Оқулық тақырыбы дк техникалық сипаттамалары

1. ЭЕМ-ді құру принциптері.

Көптеген компьютерлерді құру негізінде 1945 жылы американдық ғалым Джон фон Нейманмен құрастырылған келесі жалпы принциптер жатыр.

1. Екілік кодтау принципі. Осы принципке сәйкес ЭЕМ-ге келіп түсетін барлық ақпарат екілік сигналдар көмегімен кодталада.

2. Программалық басқару принципі. Бұдан программа командалар жиынынан тұратыны белгілі. Олар процессормен қандайда бір ретпен бір-бірімен автоматты түрде орындалады.

Жадыдағы программаны таңдау командалар санағышымен жүзеге асады. Процессордың бұл регистрі ондағы сақталған команда адресін команда ұзындығына ұлғайтады. Демек, программа командалары жадыда бірінен кейін бірі орналасқандықтан, жадыда реттеліп орналасқан ұяшықтардан  командалар тізбегін таңдау ұйымдастырылады.

Ал егер команда орындалғаннан кейін келесіге көшу  керек болса, шартты немесе шартсыз көшу командасы пайдаланылады. Олар командалар санағышына (счетчик) келесі командадан тұратын жады ұяшығының номерін енгізеді. Жадыдан команданы таңдау «тоқта» (стоп) командасын орындағаннан кейін тоқтайды. Демек, процессор программаны адамның қатысуынсыз автоматты түрде орындайды.

3. Жадының біртектілік принципі. Программалар мен мәліметтер бір жадыда сақталады. Сондықтан компьютер жадының берілген ұяшығында – сан, мәтін немесе команда сақталғанын айыра алмайды.

4. Адрестік принцип. Негізгі құрылымдық жады нөмірленген ұяшықтардан тұрады; процессорға қандайда бір уақыт моментінде кез келген ұяшық қолайлы. Осыдан жады облыстарына атау беру мүмкіндігі туады. Олардың мәндеріне берілген атау көмегімен программаның орындалу процесінде қатынас жасауға немесе ауыстыруға мүмкіндік туғызады. 

Бұл принциптерге қатысты құрылған компьютерлер фон-неймандық типке жатады. Бірақ фон-неймандықтан ерекшеленетін компьютерлер бар. Оларда, мысалы, программалық басқару принципі орындалмауы мүмкін, яғни программаның ағымды орындалып жатқан командасын көрсететін «команда счетчигінсіз» жұмыс істеуі мүмкін. Бұл компьютермен жадыда сақталған қандайда бір айнымалыға  қатынас жасау үшін оған атау беру қажет емес. Мұндай компьютерлер фон-неймандық-емес деп аталады.

Компьютер жұмысын жалпы былай сипаттауға болады. Біріншіден қандайда бір сыртқы құрылғы көмегімен компьютер жадына программа енгізіледі. Басқару құрылғысы жадының ұяшығындағы мәліметті оқиды. Мұнда программаның бірінші инструкциясы (команда) болады және оның орындалуын ұйымдастырады. Бұл команда арифметикалық немесе логикалық операциялардың орындалуын, арифметикалық немесе логикалық операциялар орындау үшін мәліметтер жадынан оқуды немесе оның нәтижесін жадыға жазуды, сыртқы құрылғыдан мәліметтерді жадыға енгізу немесе мәліметтерді жадыдан сыртқы құрылғыға шығаруды орындайды. 

Бір команда орындалғаннан кейін басқару құрылғысы жады ұяшығынан командалар орындай бастайды. Бұл командалар басқару құрылғысына жадының қандайда бір басқа ұяшығында орналасқан командадан бастап, программаның орындалуын жалғастыру керектігін  көрсетеді. Мұндай көшу программада әрдайым орындалмайды, тек қана қандайда бір шарттың орындалуы кезінде ғана, мысалы, егер қандайда бір сандар тең, егер алдыңғы арифметикалық операция нәтижесінде ноль шықса немесе т.с.с. Бл программада командалар тізбегін бірнеше рет пайдалануға мүмкіндік береді (яғни цикл ұйымдастыру), қандайда бір шарттың орындалуына қатысты әртүрлі командаларды орындау және т.с.с., яғни қиын программалар құру. Демек, басқарушы құрылғы программа инструкциясын автоматты түрде орындайды, яғни адамның қатысуынсыз. Ол компьютердің жедел жады мен сыртқы құрылғыларымен ақпаратпен алмасуы мүмкін. Өйткені сыртқы құрылғылар компьютердің басқа бөліктеріне қарағанда ақырын жұмыс істейді, басқарушы құрылғы сыртқы құрылғымен енгізу-шығару операциясының аяқталуына дейін программаның орындалуын тоқтата тұруы мүмкін. Орындалған программаның барлық нәтижесі компьютердің сыртқы құрылғыларына шығарылуы керек, содан кейін компьютер сыртқы құрылғылардың қандайда бір сигналын күтуге көшеді.   

