G‘. M. Milliy iqtisodiyotda axborot tizimlar va texnologiyalar

1.6.5. Fon Neyman arxitekturasi

Mikroprotsessorlar kontruksiyasida ishlaydigan zamonaviy kompyuter larning ko‘pchiligi 1946 yilda asoslangan “Fon Neyman” modeli asosida ishlab chiqariladi. Bu modelni mashinada qo‘llashash natijasida amallarni bajarishning bir jamlagich semasini siqib tezda ko‘pjamlagich sxemasini paydo bo‘lishiga sabab bo‘ldi.
Uchta olim Arthur Burns, Herman Goldstine va fon Neyman o‘z maqolasida (1946 yil) kompyuter qanday qursa- ma’lumotlarni qayta ishlashda unversal va samarli ishlaydi degan savolga javob berdilar. Uning fikricha kompyuterda dastavval quyidagi qurilmalar mavjud bo‘lishi lozimligini ko‘rsatdi.
Arifmetik-mantiqiy qurilma - arifmetik mantiqiy amallarni bajaradi.
Boshqarish qurilmasi – dastrurlarni bajarilish jarayonini tashkil etuvchi.
Saqlovchi qurilma yoki xotira – dastur va ma’lumotlarni saqlovchi.
Tashqi qurilma – ma’lumotlarni kirituvchi-chiqaruvchi.
Kompyuter xotirasi nomerlargan bir necha sondan yacheykadan tashkil topganki, ularning har biri ma’lumotni saqlash va qayta ishlash uchun xizmat qilidi. Kompyuter qurilmalari orasidagi bog‘liqlik boshqaruvda bir chiziqli va axborot almashinuvda ikki chiziqli:

1.6.7 - rasm. Kompyuter qurilmalari orasidagi boshqaruv va axborot almashinuv

Bu model doimiy ravishda takomillashtirilib borildi va boshqa nuqtayi-nazarda ham: alohida turdagi operatsiyalarni almashtirish imkoniyati (bajarishning har bir qadamdagi hisoblash jarayonini) taqdim etdi. Hotira hajmi 1000 so‘zdan Gigo va Tera baytgacha, so‘z uzunligi 6 dan 64 razryagacha o‘sdi, hisoblash jarayonini parallel boshqarish tashqi qurilmalar va tezkor xotira orasidagi axborot almashinish hisobiga shakllandi. Ammo J. fon Neyman modelining farqli jihati ma’lumotlardan farq qilmaydigan buyruqlarni ketma-ket adreslaydigan yagona chiziqli xotira prinsipi o‘zgarmay qoldi.

