დღეს ძნელი დასაჯერებელია, მაგრამ კომპიუტერები, რომელთა გარეშეც ბევრს ვეღარ წარმოუდგენია მათი ცხოვრება, მხოლოდ 70 წლის წინ გამოჩნდა. ერთ-ერთი, ვინც გადამწყვეტი წვლილი შეიტანა მათ შექმნაში, იყო ამერიკელი მეცნიერი ჯონ ფონ ნოიმანი. მან შემოგვთავაზა პრინციპები, რომლებზეც კომპიუტერების უმეტესობა მუშაობს დღემდე. მოდით შევხედოთ როგორ მუშაობს ფონ ნეუმანის მანქანა.
მოკლე ბიოგრაფიული ინფორმაცია
იანოშ ნეუმანი დაიბადა 1930 წელს ბუდაპეშტში, ძალიან მდიდარ ებრაულ ოჯახში, რომელმაც მოგვიანებით მოახერხა კეთილშობილური წოდების მოპოვება. ბავშვობიდანვე გამოირჩეოდა გამორჩეული შესაძლებლობებით ყველა სფეროში. 23 წლის ასაკში ნოიმანმა უკვე დაიცვა სადოქტორო დისერტაცია ექსპერიმენტული ფიზიკისა და ქიმიის დარგში. 1930 წელს ახალგაზრდა მეცნიერი მიიწვიეს სამუშაოდ აშშ-ში და ამავდროულად, ნოიმანი გახდა უმაღლესი განათლების ინსტიტუტის ერთ-ერთი პირველი თანამშრომელი, სადაც ის სიცოცხლის ბოლომდე პროფესორად მუშაობდა. ნოიმანის მეცნიერული ინტერესები საკმაოდ ვრცელი იყო. კერძოდ, ის არის კომპიუტერის ერთ-ერთი შემქმნელი კვანტური მექანიკადა ფიჭური ავტომატების კონცეფცია.
წვლილი კომპიუტერულ მეცნიერებაში
სანამ გავარკვიოთ, რომელ პრინციპს არ შეესაბამება ფონ ნეუმანის არქიტექტურა, საინტერესო იქნება ვიცოდეთ, როგორ გაუჩნდა მეცნიერს თანამედროვე ტიპის გამოთვლითი მანქანის შექმნის იდეა.
აფეთქებებისა და დარტყმის ტალღების მათემატიკის ექსპერტი, ფონ ნეუმანი 1940-იანი წლების დასაწყისში შეერთებული შტატების არმიის საბრძოლო იარაღის კვლევის ლაბორატორიის სამეცნიერო კონსულტანტად მუშაობდა. 1943 წლის შემოდგომაზე ის ჩავიდა ლოს ალამოსში მანჰეტენის პროექტის შემუშავებაში მონაწილეობის მისაღებად. პირადი მოწვევამის ლიდერს მიეცა დავალება გამოეთვალა ატომური ბომბის მუხტის შეკუმშვის ძალა კრიტიკულ მასაზე. მის გადასაჭრელად საჭირო იყო დიდი გამოთვლები, რომლებიც თავიდან ხორციელდებოდა ხელის კალკულატორებზე, მოგვიანებით კი IBM-ის მექანიკურ ტაბულატორებზე, პუნჩირებული ბარათების გამოყენებით.
გაეცნო ინფორმაციას შექმნის მიმდინარეობის შესახებ ელექტრონულ-მექანიკური და მთლიანად ელექტრონული კომპიუტერები. მალე იგი ჩაერთო EDVAC და ENIAC კომპიუტერების შემუშავებაში, რის შედეგადაც დაიწყო ნაშრომის "პირველი მოხსენების პროექტი EDVAC-ის შესახებ" დაწერა, რომელიც დაუმთავრებელი დარჩა, რომელშიც მან სამეცნიერო საზოგადოებას წარუდგინა მთლიანად. ახალი იდეაიმის შესახებ, თუ როგორი უნდა იყოს კომპიუტერული არქიტექტურა.
ფონ ნეუმანის პრინციპები
კომპიუტერული მეცნიერება, როგორც მეცნიერება, ჩიხს მიაღწია 1945 წლისთვის, რადგან ყველა ინახავდა დამუშავებულ ნომრებს მეხსიერებაში მე-10 ფორმაში, ხოლო ოპერაციების შესრულების პროგრამები მითითებული იყო კომუტატორის დაფაზე მხტუნავების დაყენებით.
ამან მნიშვნელოვნად შეზღუდა კომპიუტერების შესაძლებლობები. ნამდვილი გარღვევა იყო ფონ ნეუმანის პრინციპები. ისინი შეიძლება მოკლედ გამოითქვას ერთი წინადადებით: გადასვლა ბინარული სისტემარიცხვები და შენახული პროგრამის პრინციპი.
ანალიზი
მოდით განვიხილოთ რა პრინციპებზეა დაფუძნებული ფონ ნეუმანის მანქანის კლასიკური სტრუქტურა, უფრო დეტალურად:
1. ორობით სისტემაზე გადასვლა ათწილადიდან
ნეუმანის არქიტექტურის ეს პრინციპი იძლევა საკმაოდ მარტივი ლოგიკური მოწყობილობების გამოყენების საშუალებას.
2. ელექტრონული კომპიუტერის პროგრამული კონტროლი
კომპიუტერის მუშაობას აკონტროლებს ბრძანებების ნაკრები, რომლებიც სრულდება თანმიმდევრულად ერთმანეთის მიყოლებით. პირველი მანქანების შემუშავებამ მეხსიერებაში შენახული პროგრამით აღნიშნა თანამედროვე პროგრამირების დასაწყისი.
3. მონაცემები და პროგრამები ერთად ინახება კომპიუტერის მეხსიერებაში
ამავდროულად, ორივე მონაცემთა და პროგრამის ბრძანებებს აქვთ იგივე ჩაწერა ბინარული რიცხვების სისტემაში, ამიტომ გარკვეულ სიტუაციებში შესაძლებელია მათზე იგივე მოქმედებების შესრულება, რაც მონაცემებზე.
შედეგები
გარდა ამისა, Fonneyman-ის აპარატის არქიტექტურას აქვს შემდეგი მახასიათებლები:
1. მეხსიერების უჯრედებს აქვთ მისამართები, რომლებიც დანომრილია თანმიმდევრობით
ამ პრინციპის გამოყენების წყალობით გახდა შესაძლო გამოყენებაცვლადები პროგრამირებაში. კერძოდ, ნებისმიერ დროს შეგიძლიათ შეხვიდეთ მეხსიერების კონკრეტულ უჯრედზე მისი მისამართით.
2. პროგრამის შესრულებისას პირობითი ნახტომის შესაძლებლობა
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, პროგრამებში ბრძანებები თანმიმდევრულად უნდა შესრულდეს. თუმცა, შესაძლებელია კოდის ნებისმიერ მონაკვეთზე გადასვლა.
როგორ მუშაობს ფონ ნეუმანის მანქანა?
ასეთი მათემატიკური მოდელი შედგება შესანახი (მეხსიერების), კონტროლისა და შემავალი და გამომავალი მოწყობილობებისგან. პროგრამის ყველა ბრძანება იწერება მახლობლად მდებარე მეხსიერების უჯრედებში და მათი დამუშავების მონაცემები თვითნებურ უჯრედებშია.
ნებისმიერი გუნდი უნდა შედგებოდეს:
- მითითებები, თუ რა ოპერაცია უნდა ჩატარდეს;
- მეხსიერების უჯრედების მისამართები, რომლებშიც ინახება მითითებული ოპერაციით დაზარალებული წყაროს მონაცემები;
- უჯრედების მისამართები, რომლებშიც შედეგი უნდა ჩაიწეროს.
ბრძანებებით განსაზღვრული ოპერაციები კონკრეტული წყაროს მონაცემებზე შესრულებულია ALU-ს მიერ და შედეგები იწერება მეხსიერების უჯრედებში, ანუ ისინი ინახება მანქანით შემდგომი დამუშავებისთვის ხელსაყრელ ფორმაში, ან გადაეცემა გამომავალ მოწყობილობას (მონიტორი, პრინტერი, და ა.შ.) და გახდეს ადამიანისთვის ხელმისაწვდომი.