Қазіргі компьютерлер құрылғыларының схемасы жоғарыда келтірілгеннен бірталай ерекшеленеді. Демек, арифметико-логикалық құрылғы мен басқару құрылғысы бір бүтін құрылғы – орталық процессор болып біріктірілген. Сонымен қатар, программалардың орындалу процесі компьютердің сыртқы құрылғыларынан түскен сигналдармен (үзу) байланысты іс-әрекеттерді орындау үшін үзілуі мүмкін. Көптеген тез жұмыс істейтін компьютерлер бірнеше процессорларда мәліметтерді параллельді өңдеуді жүзеге асырады. Сонымен қатар, көптеген қазіргі компьютерлер негізінен фон Нейман айтқан принциптермен сәйкес келеді.

2. Компьютер құрылымы.

Компьютер құрылымы – бұл  оның функционалды элементтері мен олардың арасындағы байланыстар жиынтығы. Элементтер әртүрлі құрылғылар – компьютердің негізгі логикалық торабынан бастап қарапайым схемаға дейін болуы мүмкін.

ДК конструктивті түрде орталық жүйелік блок ретінде көрінеді, онда алмалы-салмалылар (разъемы)  арқылы сыртқы құрылғылар: жадының қосымша құрылғысы, пернетақта, дисплей, принтер және т.с.с. қосылады.

Жүйелік блок өзіне жүйелік платаны, қоректендіру блогын, дисктерде жинақтағыштар, қосымша құрылғылар және контроллерлермен бірге кеңейту– сыртқы құрылғылар адаптерлерімен платаларды қосады.

Жүйелік платада (көбінесе аналық плата деп атайды– Mother Board), мыналар орналасқан:

1. микропроцессор

2. математикалық сопроцессор

3. тактілік импульстар генераторы

4. жедел жады (ОЗУ) мен тұрақты жады (ПЗУ) блоктары (микросхемалар)

5. пернетақта адаптерлері

6. үзу контроллері

7. таймер және т.с.с.

Микропроцессор (МП). Бұл ДК орталық блогы. Машинаның барлық блоктарының жұмысын басқару және ақпаратпен арифметикалық, логикалық операциялар орындауға арналған.

Микропроцессор құрамына мыналар кіреді:

1. Басқару құрылғысы (БҚ) қажет уақыт моментінде машинаның барлық блоктарына басқарудың қандайда бір басқару (басқармалы импульстар) сигналдарын береді; орындалатын операциямен пайдаланылатын жады ұяшықтарының адресін құрайды және осы адрестерді ЭЕМ-нің сәйкес блоктарына жібереді; импульстар тізімін басқару құрылғысы тактілік импульстар генераторынан алады.

2. Арифметико-логикалық құрылғы (АЛҚ) сандық және символдық ақпаратпен барлық арифметикалық және логикалық операциялар орындау үшін арналған (ДК кейбір модельдерінде операцияны орындауды жылдамдату үшін АЛҚ-ға қосымша математикалық сопроцессор орнатылады).

3. Микропроцессорлық жады (МПЖ) ақпаратты аз уақытқа сақтау, жазу және беру үшін қызмет етеді. МПЖ регистрлерде құрылады және машинаның жоғары жылдамдығын қамтамасыз ету үшін пайдаланылады, немесе негізгі жады жоғары жылдамдықты микропроцессорлардың тиімді жұмысы үшін қажет ақпаратты жазу, іздеу және оқуды әрдайым қамтамасыз ете алмайды. Регистрлер – әртүрлі ұзындықты жадының тез жұмыс істейтін ұяшығы.

4. Микропроцессордың интерфейстік жүйесі ДК басқа құрылғыларымен тартылысты (сопряжения) және байланысты жүзеге асырады; өзіне МП ішкі интерфейсін, буферлік сақтау регистрлері мен енгізу-шығару порттарымен басқару схемасы және жүйелік шинаны қосады.  Интерфейс (interface) – компьютер құрылғыларының тартылыс және байланыс әдістерінің жиынтығы. Енгізу-шығару порты (I/O – Input/Output port) – микропроцессорға ДК-дің басқа құрылғыларын қосуға мүмкіндік беретін тартылыс аппаратурасы.

