Компьютердин архитектурасы

Баш барак | Бул ким, ал эмне | Компьютердин архитектурасы

Компьютердин архитектурасы деген эмне? Компьютердин структурасы деген эмне? Келгиле билип алалы. Алгач жеңилирээк болуу максатында жөнөкөй жалпак тил менен айтып берели, эгер тереңирээк маалымат алгыңыз келсе, ал дагы макабызда болот.

Компьютердин архитектурасы - Колдонуучу компьютерде маалыматтарды киргизип, башка маалыматка айландырып, сактап же маалыматты алуу үчүн ал белгилүү бир түзүлүштөрдөн туруш керек. Компьютердин архитектурасы, компьютердин конституциясы, мыйзамы деп койсок болот. Компьютердин бардык түзүлүштөрү, бардык компоненттери кошулуп компьютерди түзөт. Ал эми ошол түзүлүштөр кандай кошулат, кимиси кандай иш аткарат, мына ошонун баарысы компьютердин архитектурасы деп аталат.

Компьютер архитектурасынын өтө жөнөкөйлөтүлгөн схемасы

Аныктама: Компьютер архитектурасы - бул маалыматтар, операциялар түрлөрүнүн топтому жана ар бир деңгээлдин (төмөндө берилет) мүнөздөмөсү. Архитектура программалык аспектилер менен байланышкан. Ишке ашыруу аспектилер (мисалы, эсти реализациялоодогу колдонулган технология) архитектуранын бөлүгү катары саналбайт.

[ushka=seredina]

ЭЭМди түзүүчү негизги аталышы фон Нейман архитектурасы аталат. Америкалык окумуштуу Джон фон Нейман дал ушул архитектураны сунуштаган.

Компьютердин архитектурасын төмөнкүдөй принциптер аныктайт:
1.Программдык башкаруу принциби. ЭЭМдеги эсептөөлөрдү автоматташтырат. Принципке ылайык, ар бир тапшырманы, иш аракеттик ыраатын аныктап, аткаруу үчүн программа түзүлөт. Бир эле тапшырманы кайра-кайра аткарууда (баштапкы берилмелер башка болсо да) программалык башкаруунун эффективдүүлүгү жогору болот.

2.Эсте сакталуучу программа принциби. Бул принципке ылайык, программа буйругу берилмелер (маалыматтар же орусчасы данные) сыяктуу сандар менен берилип, ошондой эле ыкма менен иштетилет, ал эми программа өзү аткарылуунун алдында оперативдик эске жүктөлөт, бул анын аткарылуусун тездетет.

3.Эске каалагандай мүмкүндүк алуу принциби. Бул принципке ылайык, программанын жана берилмелердин элементтери оперативдик эстин каалаган жагына жазыла алат.

Ушул принцитердин негизинде заманбап компьютерлердин дээрлик көбүнчөсү иштейт. Берилмелерди сандар аркылуу эске жазылат, иштетилет жана даяр адамга түшүнүктүү түрдө натыйжалар чыгарылат.

IBM PC компьютери микропроцессордук система архитектурасы салттуу болуп, бардык кадимки функционалдык түйүндөрдү камтыйт: процессор, туруктуу жана оперативдүү эс, киргизүү/чыгаруу түзүлүштөрү, системалык шина, камсыздандыруу булагы.

IBM PC архитектурасы

Персоналдык компьютерлердин архитектурасынын негизги өзгөчөлүгү, аппаратураны компоновкалоо жана тандалган системалык аппараттык каражатт топтом принцибине такалат.

Негизги түйүндөр төмөнкүдөй:

Борбордук процессор - бул бардык кошумча микросхемалары, тышкы кэш-эс жана системалык шинаны башкаруучуну камтыган микропроцессор. Көп учурда дал ушул борбордук процессор системалык шинанын маалымат алмашууларын ишке ашырат.
Оперативдик эс процессор эсинин бардык даректелүүчү мейкиндигин камтышы мүмкүн. Бир көп учурда көлөмү азыраак. Заманбап компьютерлердеги системалык эстин көлөмү 512мегабайттан 128гигабайтка чейин. Компьютерлер жаңы чыга баштаганда 8, 32, 64, 128 килобайт эле болгон. Компьютердин оперативдик эси динамикалык эс микросхемаларында аткарылат, ошондуктан ал регенерацияны талап кылат.
Туруктуу эс (ROM BIOS — Base Input/Output System) анча чоң эмес көлөмгө ээ (64кб чейин), биринчи иштетүү программасын, системанын конфигурация баяндамасын, жана системалык түзүлүштөр менен иш-аракет жасоо үчүн драйверлерди (төмөнкү деңгээлдеги программалар) камтыйт.
Бөлүү башкаруучусу же көзөмөлдөөчүсү (контроллер) системалык магистралдын аппараттык бөлүүлөрүн (прерывание) процессордун аппараттык бөлүүлөрүнө айландырат жана бөлүү векторлорунун даректерин берет.
Эске түз мүмкүндүк алуунун көзөмөлдөөчүсү системалык магистралдан эске түз мүмкүндүк алуу сурамын кабыл алат, аны процессорго берет, процессор аны магистралга бергенде маалыматтарды эс жана киргизүү/чыгаруу түзүлүштөрү арасында жөнөтүүлөрдү аткарат. Эске түз мүмкүндүк алуу көзөмөлдөөчүнүн бардык функция аткаруу режимдери процессор аркылуу программа менен аткаруунун алдында берилет. Компьютердеги камтылган бөлүү көзөмөлдөөчүлөрүн жана эске түз мүмкүндүк алууну колдонуу кеңейтилүүчү платалардын аппаратурасын бир кыйла жөнөкөйлөтүүгө мүмкүндүк берет.
Регенерация көзөмдөөчүсү шина аркылуу өтүүчү динамикалык оперативдик эстеги маалыматтарды атайын регенерация циклдерин жүргүзүү менен жаңылатып турат. Цикл учурунда ал шинанын кожоюну болуп калат.
Маалымат байттарынын которуштуруучусу 16 разряддуу жана 8 разряддуу түзүлүштөр аркылуу сөздөрдү же байттар менен жардам берет.
Реалдуу убакыттын сааты жана таймер-эсептегич - бул ички убакыт жана датаны көзөмөлдөөчү, ошондой эле программалык тапшырмаларды программалык кармоо, токтотуу, кайра иштетүү түзүлүштөрү.
Киргизүү/чыгаруу систамылык түзүлүштөрү - бул компьютер менен иштөөгө жана стандарттык тышкы параллелдик/ырааттуу интерфейстер менен иш-аракет жасоо үчүн зарыл түзүлүштөр. Алар негизги платада (материнская плата) же кеңейтүү платаларында жайгашышы мүмкүн.
Кеңейтүү платалары системалык магистралдардын слотторуна (разьемдоруна) орнотулуп, оперативдик эс, киргизүү/чыгаруу түзүлүштөрүн ж.б. камтышы мүмкүн. Алар шинада башка түзүлүштөр менен программалык алмашуу, бөлүштүрүү жана эске түз мүмкүндүк алуу режиминде маалымат алмаша алат. Ошондой эле шинаны ээлеп алуу мүмкүндүгү бар, башкача айтканда башка системалык түзүлүштөрдү шинадан убактылуу толук өчүрүү.

Мындай архитектуранын маанилүү өзгөчөлүгү - анын ачыктыгы, компьютерге кошумча түзүлүштөрдү кошуу мүмкүндүгү, системалык түзүлүш болобу, же түрдүү кеңейтүү платалары болобу. Ачыктык дегени, компьютердин программа жабдыгынын каалаган деңгээлинде колдонуучунун программаларын жөнөкөй кошуу мүмкүндүгүн дагы түшүндүрөт.

Кеңири таралган биринчи IBM PC XT компьютери PC XT-Bus оригиналдуу системалык магистрал базасында жасалган. Кийинчирээк IBM PC AT баштап ал стандарт болуп калган ISA (Industry Standard Architecture) магистралга жаңыртылган.

Бир нече убакытка чейин ISA компьютердин негизин түзүп келген. Бирок, i486 процессорлорунун пайда болуусу менен (1989), ал өндүрүмдүүлүк талаптарына жооп бере албай, аны тезирээк шиналар менен алмаштыра баштаган: VLB (VESA Local Bus) жана PCI (Peripheral Component Interconnect bus) же ISA магистралы менен айкалышуучу EISA (Enhanced ISA).

Акырындык менен PCI шинасы атаандаштарын четке чыгарып, стандарт болот. Ал эми 1999-жылдан тарта жаңы компьютерлердеги ISA магистралынан толук баш тартуу сунуштала баштайт. Ошентип PCI шинасы компьютер архитектурасынын негизгиси болот.

Компьютердин архитектурасы жаңылануунун башка багыты системалык эс менен маалымат алмашуунун максималдуу тездеши менен байланыштуу. Дал ушул системалык эстен компьютер аткарылуучу командарларды окуйт, жана ошол жерде эле маалыматтарды сактайт. Мындайча айтканда, процессор көпчүлүк кайрылууларын эске жасайт. Эс менен маалымат алмашуунун тездеши бардык системанын тез иштешине алып келет. Бирок эс менен системалык магистралдын ортосундагы маалымат алмашууда магистралдын чектөөлөрүн эске алуу зарыл болот. Системалык магистрал көптөгөн түзүлүштөрдүн кошулуусун камсыз кылып турушу керек, ошондуктан ал ири узундукка эле болушу керек, ал магистрал линиялары менен эриш-аркак иштөө максатында кирүү/чыгуу буферлердин колдонуусун талап кылат. Системалык магистралдагы алмашуу циклдери татаал жана аларды тездетүүгө болбойт. Натыйжада процессор менен эстин маалымат алмашуусун магистрал аркылуу алуу мүмкүн эмес.