საკონტროლო განყოფილება აკონტროლებს კომპიუტერის ყველა ნაწილს. მისგან სხვა მოწყობილობები იღებენ სიგნალებს - ბრძანებებს "რა უნდა გააკეთონ", ხოლო სხვა მოწყობილობებიდან იღებს ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ რა მდგომარეობაში არიან ისინი.
საკონტროლო მოწყობილობას აქვს სპეციალური რეესტრი, რომელსაც ეწოდება "პროგრამის მრიცხველი" SK. წყაროს მონაცემების და პროგრამის მეხსიერებაში ჩატვირთვის შემდეგ, მისი 1-ლი ბრძანების მისამართი იწერება CS-ში. საკონტროლო განყოფილება კითხულობს კომპიუტერის მეხსიერებიდან იმ უჯრედის შიგთავსს, რომლის მისამართიც არის IC-ში და ათავსებს მას "ბრძანების რეესტრში". საკონტროლო მოწყობილობა განსაზღვრავს ოპერაციას, რომელიც შეესაბამება კონკრეტულ ბრძანებას და კომპიუტერის მეხსიერებაში „ნიშნავს“ მონაცემებს, რომელთა მისამართებიც არის მითითებული მასში. შემდეგი, ALU ან კომპიუტერი იწყებს ოპერაციის შესრულებას, რომლის დასრულების შემდეგ CS-ის შინაარსი იცვლება ერთით, ანუ მიუთითებს შემდეგ ბრძანებაზე.
კრიტიკა
ხარვეზები და არსებული პერსპექტივები კვლავ განხილვის საგანია. ის ფაქტი, რომ ამ გამოჩენილი მეცნიერის მიერ წამოყენებული პრინციპებით შექმნილი მანქანები არ არის სრულყოფილი, შენიშნა ძალიან დიდი ხნის წინ.
მაშასადამე, კომპიუტერული მეცნიერების საგამოცდო ნაშრომებში ხშირად შეგიძლიათ იპოვოთ კითხვა "რა პრინციპს არ აკმაყოფილებს ფონ ნეუმანის არქიტექტურა და რა ნაკლოვანებები აქვს მას?"
მეორე ნაწილზე პასუხის გაცემისას აუცილებლად მიუთითეთ:
- მაღალი დონის პროგრამირების ენებსა და ბრძანების სისტემებს შორის სემანტიკური ხარვეზის არსებობისთვის;
- ოპ-ის კოორდინაციის პრობლემაზე და გამტარუნარიანობაპროცესორი;
- განვითარებული კრიზისისთვის პროგრამული უზრუნველყოფა, გამოწვეული იმით, რომ მისი შექმნის ხარჯები გაცილებით დაბალია, ვიდრე ტექნიკის განვითარების ღირებულება და არ არსებობს პროგრამის სრული ტესტირების შესაძლებლობა;
- შესრულების კუთხით პერსპექტივის ნაკლებობა, რადგან მისი თეორიული ზღვარი უკვე მიღწეულია.
რაც შეეხება იმას, თუ რომელ პრინციპს არ შეესაბამება ფონ ნეუმანის არქიტექტურა, მაშინ ჩვენ ვსაუბრობთმრავალპროცესორული არქიტექტურისთვის დამახასიათებელი დიდი რაოდენობის მონაცემთა ნაკადებისა და ბრძანებების პარალელური ორგანიზაციის შესახებ.
დასკვნა
ახლა თქვენ იცით, რომელ პრინციპს არ შეესაბამება ფონ ნეუმანის არქიტექტურა. აშკარაა, რომ მეცნიერება და ტექნოლოგია ჯერ არ დგას და შესაძლოა ძალიან მალე ყველა სახლში გაჩნდეს სრულიად ახალი ტიპის კომპიუტერი, რომლის წყალობითაც კაცობრიობა განვითარების ახალ საფეხურს მიაღწევს. სხვათა შორის, სასწავლო პროგრამა „ფონ ნეუმანის არქიტექტურა“ დაგეხმარებათ გამოცდისთვის მომზადებაში. ასეთი ციფრული საგანმანათლებლო რესურსებიგააადვილეთ მასალის შესწავლა და მიეცით შესაძლებლობა შეაფასოთ თქვენი ცოდნა.
1946 წელს სამმა მეცნიერმა - არტურ ბურკსმა, ჰერმან გოლდშტეინმა და ჯონ ფონ ნოიმანმა - გამოაქვეყნეს სტატია "ელექტრონული სისტემის ლოგიკური დიზაინის წინასწარი განხილვა". გამოთვლითი მოწყობილობა" სტატიაში დასაბუთებულია ორობითი სისტემის გამოყენება კომპიუტერში მონაცემების წარმოსაჩენად (ძირითადად ტექნიკური განხორციელებისთვის, არითმეტიკული და ლოგიკური ოპერაციების შესრულების სიმარტივე - მანამდე მანქანები ინახავდნენ მონაცემებს ათობითი ფორმით) და წამოაყენა იდეა. პროგრამისა და მონაცემებისთვის საერთო მეხსიერების გამოყენება. ფონ ნეუმანის სახელი საკმაოდ ფართოდ იყო ცნობილი მეცნიერებაში იმ დროისთვის, რამაც მისი თანაავტორები უკანა პლანზე გადაიყვანა და ამ იდეებს უწოდეს "ფონ ნეუმანის პრინციპები".
ორობითი კოდირების პრინციპი
ამ პრინციპის მიხედვით, კომპიუტერში შესული ყველა ინფორმაცია დაშიფრულია ორობითი სიგნალების გამოყენებით (ორობითი ციფრები, ბიტები) და იყოფა ერთეულებად, რომლებსაც სიტყვები ეწოდება.
მეხსიერების ჰომოგენურობის პრინციპი
პროგრამები და მონაცემები ინახება იმავე მეხსიერებაში. ამიტომ, კომპიუტერი არ განასხვავებს რა ინახება მოცემულ მეხსიერების უჯრედში - რიცხვს, ტექსტს თუ ბრძანებას. თქვენ შეგიძლიათ შეასრულოთ იგივე მოქმედებები ბრძანებებზე, როგორც მონაცემებზე.
მეხსიერების მისამართადობის პრინციპი
სტრუქტურულად, ძირითადი მეხსიერება შედგება დანომრილი უჯრედებისგან; ნებისმიერი უჯრედი ხელმისაწვდომია პროცესორისთვის ნებისმიერ დროს. ეს გულისხმობს მეხსიერების ზონების დასახელების შესაძლებლობას, რათა მათში შენახული მნიშვნელობები შემდგომში იყოს წვდომა ან შეიცვალოს პროგრამის შესრულების დროს მინიჭებული სახელების გამოყენებით.
თანმიმდევრობის პრინციპი პროგრამის კონტროლი
იგი ვარაუდობს, რომ პროგრამა შედგება ბრძანებების ნაკრებისგან, რომლებიც შესრულებულია პროცესორის მიერ ავტომატურად ერთმანეთის მიყოლებით გარკვეული თანმიმდევრობით.
არქიტექტურული სიხისტის პრინციპი
ოპერაციის დროს ტოპოლოგიის, არქიტექტურისა და ბრძანებების სიის უცვლელობა.
ამ პრინციპებზე აგებული კომპიუტერები კლასიფიცირდება როგორც ფონ ნეუმანის კომპიუტერები.
კომპიუტერს უნდა ჰქონდეს:
- არითმეტიკული ლოგიკური ერთეული, არითმეტიკის შესრულება და ლოგიკური ოპერაციები. დღესდღეობით ამ მოწყობილობას ცენტრალური გადამამუშავებელი განყოფილება ეწოდება. პროცესორი(ცენტრალური დამუშავების ერთეული) - კომპიუტერული მიკროპროცესორი, რომელიც წარმოადგენს მიკროსქემს, რომელიც აკონტროლებს კომპიუტერში მიმდინარე ყველა პროცესს;
- საკონტროლო მოწყობილობა, რომელიც აწყობს პროგრამის შესრულების პროცესს. თანამედროვე კომპიუტერებში არითმეტიკულ-ლოგიკური ერთეული და საკონტროლო ერთეული გაერთიანებულია ცენტრალურ პროცესორში;
- მეხსიერების მოწყობილობა(მეხსიერება) პროგრამებისა და მონაცემების შესანახად;
- გარე მოწყობილობები ინფორმაციის შეყვანის/გამოსვლისთვის.
