биргаликда чақирса ва улар устида турли хил арифметик амаллар бажарилсада, бари-бир улар оддий символлар қаторида ташкил топади.
ЭХМ архитектурасининг эффектлилигини- уни амалий дастурларни бажара олиши, сатҳларнинг характеристикаси тезлиги, шу архитектурада турли хил усулларни амалга ошира олишни эгаллай олиши билан бахолаш мумкин бўлади.
Умумий топшириқларни (буйруқларни) бажаришга мўлжалланган процессорларнинг архитектураси яроқлилигини: - амалий дастурларни бажара олиш базасининг сифати, унинг эффектлилиги юқори даражали дастурлаш тилларини қўллай олиши билан баҳоланади.
Махсус компьютерларни – белгиланган тиллар синфига ва амалий дастурларни бажаришга мўлжалланган архитектурали ЭХМлар деб қарашимиз мумкин.