Иштеп чыгуучуларга (разработчиктерге) төмөнкүдөй ыкма сунушталган. Системалык эс системалык магистралга эмес, татаал буферлерди жана узун аралыктарды талап кылбаган, атайын процессордун жанында жайгашуучу жогорку ылдамдыкта иштөөчү шинага кошулат. Мындайда эс менен маалымат алмашуу процессор үчүн максималдуу мүмкүн болгон ылдамдыкта жүрөт дагы, системалык магистрал аны төмөндөтпөйт. Бул процессордун тез иштөөсүнүн өсүшү менен өзгөчө актуалдуулукка ээ (учурдагы персоналдык компьютерлердин процессорлорунун такт жыштыгы 1-4ГГц жетет).

Ошентип, персоналдык компьютердин структурасы бир шинадан, үч шинага жетти.

3 шиналуу структура

Шиналардын милдети (багыштоосу):

локалдык шинага борбордук процессор жана кэш-эс кошулат (тез буфердин эс);
эс шинасына компьютердин оперативдик, туруктуу эс жана системалык шина көзөмөлдөөчү кошулат;
системалык шинага (магистрал) компьютердин калган түзүлүштөрү туташтырылган.

Үч шина тең дарек, маалымат линияларына, башкаруучу сигналдарга ээ. Бирок, бул линиялардын курамы жана багытоолору, бирдей функция аткарса да, бири-бирине туура келбейт. Процессордун көз карашы боюнча шина (магистрал) системада бирөө гана, ал аркылуу маалыматтарды жана командаларды алат, маалыматтарды эске да, киргизүү/чыгаруу түзүлүштөрүнө берет.

Системалык эс жана процессордун ортосундагы убактылуу кармалуулар минималдуу, анткени, локалдык шина жана эс шинасы жөнөкөй тез иштөөчү буферлер менен туташтырылган. Андан дагы аз кармалуу процессор менен кэш-эстин ортосунда.

Эгер компьютерде, мисалы, ISA жана PCI шиналары колдонулса, анда алардын ар бири өзүнүн жеке шина көзөмөлдөөчүсү бар, жана булар бири-бирине таасирин тийгизбей параллел иштешет. Анда мындайда 4 шиналуу, кээде беш шиналуу структура түзүлөт.

Коп шиналуу структура

Desktop классындагы кеңири жайылган компьютерлерде конструктивдик негиз катары системалык же негизги плата (mainboard, motherboard) колдонулат. Мында компьютердин бардык негизги системалык түйүндөрү, системалык шинанын кеңейтилүүчү платалар кошулуучу бир нече слоттор (разьемдор) жайгашкан. Шартка ылайык, заманбап компьютерлерде процессорду алмаштырууга, анын такт жыштыгын тандоого, оперативдик эсти алмаштыруу жана чоңойтуу, башка түйүндөрдүн иштөө режимин тандоого мүмкүндүк бар.

Компьютерди (компьютердин архитектурасын) уюштуруунун бир нече деңгээлдери бар:

Денгээл 0
Санариптик логикалык деңгээл, бул вентильдерден турган машинанын аппараттык камсыздоосу.

Денгээл 1
Микроархитектуралык деңгээл, интерпретация (микропрограммалар) же түздөн-түз аткаруу. Электрондук схемалар машина-көз каранды программаларды аткарат. Процессордун регистрларынын жыйындысы аймактык эсти калыптандырат.

Денгээл 2
Командалар системасынын архитектура денгээли, трансляция (ассемблер).

Денгээл 3
Операциялык система деңгээли, трансляия (ассемблер). Бул гибриддик деңгээл: команданын бир бөлүгү операциялык система менен интерпретацияланса, экинчиси микропрограмма менен болот.

Денгээл 4
Ассемблер тилинин деңгээли, трансляция (компилятор). Төртүнчү денгээлден өйдө прикладдык программаларды жазуу үчүн колдонулат. 1-3 чейинкилер системалык программалар. Программалар адамга түшүнүктүү түрдө 1-3 денгээлдердин тилинде трансляцияланат.

Денгээл 5
Жогорку деңгээл тили. Программалар 3 жана 4 деңгээлдерине трансляцияланат.

Компьютердин архитектурасы жонундо кыргызча макалабыз ушундай, суроолор болсо жазып койгула

Жайгаштыруу: 2018-10-23, Көрүүлөр: 14224, Өзгөртүлгөн: 2018-10-23, Тарыхы

Талкулоо Оңдоо/Толуктоо