- გარე მოწყობილობის გამოყენებით, პროგრამა შედის კომპიუტერის მეხსიერებაში.
- საკონტროლო მოწყობილობა კითხულობს მეხსიერების უჯრედის შინაარსს, სადაც მდებარეობს პროგრამის პირველი ინსტრუქცია (ბრძანება) და აწყობს მის შესრულებას. ბრძანებას შეუძლია მიუთითოს:
- ლოგიკური ან არითმეტიკული მოქმედებების შესრულება;
- მეხსიერებიდან მონაცემების კითხვა არითმეტიკული ან ლოგიკური მოქმედებების შესასრულებლად;
- შედეგების მეხსიერებაში ჩაწერა;
- გარე მოწყობილობიდან მონაცემების მეხსიერებაში შეყვანა;
- მონაცემთა გადატანა მეხსიერებიდან გარე მოწყობილობაზე.
- საკონტროლო მოწყობილობა იწყებს ბრძანების შესრულებას მეხსიერების უჯრედიდან, რომელიც მდებარეობს ბრძანების ახლახანს შესრულებისთანავე. თუმცა, ეს ბრძანება შეიძლება შეიცვალოს საკონტროლო გადაცემის (ნახტომის) ინსტრუქციების გამოყენებით. ეს ბრძანებები მიუთითებს საკონტროლო მოწყობილობაზე, რომ მან უნდა გააგრძელოს პროგრამის შესრულება, დაწყებული ბრძანებით, რომელიც შეიცავს მეხსიერების სხვა უჯრედში.
- პროგრამის შესრულების შედეგები გამოდის კომპიუტერის გარე მოწყობილობაზე.
- კომპიუტერი გადადის მოლოდინის რეჟიმში გარე მოწყობილობიდან სიგნალისთვის.
- ძირითადი ელექტრონული დაფა(სისტემა, დედა), რომელზედაც განლაგებულია ის ბლოკები, რომლებიც ამუშავებენ საანგარიშო ინფორმაციას;
- სქემები, რომლებიც აკონტროლებენ სხვა კომპიუტერულ მოწყობილობებს, ჩასმული სტანდარტულ კონექტორებში სისტემის დაფა – სლოტები;
- ინფორმაციის შესანახი დისკები;
- კვების ბლოკი, საიდანაც ელექტროენერგია მიეწოდება ყველა ელექტრონულ წრეს;
- კეისი (სისტემის ერთეული), რომელშიც კომპიუტერის ყველა შიდა მოწყობილობა დამონტაჟებულია საერთო ჩარჩოზე;
- კლავიატურები;
- მონიტორი;
- სხვა გარე მოწყობილობები.
ფონ ნეუმანის პრინციპებზე აგებული კომპიუტერები
1940-იანი წლების შუა ხანებში მურის ელექტროინჟინერიის სკოლაში შეიქმნა კომპიუტერის დიზაინი, რომელიც ინახავდა მის პროგრამებს საერთო მეხსიერებაში. მურის ელექტროტექნიკის სკოლა ) პენსილვანიის სახელმწიფო უნივერსიტეტში. ამ დოკუმენტში აღწერილი მიდგომა ცნობილი გახდა, როგორც ფონ ნეუმანის არქიტექტურა, პროექტის ერთადერთი დასახელებული ავტორის, ჯონ ფონ ნეუმანის სახელით, თუმცა რეალურად პროექტის ავტორობა იყო კოლექტიური. ფონ ნეუმანის არქიტექტურამ გადაჭრა ENIAC კომპიუტერის თანდაყოლილი პრობლემები, რომელიც იმ დროს იქმნებოდა, კომპიუტერის პროგრამის საკუთარ მეხსიერებაში შენახვით. პროექტის შესახებ ინფორმაცია სხვა მკვლევარებისთვის მალევე გახდა ხელმისაწვდომი
კომპიუტერის მეხსიერებაწარმოადგენს დანომრილი უჯრედების რაოდენობას, რომელთაგან თითოეული შეიძლება შეიცავდეს დამუშავებულ მონაცემებს ან პროგრამის ინსტრუქციებს. მეხსიერების ყველა უჯრედი თანაბრად ადვილად ხელმისაწვდომი უნდა იყოს სხვა კომპიუტერული მოწყობილობებისთვის.
მოქმედების პრინციპი:
ერთ-ერთი პრინციპი ფონ ნეუმანის არქიტექტურა" ნათქვამია: კომპიუტერს არ მოუწევს მავთულის კავშირების შეცვლა, თუ ყველა ინსტრუქცია ინახება მის მეხსიერებაში. და როგორც კი ეს იდეა განხორციელდა "ფონ ნეუმანის არქიტექტურის" ფარგლებში, თანამედროვე კომპიუტერი.
ნებისმიერი ტექნოლოგიის მსგავსად, კომპიუტერები განვითარდა ფუნქციონირების, სარგებლობისა და სილამაზის გაზრდისკენ. ზოგადად, არსებობს განცხადება, რომელიც ამტკიცებს კანონს: სრულყოფილი მოწყობილობა არ შეიძლება იყოს მახინჯი გარეგნულად და პირიქით, ლამაზი აღჭურვილობა არასდროს არის ცუდი. კომპიუტერი ხდება არა მხოლოდ სასარგებლო, არამედ ოთახის დეკორატიული მოწყობილობა. გარეგნობათანამედროვე კომპიუტერი, რა თქმა უნდა, შეესაბამება ფონ ნეუმანის სქემას, მაგრამ ამავე დროს ის განსხვავდება მისგან.
IBM-ის წყალობით, ფონ ნეუმანის იდეები განხორციელდა ჩვენს დროში ფართოდ გავრცელებული კომპიუტერული სისტემის ერთეულების ღია არქიტექტურის პრინციპის სახით. ამ პრინციპის თანახმად, კომპიუტერი არ არის ერთიანი მოწყობილობა, არამედ შედგება დამოუკიდებლად წარმოებული ნაწილებისგან და მოწყობილობების კომპიუტერთან დაწყვილების მეთოდები არ არის მწარმოებლის საიდუმლო, მაგრამ ყველასთვის ხელმისაწვდომია. ამრიგად, სისტემის ერთეულების აწყობა შესაძლებელია ბავშვთა კონსტრუქციის კომპლექტის პრინციპის შესაბამისად, ანუ შეგიძლიათ შეცვალოთ ნაწილები სხვა, უფრო მძლავრი და თანამედროვეებისთვის, განაახლეთ თქვენი კომპიუტერი (განახლება, განახლება - „დონის ამაღლება“). ახალი ნაწილები სრულიად ცვალებადია ძველთან. სისტემის ავტობუსი ასევე ხდის პერსონალურ კომპიუტერებს "ღია არქიტექტურულს" ეს არის ერთგვარი ვირტუალური საერთო გზა ან ბირთვი, ან არხი, რომელშიც მიდის ყველა გამომავალი სისტემის ერთეულის ყველა კვანძიდან. უნდა ვთქვა რომ დიდი კომპიუტერები(არაპიროვნული) არ აქვთ გახსნილობის თვისება, რაღაც უბრალოდ არ შეიძლება შეიცვალოს სხვა, უფრო მოწინავეთი, მაგალითად, ყველაზე თანამედროვე კომპიუტერებში შეიძლება ელემენტებს შორის მავთულიც კი არ იყოს დამაკავშირებელი. კომპიუტერული სისტემა: მაუსი, კლავიატურა ("კლავიატურა") და სისტემის ერთეული. მათ შეუძლიათ ერთმანეთთან კომუნიკაცია ინფრაწითელი გამოსხივების გამოყენებით, ამ მიზნით სისტემის ერთეულიარის სპეციალური ფანჯარა ინფრაწითელი სიგნალების მისაღებად (დისტანციური მართვის მსგავსი დისტანციური მართვაᲡᲐᲢᲔᲚᲔᲕᲘᲖᲘᲝ).
