Mavzu: kompyuterning mantiqiy qurilmasi va arxitekturasi

Kompyuter arxitekturasi asoslari
Kompyuterni tashkil etuvchi qismlarga modul deyiladi. Barcha modullar orasida asosiy modullar ajratiladi, ularsiz kompyuterning ishlashi mumkin emas, qolgan modullar esa turli vazifalarni hal qilish uchun ishlatiladi: grafik ma'lumotlarni kiritish va chiqarish, kompyuter tarmog'iga ulanish va hk.
Ko'pgina kompyuterlar 1945 yilda Jon von Neyman tomonidan ishlab chiqilgan printsiplarga asoslanadi:
1. Dasturlashtirilgan boshqaruv printsipi (dastur protsessor tomonidan berilgan ketma -ketlikda avtomatik ravishda ketma -ket bajariladigan buyruqlar to'plamidan iborat).
2. Xotiraning bir xilligi printsipi (dasturlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi; ko'rsatmalarni ma'lumotlar bilan bir xilda bajarish mumkin).
3. Manzil berish tamoyili (asosiy xotira tizimli ravishda raqamlangan katakchalardan iborat).
Bu tamoyillar asosida yaratilgan kompyuterlar klassik arxitekturaga ega (fon Neyman arxitekturasi).
Kompyuter arxitekturasi - bu uning mantiqiy tashkil etilishi, tuzilishi va resurslari. Arxitektura ishlash tamoyilini, axborot havolalarini va kompyuterning asosiy mantiqiy tugunlarining o'zaro bog'liqligini belgilaydi:
· Protsessor;
Operativ xotira (saqlash qurilmasi);
· Tashqi xotira;
· Periferik qurilmalar.
Xotira funktsiyalari:
· Boshqa qurilmalardan ma'lumot olish;
· Ma'lumotni yodlash;
· Ma'lumotni so'rov bo'yicha mashinaning boshqa qurilmalariga o'tkazish.
Xotira quyidagilarga bo'linadi.
Asosiy:
RAM (tasodifiy kirish xotirasi);
· ROM (faqat o'qish uchun xotira);
· Tashqi (tashqi xotira qurilmalari axborotni uzoq vaqt saqlashga imkon beradi).
Tashqi saqlash vositalari:
Qattiq va egiluvchan magnit disklar
Lazerli disklar (CD)
Ishlatishdan oldin disklar yo'llar va sektorlarga formatlanadi.
Periferik qurilmalarning vazifalariga axborotni kiritish va chiqarish kiradi.
Har bir qurilma o'ziga xos xususiyatlar to'plamiga ega, bu sizga kompyuter yordamida ma'lum vazifalarni hal qilish uchun eng mos keladigan qurilmalar konfiguratsiyasini tanlash imkonini beradi.
Protsessor vazifalari:
· Berilgan dastur bo'yicha ma'lumotlarni qayta ishlash (ular ustida arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish) - ALU funktsiyasi (arifmetik -mantiqiy qurilma);
· Kompyuter qurilmalari ishlashining dasturiy nazorati - boshqaruv blokining vazifasi (boshqaruv moslamasi).
Protsessor shuningdek registrlarni ham o'z ichiga oladi (protsessor xotirasi) - bir qator maxsus saqlash xujayralari.
Registrlar ikkita maqsadga xizmat qiladi:
· Qisqa muddatli raqam yoki buyruqni saqlash;
· Ular ustida ba'zi operatsiyalarni bajarish.
Eng muhim registrlar:
· Buyruqlar hisoblagichi (ketma -ket xotira hujayralaridan dastur buyruqlarini avtomatik tanlash uchun ishlatiladi, u bajarilayotgan buyruq manzilini saqlaydi);
· Buyruqlar va holatlar reestri (buyruq kodini saqlash uchun xizmat qiladi).
· Buyruq - bu kompyuter bajarishi kerak bo'lgan elementar operatsiya.
Buyruq o'z ichiga oladi:
Amalga oshirilayotgan operatsiya kodi
Operand manzillari
Natija joylashuvi manzili
Buyruqning bajarilishi quyidagi bosqichlarga bo'linadi:
Buyruq hisoblagichda manzili saqlanadigan xotira katakchasidan tanlanadi (buyruq hisoblagichining tarkibi oshganda)
Buyruq boshqaruv qurilmasiga (buyruqlar registriga) o'tkaziladi.
Boshqarish moslamasi buyruqning manzil maydonini dekodlaydi
Boshqaruv moslamasining signallariga ko'ra, operandlar ALU xotirasidan tanlanadi (operandlar registrlarida).
UU operatsion kodini ochadi va ALUga operatsiyani bajarish uchun signal beradi
Operatsiya natijasi protsessorda qoladi yoki RAMga qaytariladi
Kompyuter tuzilishi
Shaxsiy kompyuterning klassik arxitekturasini ko'rib chiqing:
Shaxsiy kompyuterlar odatda quyidagi asosiy modullardan iborat
Monitor
Tizim birligi kompyuterning barcha asosiy komponentlarini o'z ichiga oladi:
· Anakart;
· Elektron sxemalar (protsessor, qurilma boshqaruvchilari va boshqalar);
· Quvvat bloki;
· Floppy disklar (haydovchilar).
Kundalik darajada "arxitektura" atamasi turli binolar va boshqa muhandislik inshootlari bo'lgan odamlarning ko'pchiligi bilan chambarchas bog'liq. Shunday qilib, biz gotika sobori, Eyfel minorasi yoki opera teatri arxitekturasi haqida gapirishimiz mumkin. Boshqa sohalarda bu atama kamdan -kam ishlatiladi, lekin kompyuterlar uchun "kompyuter arxitekturasi" (elektron hisoblash mashinasi) tushunchasi o'tgan asrning 70 -yillaridan buyon mustahkam o'rnatilgan va keng qo'llanilgan. Kompyuterda dasturlar va skriptlar qanday bajarilishini tushunish uchun, avvalo, uning har bir komponentasi qanday ishlashini bilish kerak. Darsda muhokama qilinadigan kompyuterlar arxitekturasi haqidagi ta'limotning asoslari Jon von Neyman tomonidan qo'yilgan. Siz bu darsda mantiqiy tugunlar, shuningdek, zamonaviy shaxsiy kompyuterlar arxitekturasining magistral-modulli printsipi haqida ko'proq bilib olishingiz mumkin.
Kompyuter arxitekturasi printsiplari 1945 yilda Jon Von Neyman tomonidan ishlab chiqilgan, u Charlz Bebbij g'oyalarini ishlab chiqqan, u kompyuter ishini asboblar majmui: ishlov berish, boshqarish, xotira, kirish-chiqish ishi sifatida ifodalagan.
Von Neyman printsiplari.
1. Xotiraning bir xilligi printsipi. Ma'lumotlar bilan bir xil buyruqlar bajarilishi mumkin.
2. Xotiraning manzilliligi printsipi. Asosiy xotira tizimli ravishda raqamlangan hujayralardan iborat; har qanday hujayra har qanday vaqtda protsessor uchun mavjud. Shunday qilib, xotira maydonlariga nom berish mumkin, shunda ularda saqlangan qiymatlarga keyinchalik dastur bajarilishi paytida berilgan nomlar yordamida kirish yoki o'zgartirish mumkin bo'ladi.
3. Dasturni ketma -ket boshqarish printsipi. Dastur protsessor tomonidan ma'lum ketma -ketlikda avtomatik ravishda ketma -ket bajariladigan ko'rsatmalar to'plamidan iborat deb taxmin qiladi.
4. Arxitekturaning qat'iylik printsipi. Ish topologiyasi, arxitektura, buyruqlar ro'yxatining o'zgarmasligi.
Von Neyman printsiplari asosida qurilgan kompyuterlar klassik arxitekturaga ega, ammo arxitekturaning boshqa turlari ham mavjud. Masalan, Garvard. Uning o'ziga xos xususiyatlari:

• 
  ko'rsatmalar do'koni va ma'lumotlar ombori - har xil jismoniy qurilmalar;
  
• 
  ko'rsatmalar kanali va ma'lumotlar kanali ham jismonan alohida.
  

Kompyuter texnologiyalarining rivojlanish tarixida har 10 yilda sifatli sakrash sodir bo'ldi. Bunday sakrash yangi avlod kompyuterlarining paydo bo'lishi bilan bog'liq. Mashinalarni bo'linish g'oyasi, rivojlanishining qisqa tarixi mobaynida, kompyuter texnologiyalari elementlar bazasi (lampalar, tranzistorlar, mikrosxemalar va boshqalar) nuqtai nazaridan ham katta evolyutsiyani boshidan kechirgani tufayli paydo bo'ldi. uning tuzilishini o'zgartirish, yangi imkoniyatlarning paydo bo'lishi, qo'llanilish maydonlarining kengayishi va foydalanish tabiati. Hammasi batafsil kompyuterning rivojlanish bosqichlari shakllarda ko'rsatilgan. 2. Qanday qilib va ​​nima uchun bir avlod ikkinchi avlod bilan almashtirilganligini tushunish uchun xotira, tezlik, integratsiya darajasi va boshqalar kabi tushunchalarning ma'nosini bilish kerak.

Guruch. 2. Kompyuter avlodlari ()
Klassik bo'lmagan, von bo'lmagan Neyman arxitekturasidagi kompyuterlar orasida neyrokompyuterlarni ajratib ko'rsatish mumkin. Ular inson miya hujayralari, neyronlar, shuningdek, signal almashishga qodir bo'lgan asab tizimining ba'zi qismlarini simulyatsiya qiladi.
Kompyuterning har bir mantiqiy tuguni o'z vazifalarini bajaradi. Vazifalar protsessor(3 -rasm):
- ma'lumotlarni qayta ishlash (ular ustida arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish);
- boshqa barcha kompyuter qurilmalarini boshqarish.

Guruch. 3. Kompyuterning markaziy protsessor birligi ()
Dastur individual buyruqlardan iborat. Ko'rsatma operatsiya kodini, operandlarning manzillarini (operatsiyaga kiritilgan qiymatlarni) va natijaning manzilini o'z ichiga oladi.
Buyruqning bajarilishi quyidagi bosqichlarga bo'linadi:
· jamoadan namuna olish;

• 
  keyingi buyruq manzilini shakllantirish;
  
• 
  buyruqni dekodlash;
  
• 
  operandlarning manzillarini hisoblash;
  
• 
  operandlarni olish;
  
• 
  operatsiyani bajarish;
  
• 
  natijaning belgisini shakllantirish;
  
• 
  natijani yozib olish.
  

Har qanday buyruqni bajarishda (buyruq turiga qarab) hamma bosqichlar ham mavjud emas, lekin har doim ham keltirish, dekodlash, keyingi buyruq manzilini yaratish va operatsiyani bajarish bosqichlari sodir bo'ladi. Ba'zi hollarda, yana ikkita qadam bo'lishi mumkin:

• 
  bilvosita murojaat qilish;
  
• 
  uzilishlarga javob.