Mashina quyidagilardan tashkil topgan: tezkor xotira, arifmetik- mantiqiy qurilma, boshqaruv qurilmasi, kiritish va chiqarish qurilmalari. Dastur va ma’lumotlar kiritish qurilmasi yordamida arifmetik- mantiqiy qurilma orqali xotiraga kiritiladi. Dastur buyruqlari qo‘shni yacheykalarda xotirada ketma-ket yoziladi, ma’lumotlar esa istalgan
yacheykada bo‘lishi mumkin.
Har bir buyruq qaysi operatorni bajarilishini va ma’lumotlar yozilgan xotiraning yacheyka adreslaridan iborat bo‘ladi.
Arifmetik - mantiqiy qurilma mazkur buyruqlarni bajarib ko‘rsatilgan ma’lumotlar bilan amallarni bajaradi. Ushbu qurilmadan natija tezkor xotira yoki chiqarish qurilmasiga jo‘natiladi.
Boshqaruv qurilmasi kompyuterning barcha qismlarini boshqaradi. Undan barcha qurilmalarga nima vazifani bajarish lozimligi xaqida xabar jo‘natiladi, ulardan esa boshqaruv qurilmasiga o‘z holati haqida axborotni jo‘natib turishadi.
Boshqaruv qurilmasida maxsus yacheyka, ya’ni u maxsus registr bo‘lib, u buyruqlar schetchiki vazifasini bajaradi. Dastur va ma’lumotlar yuklanilgandan so‘ng, unda bajarilishi lozim bo‘lgan buyruqning adresi yoziladi. Boshqaruv qurilmasi ushbu registrdan adresni qiymatini o‘qib, uni «buyruq registriga» joylashtiradi. Boshqaruv qurilmasi buyruqlarni aniqlaydi, xotiradagi buyruqdagi ma’lumotlarni belgilab qo‘yadi va buyruqni bajarilishini nazorat qiladi.
Operatsiyalarni bevosita arifmetik-mantiqiy qurilma yoki kompyuterning boshqa qismlari bajaradi. Buyruq bajarilgach, schyotchik bittaga oshadi va keyingi buyruqni ko‘rsatadi. Agar tartib bo‘yicha emas, aksincha bir necha qadam keyingi buyruqni bajarish lozim bo‘lsa, u xolda maxsus o‘tish operatori orqali kerakli yacheykaga o‘tib oladi.
Son ko‘rinishida taqdim etilgan ma’lumot va boshdan buyruq harakteriga mos keluvchi, sonli qayta ishlashga muljallangan arxitektura to‘plamini aniqlashga imkon beradi. Odatda EHMlarga taqdim etilayotgan bu ma’lumotlar skalyar ma’lumotlar, vektor va matritsa ko‘rinishida bo‘ladi.
Shunday qilib J. fon Neyman arxitekturadagi EHM – bu buyruqlar oqimi bilan boshqariladigan EHM va u quyidagi tamoyillarga tayanadi:

• 
  Mashinada ikkilik sanoq tizimi asos qilinish tamoyili . Yani ma’lumotlarni va buyruqlarni tasvirlashda ikkilik sanoq tizimida tasvirlanadi.
  
• 
  Xotiraning yagonalig tamoyili . Buyruqlar raqamli ko‘rinishda, sonlarga aylantirilib saqlanadi. Buyruqlarda ishtirok etuvchi emas, balki tezkor xotira yacheyka adresidagi operatsiyalar soni ko‘rsatiladi. Operatsiyalar natijalari adres yacheykalarida joylashadi. Boshqacha aytadigan bo‘lsak, dasturlar va ma’lumotlar xotirada ikkilik sanoq tizimida saqlanadi va ular uchun ma’lumotlar kabi amallarni bajarish mumkin.
  
• 
  Xotirani adresslash tamoyili. Asosiy xotira raqamlangan yacheykalardan tashkil topgan bo‘ladi.
  
• 
  Dasturiy boshqaruvning ketma-ketligi tamoyili. Yani barcha buyruqlar xotirada joylashtiriladi va dasturda belgilangan tartibda ketma-ket bajariladi.
  
• 
  Arxitekturaning o‘zgarmaslik tamoyili. Ishlayotgan mashinaning topologiyasi, arxitekturasi, buyruqlari o‘zgarmas bo‘ladi.
  

J. fon Neyman arxitekturasiga mos keladigan EHM larning birinchi beshtasi quyida keltirilgan:

• 
  Mark I. The University of Manchester), Velikobritaniya, 21 iyun 1948 yil;
  
• 
  EDSAC. The Cambridge University), Velikobritaniya, 6 may 1949 yil;
  
• 
  BINAC. AQSh, aprel 1949 yil;
  
• 
  CSIR Mk 1. Avstraliya, noyabr 1949 yil;
  
• 
  SEAC. AQSh, 9 may 1950 yil.
  

Hisoblash tizimlarining F. Neyman modeli asosida qurilishining quyidagi muhim jihatlari mavjud.

1. 
   yagona, ketma-ket adreslaydigan xotira (odatda skalyar birprotsessorli sistemalariki, undagi konveyrlar o‘z ishini o‘zgartirmaydi). Ushbu tamoyil dasturlarda o‘zgaruvchilarni kiritishga asos b‘ldi.
   