ამჟამად, ტიპიური პერსონალური კომპიუტერი არის კომპლექსი, რომელიც შედგება:
სამართალი და CCA
გაკვეთილი 9. კომპიუტერული კონსტრუქციის ხერხემალ-მოდულური პრინციპი.
დავალება: სასწავლო ტექსტის გამოყენებით უპასუხეთ შემდეგ კითხვებს (ჩაწერეთ რვეულში).
1. ვინ იყო თანამედროვე PC არქიტექტურის ხერხემალ-მოდულარული პრინციპის ფუძემდებელი.
2. კომპიუტერული არქიტექტურა არის...
3. ჩამოთვალეთ კომპიუტერის არქიტექტურის ხერხემალ-მოდულური კონსტრუქციის ძირითადი პრინციპები.
4. რა ნაწილებისგან შედგება მაგისტრალი?
5. რისთვის არის მოწყობილობის ინტერფეისი?
6. რა გამოიყენება ინტერფეისების მოსალაპარაკებლად? როგორ მუშაობს ეს კოორდინაცია (დახაზეთ დიაგრამა)?
7. როგორ ხდება მონაცემების დამუშავება კომპიუტერზე?
8. დახაზეთ კომპიუტერის ხერხემალ-მოდულური პრინციპის სქემატური დიაგრამა.
9. გზატკეცილი არის...
10. რა დანიშნულება აქვს საკონტროლო ავტობუსს, მისამართების ავტობუსს, მონაცემთა ავტობუსს?
12. რის საშუალებას აძლევს კომპიუტერის მომხმარებელს მოდულარული პრინციპი? ჩამოთვალეთ მოდულარული ხერხემლის პრინციპის ძირითადი უპირატესობები.
დ/ზ. უპასუხეთ კითხვებს, მოემზადეთ სასწავლო ტექსტზე პასუხის გასაცემად.
სასწავლო ტექსტი
კომპიუტერული კონსტრუქციის ხერხემალ-მოდულური პრინციპი
გავიხსენოთ წინა გაკვეთილებში მიღებული ინფორმაცია:
კომპიუტერი არის ელექტრონული მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია ინფორმაციასთან მუშაობისთვის, კერძოდ ინფორმაციის დანერგვა, დამუშავება, შენახვა, გამოტანა და გადაცემა.გარდა ამისა, კომპიუტერი არის ორი ერთეულის ერთიანი ერთეული - აპარატურა და პროგრამული უზრუნველყოფა.
კომპიუტერული არქიტექტურა არის მისი ლოგიკური ორგანიზაციის, რესურსების და მისი სტრუქტურული ელემენტების მუშაობის პრინციპების აღწერა. მოიცავს ძირითად კომპიუტერულ მოწყობილობებს და მათ შორის კავშირების სტრუქტურას.
ჩვეულებრივ, კომპიუტერის არქიტექტურის აღწერისას განსაკუთრებული ყურადღება ეთმობა მისი ორგანიზაციის იმ პრინციპებს, რომლებიც დამახასიათებელია აღწერილ ოჯახს მიკუთვნებული მანქანების უმეტესობისთვის და ასევე, რომლებიც გავლენას ახდენენ პროგრამირების შესაძლებლობებზე.
არქიტექტურის საფუძველი თანამედროვე კომპიუტერებიდაწვა ჯონ ფონ ნეუმანის პრინციპები და ხერხემალ-მოდულარული პრინციპი.
1946 წელს დ.ფონ ნოიმანმა, გ. გოლდშტეინმა და ა.ბერკსმა ერთობლივ სტატიაში ჩამოაყალიბეს კომპიუტერების კონსტრუქციისა და ექსპლუატაციის ახალი პრინციპები. შემდგომში ამ პრინციპების საფუძველზე შეიქმნა კომპიუტერების პირველი ორი თაობა. მოგვიანებით თაობებში მოხდა გარკვეული ცვლილებები, თუმცა ნოიმანის პრინციპები დღესაც აქტუალურია.
სინამდვილეში, ნეიმანმა მოახერხა მრავალი სხვა მეცნიერის მეცნიერული განვითარებისა და აღმოჩენების შეჯამება და მათ საფუძველზე რაიმე ფუნდამენტურად ახალი ჩამოყალიბება.
ფონ ნეუმანის პრინციპები
1. ბინარული რიცხვების სისტემის გამოყენებით კომპიუტერები . უპირატესობა მეტი ათობითი სისტემარიცხვითი სისტემა არის ის, რომ მოწყობილობების დამზადება შესაძლებელია საკმაოდ მარტივია, არითმეტიკული და ლოგიკური ოპერაციები ორობითი რიცხვების სისტემაში ასევე შესრულებულია საკმაოდ მარტივად.
2. კომპიუტერული პროგრამული უზრუნველყოფის კონტროლი. კომპიუტერის მუშაობას აკონტროლებს პროგრამა, რომელიც შედგება ბრძანებების ნაკრებისგან. ბრძანებები სრულდება თანმიმდევრობით ერთმანეთის მიყოლებით. შენახული პროგრამით აპარატის შექმნა იყო დასაწყისი იმისა, რასაც დღეს პროგრამირებას ვუწოდებთ.
3. კომპიუტერის მეხსიერება გამოიყენება არა მხოლოდ მონაცემების, არამედ პროგრამების შესანახად.. ამ შემთხვევაში, ორივე პროგრამის ბრძანებები და მონაცემები დაშიფრულია ბინარულ რიცხვთა სისტემაში, ე.ი. მათი ჩაწერის მეთოდი იგივეა. ამიტომ, გარკვეულ სიტუაციებში, შეგიძლიათ შეასრულოთ იგივე მოქმედებები ბრძანებებზე, როგორც მონაცემებზე.
4. კომპიუტერის მეხსიერების უჯრედებს აქვთ მისამართები, რომლებიც დანომრილია თანმიმდევრობით. ნებისმიერ დროს შეგიძლიათ მეხსიერების ნებისმიერ უჯრედზე წვდომა მისი მისამართით. ამ პრინციპმა გახსნა პროგრამირებაში ცვლადების გამოყენების შესაძლებლობა.
5. პროგრამის შესრულების დროს პირობითი ნახტომის შესაძლებლობა. იმისდა მიუხედავად, რომ ბრძანებები თანმიმდევრულად სრულდება, პროგრამებს შეუძლიათ განახორციელონ კოდის ნებისმიერ მონაკვეთზე გადახტომის შესაძლებლობა.
6. ინფორმაციის შეყვანისა და გამომავალი მოწყობილობების ხელმისაწვდომობა. ეს მოწყობილობები არის ძირითადი და საკმარისი კომპიუტერის მუშაობისთვის მომხმარებლის დონეზე.
7. ღია არქიტექტურის პრინციპი- კომპიუტერის აგების წესები, რომლის მიხედვითაც ყველას ახალი ბლოკიუნდა შეესაბამებოდეს ძველს და ადვილად დააინსტალიროთ კომპიუტერში იმავე ადგილას. კომპიუტერში ისევე მარტივად შეგიძლიათ შეცვალოთ ძველი ბლოკები ახლით, სადაც არ უნდა იყოს ისინი განლაგებული, რის შედეგადაც კომპიუტერის მუშაობა არათუ არ ირღვევა, არამედ უფრო პროდუქტიულიც ხდება. ეს პრინციპი საშუალებას გაძლევთ არ გადააგდოთ, არამედ მოახდინოთ ადრე შეძენილი კომპიუტერის მოდერნიზება, ადვილად შეცვალოთ მასში მოძველებული ერთეულები უფრო მოწინავე და მოსახერხებელით, ასევე შეიძინოთ და დააინსტალიროთ ახალი ერთეულები. უფრო მეტიც, ყველა მათგანში მათი დამაკავშირებელი კონექტორები სტანდარტულია და არ საჭიროებს რაიმე ცვლილებას თავად კომპიუტერის დიზაინში.