Тактілік импульс генераторы электрлік импульстер тізбегін генерациялайды; генерацияланатын импульстер жиілігі машинаның тактілік жиілігін анықтайды. Көрші импульстер арасындағы уақыт аралығы машина жұмысының бір тактілігін анықтайды. Тактілік импульстер генераторының жиілігі дербес компьютердің негізгі сипаттамаларының бірі болып табылады және көбінесе жұмысының жылдамдығын анықтайды, яғни машинадағы әрбір операция тактінің қандайда бір санында орындалады.

Жүйелік шина – бұл компьютердің негізгі интерфейстік жүйесі, оның барлық құрылғылары арасында тартылыс пен байланысты қамтамасыз етеді.  Жүйелік шина өзіне мыналарды қосады:

1. Мәліметтердің кодтық шинасы (МКШ), операндтың сандық кодының (машиналық сөз) барлық разрядына параллель тасымалдау үшін тартылыс схемасы мен проводтардан тұрады;

2. Адрестің кодтық шинасы (АКШ), негізгі жады немесе сыртқы құрылғының енгізу-шығару порттарының ұяшықтар адресінің барлық разрядтарын параллель тасымалдау үшін тартылыс схемасы мен проводтарды қосады;

3. Инструкцияның кодтық шинасы  (ИКШ), құрамына машинаның барлық блоктарына инструкция (басқарушы сигналдар, импульстар) беруге арналған тартылыс схемасы мен проводтар кіреді;

4. Қоректендіру шинасы, электр жүйесіне ДК блоктарын қосуға арналған тартылысы схемасы мен проводтардан тұрады.

Жүйелік шина ақпаратты берудің үш бағытын қамтамасыз етеді:

1. микропроцессор мен негізгі жады арасында;

2. микропроцессор мен сыртқы құрылғылардың енгізу-шығару порттары арасында;

3. негізгі жады мен сыртқы құрылғылардың енгізу-шығару порттары арасында (жадыға тікелей кіру режимінде).

Барлық блоктар, нақтырақ айтсақ, олардың енгізу-шығару порттары сәйкес алмалы-салмалылар (разъемы) (стык) арқылы шинаға біркелкі немесе контроллерлер (адаптерлер) арқылы қосылады. Жүйелік шинамен басқару микропроцессормен немесе қосымша микросхема – басқарудың негізгі сигналын құратын шина контроллері арқылы жүзеге асады. Сыртқы құрылғылар мен жүйелік шина арасында ақпарат алмасу  ASCII-кодтарын пайдаланумен орындалады.

Негізгі жады (НЖ) машинаның басқа блоктарымен ақпаратты сақтау және жедел алмастыру үшін арналған. НЖ екі есте сақтау құрылғыларынан тұрады: тұрақты есте сақтау құрылғысы (ПЗУ) және жедел есте сақтау құрылғысы (ОЗУ).

ПЗУ өзгертілмейтін (тұрақты) программа мен анықтамалық ақпаратты сақтау үшін қызмет етеді, ондағы сақталған ақпаратты оқуға ғана мүмкіндік береді (ПЗУ ақпаратты өзгертуге болмайды).

ОЗУ ағымды уақыт периодында ДК-мен орындалатын ақпараттық-есептеу процесінде қатысатын ақпаратты (программа және мәліметтер) жедел жазу, сақтау және оқу үшін арналған. Жедел жадының басты ерекшелігі оның жоғары жылдамдығы мен жадының әрбір ұяшығына  жеке қатынасу мүмкіндігі болып табылады (ұяшыққа тікелей адрестік кіру). Жедел жадының кемшілігі ретінде машина өшірілгеннен кейін ондағы ақпаратты сақтау мүмкіндігі жоқтығын атауға болады (энерготәуелділік).

Сыртқы жады  ДК сыртқы құрылғысына жатады және кез келген ақпаратты ұзақ уақытқа сақтау үшін пайдаланылады. Сыртқы жадыда компьютердің барлық программалық қамтамасы сақталады.

1. 
   Жадыда реттеліп орналасқан ұяшықтардан  командалар тізбегін таңдау қалау ұйымдастырылады?
   
2. 
   Жады облыстарына атау беру мүмкіндігі қалай туады?
   
3. 
   Фон-неймандық-емес компьютерлер қалай аталады?
   
4. 
   Жүйелік платада не орналасады?
   
5. 
   Микропроцессор құрамына қандай құрылғылар кіреді? Қысқаша атап өтіңіз.
   
6. 
   Ақпаратты беру кезінде жүйелік шина неше бағытты қамтамасыз етеді? Оларды атаңыз.