2. 
   O‘nlik sanoq tizimiga nisbatan ikkilik sanoq tizimining afzalliki unga asoslangan qurilmalarni yaratish qulayligidan iborat, undan tashqari ushbu tizimda arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish engil amalgam oshiriladi.
   
3. 
   xotira chiziqli va bir o‘lchamli (odnomernaya) (bir o‘lchamli – vektor so‘z ko‘rinishiga ega, xotira aniq uzinlikdagi yacheykalardan iborat va adreslash chiziqli strukturaga ega). Xotirada dasturlarni saqlash tamoyili hozirgi kunda dasturlashtirishni rivojlantirishga asos soldi.
   
4. 
   buyruq va ma’lumotlar o‘rtasida farq qiluvchi jihat yo‘q.
   
5. 
   hisoblash jarayonini bajarish: markazlashgan va ketma-ket buyruqlar orqali yoki buyruqlar oqimi boshqaruvi bilan aniqlanadi. Yani bajariladigan buyruqlarni ketma-ketligini o‘zgartirish imkoni bor. Ushbu imkoniyat natijasida dasturlar komputerning o‘zgarmas bir qismi sifatida emas, balkim dasturni o‘zgartirish va shu komputerda bajarish imkoni paydo bo‘ldi. Masalan kalkulyatorda dasturni o‘zgartirib bo‘lmaydi. EHM ning apparat qismi esa o‘zgarmas saqlanadi. Masalan ENIAC komputerlarida dasturni kiritish uchun maxsus kalitlar holati o‘zgartirilib yaratilgan. Ushbu operasiyalarni bajarish uchun bir necha kun kerak bo‘lgan. Albatta hozirgi dasturlar bir kun ichida yaratilmaydi, lekin ular ko‘pgina kompyuterlarda hech qanday muammosiz ishlaydi.
   
6. 
   ma’lumotlarni belgilash (tayinlash) ajratilmas, tarkibiy qismdan iborat. Ma’lumotni belgilash dastur logikasidan kelib chiqadi. Ma’lumotlarni yozishda bitlar to‘plamidan boshqa vosita yo‘q.
   

Taqdim etiladigan son suzuvchi nuqta, bitlar to‘plamidan, simvollar satri ko‘rinishida bo‘ladi. Agar protsessor tezkor xotiradan sonlar ko‘paytmasi
buyrug‘ini suzuvchi nuqta bilan birgalikda chaqirsa va ular ustida turli xil arifmetik amallar bajarilsada, bari-bir ular oddiy simvollar qatorida tashkil topadi.
EHM arxitekturasining effektliligini- uni amaliy dasturlarni bajara olishi, sathlarning harakteristikasi tezligi, shu arxitekturada turli xil usullarni amalga oshira olishni egallay olishi bilan baxolash mumkin bo‘ladi.
Umumiy topshiriqlarni (buyruqlarni) bajarishga mo‘ljallangan protsessorlarning arxitekturasi yaroqliligini: - amaliy dasturlarni bajara olish bazasining sifati, uning effektliligi yuqori darajali dasturlash tillarini qo‘llay olishi bilan baholanadi.
Maxsus kompyuterlarni – belgilangan tillar sinfiga va amaliy dasturlarni bajarishga mo‘ljallangan arxitekturali EHMlar deb qarashimiz mumkin.
Umumiy shinali EHM arxitekturasi - ushbu arxitekturada kompyuterning barcha qurilmalari umumiy magistral orqali bir-biri bilan ulanadi va bog’lanadi. Magistral esa umumiy shina deb yuritiladi.
Umumiy xotirali kompyuter arxitekturasi – bunda tezkor xotira markaziy mikro-protsessorni tashqi qurilmalar bilan aloqasini qo’llab-quvvatlash uchun qo’llaniladi. Ushbu arxitektura asosan minikompyuterlarda joriy qilingan.
Markaziy protsessor orqali boshqariladigan arxitektura - bunda tashqi qurilmalar va tezkor xotira va Markaziy prosessor bevosita ulangan bo’ladi. Bunday arxitektura asosan mikro EHM larda qo’llaniladi.