ამ პრინციპების ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგი ის არის, რომ ახლა პროგრამა აღარ იყო აპარატის მუდმივი ნაწილი (მაგალითად, კალკულატორი). შესაძლებელი გახდა პროგრამის მარტივად შეცვლა. მაგრამ აღჭურვილობა, რა თქმა უნდა, რჩება უცვლელი და ძალიან მარტივი.
კომპიუტერი არ არის განუყოფელი, განუყოფელი ობიექტი. იგი შედგება რამდენიმე მოწყობილობისგან - მოდულები.(მომხმარებელს შეუძლია შეავსოს თავისი კომპიუტერი ამ მოდულებიდან მისივე მოთხოვნით). კომპიუტერზე თითოეული მოწყობილობისთვის არის ელექტრონული წრერომელიც აკონტროლებს მას. ამ წრეს ეწოდება კონტროლერი, ან ადაპტერი. ზოგიერთ კონტროლერს შეუძლია რამდენიმე მოწყობილობის ერთდროულად მართვა. ყველა კონტროლერი და ადაპტერი ურთიერთქმედებს პროცესორთან და RAM-თან სისტემური ავტობუსის მეშვეობით (ელექტრონული ხაზების ნაკრები. ავტობუსი არის კაბელი, რომელიც შედგება მრავალი მავთულისგან.
ხერხემალი უზრუნველყოფს მონაცემთა გაცვლას კომპიუტერულ მოწყობილობებს შორის.
გზატკეცილი სამი ნაწილისგან შედგება:
1. მისამართის ავტობუსი,რომელზედაც დაყენებულია მეხსიერების საჭირო უჯრედის ან მოწყობილობის მისამართი, რომლითაც მოხდება ინფორმაციის გაცვლა.
2. მონაცემთა ავტობუსი, რომლის მეშვეობითაც მოხდება საჭირო ინფორმაციის გადაცემა.
3. საკონტროლო ავტობუსიამ პროცესის რეგულირება. (სიგნალები გადაიცემა საკონტროლო ავტობუსის მეშვეობით, რომლებიც განსაზღვრავენ ავტომაგისტრალის გასწვრივ ინფორმაციის გაცვლის ხასიათს. ეს სიგნალები მიუთითებს რა ოპერაცია უნდა შესრულდეს).
იმისათვის, რომ კომპიუტერმა სწორად იმუშაოს, აუცილებელია, რომ მისმა ყველა მოწყობილობამ ერთად იმუშაოს, „გაიგოს“ ერთმანეთი და „არ ეწინააღმდეგებოდეს“. ეს უზრუნველყოფილია იმავე ინტერფეისის წყალობით, რომელიც ყველა კომპიუტერულ მოწყობილობას აქვს.
ინტერფეისი არის ორი მოწყობილობის დამაკავშირებელი საშუალება, რომელშიც ყველა ფიზიკური და ლოგიკური პარამეტრი შეესაბამება ერთმანეთს.
ვინაიდან მოწყობილობებს შორის მონაცემთა გაცვლა ხდება ავტობუსის საშუალებით, ინტერფეისების კოორდინაციისთვის, ყველა გარე მოწყობილობა უკავშირდება ავტობუსს არა პირდაპირ, არამედ მათი კონტროლერების (ადაპტერების) და პორტების მეშვეობით.
პორტები შეიძლება იყოს სერიული ან პარალელური. TO სერიული პორტებინელი ან დისტანციური მოწყობილობები (მაუსი, მოდემი) დაკავშირებულია და უფრო სწრაფი (სკანერი, პრინტერი) დაკავშირებულია პარალელურებთან. კლავიატურა და მონიტორი დაკავშირებულია სპეციალიზებულ პორტებთან.
იმისათვის, რომ თავიდან ავიცილოთ მოწყობილობის სხვის პორტთან შეცდომით ან იგნორირებასთან დაკავშირება, თითოეულ მოწყობილობას აქვს ინდივიდუალური დანამატის ფორმა, რომელიც არ ჯდება „უცხო“ კონექტორში.
ციფრული სახით წარმოდგენილ და კომპიუტერზე დამუშავებულ ინფორმაციას ე.წ მონაცემები.
ბრძანებების თანმიმდევრობას, რომელსაც კომპიუტერი ასრულებს მონაცემთა დამუშავებისას, ეწოდება პროგრამა.
მონაცემთა დამუშავება კომპიუტერზე:
1. მომხმარებელი იწყებს გრძელვადიან მეხსიერებაში შენახულ პროგრამას, ის იტვირთება ოპერაციულ მეხსიერებაში და იწყებს შესრულებას.
2. შესრულება: პროცესორი კითხულობს ინსტრუქციებს და ასრულებს მათ. საჭირო მონაცემები იტვირთება RAM-ში გრძელვადიანი მეხსიერებიდან ან შედის შეყვანის მოწყობილობების გამოყენებით.
3. გამომავალი (მიღებული) მონაცემები პროცესორის მიერ იწერება RAM-ში ან გრძელვადიან მეხსიერებაში და ასევე მიეწოდება მომხმარებელს ინფორმაციის გამომავალი მოწყობილობების გამოყენებით.
სხვადასხვა მოწყობილობებს შორის ინფორმაციის გაცვლის უზრუნველსაყოფად, გარკვეული სახის ხერხემალი უნდა იყოს უზრუნველყოფილი ინფორმაციის ნაკადების გადასაადგილებლად.
საბარგული (სისტემის ავტობუსი)მოიცავს სამ მრავალბიტიან ავტობუსს: მონაცემთა ავტობუსს, მისამართების ავტობუსს და საკონტროლო ავტობუსს, რომლებიც მრავალსადენიანი ხაზებია. ავტობუსს უკავშირდება პროცესორი და ოპერატიული მეხსიერება, აგრეთვე პერიფერიული შემავალი, გამომავალი და ინფორმაციის შესანახი მოწყობილობები, რომლებიც ცვლის ინფორმაციას მანქანა ენაზე (ნულებისა და ერთეულების თანმიმდევრობა ელექტრული იმპულსების სახით).
მონაცემთა ავტობუსი.ეს ავტობუსი გადასცემს მონაცემებს სხვადასხვა მოწყობილობებს შორის. მაგალითად, წაიკითხეთ შემთხვევითი წვდომის მეხსიერებამონაცემები შეიძლება გადაეგზავნოს პროცესორს დასამუშავებლად, შემდეგ კი მიღებული მონაცემები შეიძლება დაბრუნდეს RAM-ში შესანახად. ამრიგად, მონაცემთა ავტობუსზე მონაცემები შეიძლება გადავიდეს მოწყობილობიდან მოწყობილობაზე ნებისმიერი მიმართულებით, ანუ მონაცემთა ავტობუსი ორმხრივია. პროცესორის მუშაობის ძირითადი რეჟიმები მონაცემთა ავტობუსის გამოყენებით მოიცავს შემდეგს: მონაცემთა ჩაწერა/წაკითხვა RAM-დან, მონაცემების ჩაწერა/წაკითხვა გარე მეხსიერება, მონაცემების კითხვა შემავალი მოწყობილობიდან, მონაცემების გაგზავნა გამომავალ მოწყობილობაზე.
მონაცემთა ავტობუსის სიგანე განისაზღვრება პროცესორის ბიტის სიმძლავრით, ანუ ბინარული ბიტების რაოდენობით, რომლებიც შეიძლება დამუშავდეს ან გადაიცეს პროცესორის მიერ ერთდროულად. კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად პროცესორების სიმძლავრე მუდმივად იზრდება.
მისამართი ავტობუსი.მოწყობილობის ან მეხსიერების უჯრედის არჩევას, რომელზედაც მონაცემები იგზავნება ან იკითხება მონაცემთა ავტობუსით, ხდება პროცესორის მიერ. თითოეულ მოწყობილობას ან RAM უჯრედს აქვს საკუთარი მისამართი. მისამართი გადაეცემა მისამართების ავტობუსის გასწვრივ, ხოლო სიგნალები გადაიცემა მის გასწვრივ ერთი მიმართულებით - პროცესორიდან RAM-მდე და მოწყობილობებამდე (ცალმხრივი ავტობუსი).
მისამართების ავტობუსის სიგანე განსაზღვრავს მისამართების მეხსიერების რაოდენობას (მისამართების სივრცე), ანუ ერთი ბაიტიანი RAM უჯრედების რაოდენობას, რომლებსაც შეუძლიათ უნიკალური მისამართები.
მისამართებად მეხსიერების უჯრედების რაოდენობა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით:
N=2 I, სადაც I არის მისამართის ავტობუსის სიგანე.
თითოეულ ავტობუსს აქვს საკუთარი მისამართის სივრცე, ანუ მისამართების მეხსიერების მაქსიმალური რაოდენობა:
2 16 = 64 კბ
2 20 = 1 მბ
2 24 = 16 მბ
2 32 = 4 GB
საკონტროლო ავტობუსი. საკონტროლო ავტობუსი გადასცემს სიგნალებს, რომლებიც განსაზღვრავენ მაგისტრალის გასწვრივ ინფორმაციის გაცვლის ხასიათს. საკონტროლო სიგნალები მიუთითებენ რა ოპერაცია - მეხსიერებიდან ინფორმაციის წაკითხვა ან ჩაწერა - უნდა შესრულდეს, მოწყობილობებს შორის ინფორმაციის გაცვლის სინქრონიზაცია და ა.შ.
მოდულური პრინციპიმომხმარებელს საშუალებას აძლევს შეაგროვოს მისთვის საჭირო კომპიუტერის კონფიგურაცია და საჭიროების შემთხვევაში განაახლოს იგი. თითოეული ინდივიდუალური კომპიუტერის ფუნქცია ხორციელდება ერთი ან მეტი მოდულით - სტრუქტურულად და ფუნქციურად სრული ელექტრონული ერთეული სტანდარტული დიზაინით. კომპიუტერული სტრუქტურის მოდულურ საფუძველზე ორგანიზება ბლოკის სახლის აშენების მსგავსია.
ხერხემალ-მოდულურ პრინციპს აქვს რამდენიმე უპირატესობა:
1. მუშაობა გარე მოწყობილობებიიგივე პროცესორის ბრძანებები გამოიყენება როგორც მეხსიერებასთან მუშაობისთვის.
2. მაგისტრალთან შეერთება დამატებითი მოწყობილობებიარ საჭიროებს ცვლილებებს არსებულ მოწყობილობებში, პროცესორში ან მეხსიერებაში.
3. მოდულების შემადგენლობის შეცვლით შეგიძლიათ შეცვალოთ კომპიუტერის სიმძლავრე და დანიშნულება მისი მუშაობის დროს.
კომპიუტერების დიდი უმრავლესობა დაფუძნებულია შემდეგზე: ზოგადი პრინციპები, ჩამოყალიბებული 1945 წელს ამერიკელი მეცნიერის ჯონ ფონ ნეუმანის მიერ (სურათი 8.5). ეს პრინციპები პირველად გამოქვეყნდა მის წინადადებებში EDVAC მანქანაზე. ეს კომპიუტერი იყო ერთ-ერთი პირველი შენახული პროგრამული მანქანა, ე.ი. აპარატის მეხსიერებაში შენახული პროგრამით, ვიდრე წაკითხული პუნჩირებული ბარათიდან ან სხვა მსგავსი მოწყობილობიდან.
სურათი 9.5 - ჯონ ფონ ნეუმანი, 1945 წ
1. პროგრამის კონტროლის პრინციპი . აქედან გამომდინარეობს, რომ პროგრამა შედგება ბრძანებების ნაკრებისგან, რომლებიც შესრულებულია პროცესორის მიერ ავტომატურად ერთმანეთის მიყოლებით გარკვეული თანმიმდევრობით.
პროგრამა ამოღებულია მეხსიერებიდან პროგრამის მრიცხველის გამოყენებით. ეს პროცესორის რეგისტრი თანმიმდევრულად ზრდის მასში შენახული შემდეგი ინსტრუქციის მისამართს ინსტრუქციის სიგრძით.
და რადგან პროგრამის ბრძანებები ერთმანეთის მიყოლებით მდებარეობს მეხსიერებაში, ბრძანებების ჯაჭვი ორგანიზებულია თანმიმდევრულად განლაგებული მეხსიერების უჯრედებიდან.
თუ ბრძანების შესრულების შემდეგ აუცილებელია გადავიდეს არა შემდეგში, არამედ მეხსიერების სხვა უჯრედში, გამოიყენება პირობითი ან უპირობო გადახტომის ბრძანებები, რომლებიც ბრძანების მრიცხველში შეაქვს შემდეგი ბრძანების შემცველი მეხსიერების უჯრედის რაოდენობას. მეხსიერებიდან ბრძანებების მიღება ჩერდება ბრძანების “stop”-ის მიღწევისა და შესრულების შემდეგ.
ამრიგად, პროცესორი ახორციელებს პროგრამას ავტომატურად, ადამიანის ჩარევის გარეშე.
ჯონ ფონ ნეუმანის აზრით, კომპიუტერი უნდა შედგებოდეს ცენტრალური არითმეტიკულ-ლოგიკური ერთეულისგან. ცენტრალური მოწყობილობაკონტროლი, შესანახი მოწყობილობა და ინფორმაციის შემავალი/გამომავალი მოწყობილობა. კომპიუტერი, მისი აზრით, უნდა იმუშაოს ბინარული რიცხვები, იყოს ელექტრონული (არა ელექტრო); ოპერაციების შესრულება თანმიმდევრულად.
პრობლემის გადასაჭრელად ალგორითმის მიერ დადგენილი ყველა გამოთვლა წარმოდგენილი უნდა იყოს პროგრამის სახით, რომელიც შედგება საკონტროლო სიტყვა-ბრძანებების თანმიმდევრობისგან. თითოეული ბრძანება შეიცავს ინსტრუქციებს კონკრეტული ოპერაციის შესასრულებლად, ოპერანდების ადგილმდებარეობის (მისამართების) და მომსახურების რიგ მახასიათებლებზე. ოპერანდები არის ცვლადები, რომელთა მნიშვნელობები ჩართულია მონაცემთა ტრანსფორმაციის ოპერაციებში. ყველა ცვლადის სია (მასივი) (შეყვანის მონაცემები, შუალედური მნიშვნელობები და გამოთვლის შედეგები) ნებისმიერი პროგრამის კიდევ ერთი განუყოფელი ელემენტია.
პროგრამებზე, ინსტრუქციებსა და ოპერანდებზე წვდომისთვის გამოიყენება მათი მისამართები. მისამართები არის კომპიუტერის მეხსიერების უჯრედების რაოდენობა, რომლებიც განკუთვნილია ობიექტების შესანახად. ინფორმაცია (ბრძანება და მონაცემები: რიცხვითი, ტექსტი, გრაფიკული და ა.შ.) დაშიფრულია ორობითი ციფრებით 0 და 1.
Ამიტომაც სხვადასხვა სახისკომპიუტერის მეხსიერებაში შენახული ინფორმაციის იდენტიფიკაცია შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც პროგრამა შესრულებულია, მისი ლოგიკის მიხედვით, კონტექსტში.
2. მეხსიერების ჰომოგენურობის პრინციპი . პროგრამები და მონაცემები ინახება იმავე მეხსიერებაში. ამიტომ, კომპიუტერი არ განასხვავებს იმას, რაც ინახება მოცემულ მეხსიერების უჯრედში - რიცხვს, ტექსტს ან ბრძანებას. თქვენ შეგიძლიათ შეასრულოთ იგივე მოქმედებები ბრძანებებზე, როგორც მონაცემებზე. ეს ხსნის შესაძლებლობების მთელ სპექტრს. მაგალითად, პროგრამის დამუშავება შესაძლებელია მისი შესრულების დროსაც, რაც საშუალებას გაძლევთ დააწესოთ წესები მისი ზოგიერთი ნაწილის მისაღებად თავად პროგრამაში (ასეა პროგრამაში ორგანიზებული ციკლების და ქვეპროგრამების შესრულება). უფრო მეტიც, ერთი პროგრამის ბრძანებების მიღება შესაძლებელია სხვა პროგრამის შესრულების შედეგად. თარგმანის მეთოდები ეფუძნება ამ პრინციპს - პროგრამის ტექსტის თარგმნა მაღალი დონის პროგრამირების ენიდან კონკრეტული მანქანის ენაზე.
3. დამიზნების პრინციპი . სტრუქტურულად, ძირითადი მეხსიერება შედგება ხელახალი დანომრილი უჯრედებისგან; ნებისმიერი უჯრედი ხელმისაწვდომია პროცესორისთვის ნებისმიერ დროს. ეს გულისხმობს მეხსიერების ზონების დასახელების უნარს, რათა მათში შენახული მნიშვნელობები მოგვიანებით იყოს წვდომა ან შეიცვალოს პროგრამის შესრულების დროს მინიჭებული სახელების გამოყენებით.
ფონ ნეუმანის პრინციპები შეიძლება პრაქტიკულად განხორციელდეს მრავალი გზით სხვადასხვა გზით. წარმოგიდგენთ ორ მათგანს: კომპიუტერს ავტობუსით და არხის ორგანიზაციას. სანამ კომპიუტერის მუშაობის პრინციპებს აღვწერთ, წარმოგიდგენთ რამდენიმე განმარტებას.
კომპიუტერული არქიტექტურა ეწოდება მის აღწერას ზოგიერთ ზოგად დონეზე, მათ შორის მომხმარებლის პროგრამირების შესაძლებლობების, ბრძანების სისტემების, მისამართის სისტემების, მეხსიერების ორგანიზების და ა.შ. არქიტექტურა განსაზღვრავს კომპიუტერის ძირითადი ლოგიკური კვანძების მუშაობის პრინციპებს, საინფორმაციო კავშირებს და ურთიერთდაკავშირებას: პროცესორი, ოპერატიული მეხსიერება, გარე მეხსიერება და პერიფერიული მოწყობილობები. არქიტექტურის საერთოობა სხვადასხვა კომპიუტერებიუზრუნველყოფს მათ თავსებადობას მომხმარებლის თვალსაზრისით.
კომპიუტერული სტრუქტურა არის მისი ფუნქციური ელემენტებისა და მათ შორის კავშირების ერთობლიობა. ელემენტები შეიძლება იყოს მრავალფეროვანი მოწყობილობები - კომპიუტერის ძირითადი ლოგიკური კვანძებიდან უმარტივეს სქემებამდე. კომპიუტერის სტრუქტურა გრაფიკულად არის წარმოდგენილი ბლოკ-სქემები, რომლითაც შეგიძლიათ აღწეროთ კომპიუტერი დეტალების ნებისმიერ დონეზე.
ტერმინი ძალიან ხშირად გამოიყენება კომპიუტერის კონფიგურაცია , რომელიც გაგებულია, როგორც გამოთვლითი მოწყობილობის განლაგება მისი ფუნქციური ელემენტების ბუნების, რაოდენობის, ურთიერთობებისა და ძირითადი მახასიათებლების მკაფიო განმარტებით. Ტერმინი " კომპიუტერული ორგანიზაცია» განსაზღვრავს, თუ როგორ არის დანერგილი კომპიუტერის შესაძლებლობები,
გუნდი – ინფორმაციის ერთობლიობა პროცესორის მიერ მოთხოვნილიშეასრულოს კონკრეტული მოქმედება პროგრამის შესრულებისას.
გუნდი შედგება ოპერაციის კოდი, რომელიც შეიცავს მითითებას შესასრულებელი ოპერაციის შესახებ და რამდენიმე მისამართის ველები, რომელიც შეიცავს მითითებას ინსტრუქციის ოპერანდების ადგილმდებარეობის შესახებ.
ბრძანების მისამართების ველში მოცემული ინფორმაციის მიხედვით მისამართის გამოთვლის მეთოდს ეწოდება მისამართის რეჟიმი. მოცემულ კომპიუტერში განხორციელებული ბრძანებების ნაკრები ქმნის მის ბრძანების სისტემას.
ყოველდღიურ დონეზე, ადამიანების უმეტესობა მტკიცედ უკავშირებს ტერმინს „არქიტექტურას“ სხვადასხვა შენობებთან და სხვა საინჟინრო ნაგებობებთან. ასე რომ, შეგვიძლია ვისაუბროთ გოთური ტაძრის, ეიფელის კოშკის ან ოპერის არქიტექტურაზე. სხვა სფეროებში ეს ტერმინი საკმაოდ იშვიათად გამოიყენება, მაგრამ კომპიუტერებისთვის „კომპიუტერის არქიტექტურის“ კონცეფცია (ელექტრონული კომპიუტერი) უკვე მტკიცედ არის ჩამოყალიბებული და ფართოდ გამოიყენება გასული საუკუნის 70-იანი წლებიდან. იმისათვის, რომ გაიგოთ, თუ როგორ სრულდება პროგრამები და სკრიპტები კომპიუტერზე, ჯერ უნდა იცოდეთ როგორ მუშაობს მისი თითოეული კომპონენტი. კომპიუტერული არქიტექტურის დოქტრინის საფუძვლები, რომლებიც განხილულია გაკვეთილზე, ჩაეყარა ჯონ ფონ ნოიმანმა. მეტი დეტალი ლოგიკური კვანძების შესახებ, ასევე თანამედროვე არქიტექტურის ხერხემალ-მოდულარული პრინციპის შესახებ პერსონალური კომპიუტერებიშეგიძლიათ ისწავლოთ ამ გაკვეთილზე.
კომპიუტერის არქიტექტურის საფუძვლიანი პრინციპები ჩამოყალიბდა 1945 წელს ჯონ ფონ ნეუმანის მიერ, რომელმაც განავითარა ჩარლზ ბაბეჯის იდეები, რომელიც წარმოადგენდა კომპიუტერის მუშაობას, როგორც მოწყობილობათა ნაკრების მუშაობას: დამუშავება, კონტროლი, მეხსიერება, შეყვანა-გამომავალი.
ფონ ნეუმანის პრინციპები.
1. მეხსიერების ჰომოგენურობის პრინციპი. თქვენ შეგიძლიათ შეასრულოთ იგივე მოქმედებები ბრძანებებზე, როგორც მონაცემებზე.
2. მეხსიერების მისამართადობის პრინციპი. ძირითადი მეხსიერება სტრუქტურულად შედგება დანომრილი უჯრედებისგან; ნებისმიერი უჯრედი ხელმისაწვდომია პროცესორისთვის ნებისმიერ დროს. ეს გულისხმობს მეხსიერების ზონების დასახელების უნარს, რათა მათში შენახული მნიშვნელობები მოგვიანებით იყოს წვდომა ან შეიცვალოს პროგრამის შესრულების დროს მინიჭებული სახელების გამოყენებით.
3. პროგრამის თანმიმდევრული კონტროლის პრინციპი. იგი ვარაუდობს, რომ პროგრამა შედგება ბრძანებების ნაკრებისგან, რომლებიც შესრულებულია პროცესორის მიერ ავტომატურად ერთმანეთის მიყოლებით გარკვეული თანმიმდევრობით.
4. არქიტექტურული სიხისტის პრინციპი. ოპერაციის დროს ტოპოლოგიის, არქიტექტურისა და ბრძანებების სიის უცვლელობა.
ფონ ნეუმანის პრინციპებზე აგებულ კომპიუტერებს აქვთ კლასიკური არქიტექტურა, მაგრამ მის გარდა არის სხვა ტიპის არქიტექტურა. მაგალითად, ჰარვარდი. მისი გამორჩეული თვისებებია:
- ინსტრუქციის საცავი და მონაცემთა საცავი სხვადასხვა ფიზიკური მოწყობილობაა;
- ინსტრუქციის არხი და მონაცემთა არხი ასევე ფიზიკურად არის გამოყოფილი.
განვითარების ისტორიაში კომპიუტერული ტექნოლოგიახარისხობრივი ნახტომი ხდებოდა დაახლოებით ყოველ 10 წელიწადში ერთხელ. ეს ნახტომი დაკავშირებულია ახალი თაობის კომპიუტერების გამოჩენასთან. გამყოფი მანქანების იდეა გაჩნდა იმის გამო, რომ მისი განვითარების ხანმოკლე ისტორიის განმავლობაში კომპიუტერულმა ტექნოლოგიამ განიცადა დიდი ევოლუცია, როგორც გაგებით. ელემენტის ბაზა(ნათურები, ტრანზისტორები, მიკროსქემები და ა.შ.) და მისი სტრუქტურის შეცვლის გაგებით, ახალი შესაძლებლობების გაჩენა, აპლიკაციების სფეროს გაფართოება და გამოყენების ხასიათი. Უფრო ვრცლად კომპიუტერული განვითარების ეტაპები ნაჩვენებია ნახ. 2. იმის გასაგებად, თუ როგორ და რატომ შეიცვალა ერთი თაობა მეორეთი, საჭიროა ვიცოდეთ ისეთი ცნებების მნიშვნელობა, როგორიცაა მეხსიერება, სიჩქარე, ინტეგრაციის ხარისხი და ა.შ.
ბრინჯი. 2. კომპიუტერული თაობები ()
კომპიუტერებს შორის, რომლებიც არ არის კლასიკური და არა ფონ ნეუმანის არქიტექტურა, შეგვიძლია გამოვყოთ ე.წ. ისინი ახდენენ ადამიანის ტვინის უჯრედების, ნეირონების, ისევე როგორც ნერვული სისტემის ზოგიერთი ნაწილის მუშაობას, რომელსაც შეუძლია სიგნალების გაცვლა.
კომპიუტერის თითოეული ლოგიკური კვანძი ასრულებს თავის ფუნქციებს. ფუნქციები პროცესორი(ნახ. 3):
- მონაცემთა დამუშავება (მათზე არითმეტიკული და ლოგიკური მოქმედებების შესრულება);
- ყველა სხვა კომპიუტერული მოწყობილობის კონტროლი.
ბრინჯი. 3. კომპიუტერული ცენტრალური დამუშავების ერთეული ()
პროგრამა შედგება ცალკეული ბრძანებებისგან. ბრძანება მოიცავს ოპერაციის კოდს, ოპერანდების მისამართებს (ოპერაციაში მონაწილე რაოდენობებს) და შედეგის მისამართს.
ბრძანების შესრულება დაყოფილია შემდეგ ეტაპებად:
· გუნდის შერჩევა;
- შემდეგი ბრძანების მისამართის გენერირება;
- ბრძანების გაშიფვრა;
- ოპერანდების მისამართების გამოთვლა;
- ოპერანდის შერჩევა;
- ოპერაციის შესრულება;
- შედეგის ნიშნის ფორმირება;
- შედეგის ჩაწერა.
ყველა სტადია არ არის წარმოდგენილი ნებისმიერი ინსტრუქციის შესრულებისას (დამოკიდებულია ინსტრუქციის ტიპზე), მაგრამ ყოველთვის ტარდება ეტაპები: მიღება, გაშიფვრა, შემდეგი ინსტრუქციის მისამართის გენერირება და ოპერაციის შესრულება. გარკვეულ სიტუაციებში შესაძლებელია კიდევ ორი ნაბიჯი:
- არაპირდაპირი მიმართვა;
- რეაქცია შეფერხებაზე.
ოპერატიული მეხსიერება(ნახ. 4) მოწყობილია შემდეგნაირად:
- ინფორმაციის მიღება სხვა მოწყობილობებიდან;
- ინფორმაციის დამახსოვრება;
- ინფორმაციის გადაცემა მოთხოვნით სხვა კომპიუტერულ მოწყობილობებზე.
ბრინჯი. 4. კომპიუტერის ოპერატიული მეხსიერება (შემთხვევითი წვდომის მეხსიერება)
არქიტექტურის გულში თანამედროვე კომპიუტერებიიტყუება ხერხემალი-მოდულარული პრინციპი(ნახ. 5). მოდულური პრინციპი საშუალებას გაძლევთ დაასრულოთ სასურველი კონფიგურაცია და განახორციელოთ საჭირო განახლებები. ის ეყრდნობა მოდულებს შორის ინფორმაციის გაცვლის ავტობუსის პრინციპს. სისტემის ავტობუსი ან კომპიუტერული ავტობუსი მოიცავს რამდენიმე ავტობუსს სხვადასხვა მიზნებისთვის. ხერხემალი მოიცავს სამ მრავალბიტიან ავტობუსს:
- მონაცემთა ავტობუსი;
- მისამართი ავტობუსი;
- საკონტროლო ავტობუსი.
ბრინჯი. 5. კომპიუტერის კონსტრუქციის ხერხემალ-მოდულური პრინციპი
მონაცემთა ავტობუსი გამოიყენება კომპიუტერულ მოწყობილობებს შორის სხვადასხვა მონაცემების გადასაცემად; მისამართის ავტობუსი გამოიყენება გადაცემული მონაცემების მისამართად, ანუ მისი მდებარეობის დასადგენად მეხსიერებაში ან შემავალ/გამომავალ მოწყობილობებში; საკონტროლო ავტობუსი მოიცავს საკონტროლო სიგნალებს, რომლებიც ემსახურება ოპერაციის დროებით კოორდინაციას სხვადასხვა მოწყობილობებიკომპიუტერი, მონაცემთა გადაცემის მიმართულების განსაზღვრა, გადაცემული მონაცემების ფორმატების განსაზღვრა და ა.შ.
ეს პრინციპი მოქმედებს სხვადასხვა კომპიუტერებზე, რომლებიც შეიძლება დაიყოს სამ ჯგუფად:
- სტაციონარული;
- კომპაქტური (ლეპტოპები, ნეტბუქები და ა.შ.);
- ჯიბე (სმარტფონები და ა.შ.).
დესკტოპის კომპიუტერის სისტემურ ერთეულში ან კომპაქტურ შემთხვევაში არის ძირითადი ლოგიკური ერთეულები - ეს არის დედაპლატაპროცესორით, კვების ბლოკით, გარე მეხსიერების დისკებით და ა.შ.
ბიბლიოგრაფია
1. ბოსოვა ლ.ლ. კომპიუტერული მეცნიერება და ისტ: სახელმძღვანელო მე-8 კლასისთვის. - M.: BINOM. ცოდნის ლაბორატორია, 2012 წ.
2. ბოსოვა ლ.ლ. კომპიუტერული მეცნიერება: სამუშაო რვეული მე-8 კლასისთვის. - M.: BINOM. ცოდნის ლაბორატორია, 2010 წ.
3. ასტაფიევა ნ.ე., რაკიტინა ე.ა., კომპიუტერული მეცნიერება სქემებში. - M.: BINOM. ცოდნის ლაბორატორია, 2010 წ.
4. Tannenbaum E. კომპიუტერული არქიტექტურა. - მე-5 გამოცემა. - პეტერბურგი: პეტრე, 2007. - 844გვ.
1. ინტერნეტ პორტალი „ყველა რჩევა“ ()
2. ინტერნეტ პორტალი „ელექტრონული ენციკლოპედია „კომპიუტერი“ ()
3. ინტერნეტ პორტალი "apparatnoe.narod.ru" ()
Საშინაო დავალება
1. თავი 2, §2.1, 2.2. ბოსოვა ლ.ლ. კომპიუტერული მეცნიერება და ისტ: სახელმძღვანელო მე-8 კლასისთვის. - M.: BINOM. ცოდნის ლაბორატორია, 2012 წ.
2. რას ნიშნავს აბრევიატურა COMPUTER?
3. რას ნიშნავს ტერმინი „კომპიუტერის არქიტექტურა“?
4. ვინ ჩამოაყალიბა კომპიუტერული არქიტექტურის ძირითადი პრინციპები?
5. რას ეფუძნება თანამედროვე კომპიუტერების არქიტექტურა?
6. რა არის ძირითადი ფუნქციები? ცენტრალური პროცესორიდა კომპიუტერის ოპერატიული მეხსიერება.
