Процессор немесе микропроцессор

ДЕРБЕС КОМПЬЮТЕР АРХИТЕКТУРАСЫ

ЭЕМ-нің құрылымы оның техникалық көрсеткіштері мен мүмкіндіктері көбінесе оны пайдаланудың мақсаттарын анықтайды. Дегенмен бағдарлама мен бастапқы деректерді машинаға енгізу қажетті операцияларды орындау үшін керек. ЭЕМ оның құрылымдық ерекшеліктеріне байланыссыз мына құрылғылардан тұрады:

1) Процессор

2) Негізгі жады (есте сақтау құрылғысы)

3) Шеткі аймақтық құрылғылар

Негізгі жады ақпаратты сақтауға арналған. Ол өзі: оперативтік жад және тұрақты жад деп екіге бөлінеді.

ОЗУ – оперативтік жады

ПЗУ – тұрақты жады

Оперативтік жадыға осы кезде қажетті ғана ақпарат сақталады. Компьютер өшкен кезде оперативті жадыдағы ақпарат өшеді. Компьютердің жұмыс істеу жылдамдығы оның оперативтік сйымдылығына байланысты.

Тұрақты жады ақпаратты оны дайындау барысында электрондық немесе механикалық әдіспен жазылады.

1) Д.К. қайта қосқан кезде жүйелік блоктың жұмыс істеуін тексеретін тестті бағдарлама.

2) Шеткі аймақтық құрылғылар (дискжетек, пернетақта, монитор және т.б.) жұмысын басқаратын бағдарлама.

3) Дискінің қай жерінде операциялық жүйе жазылғандығын білдіретін ақпарат.

Негізгі жады регистрлерден тұрады. Регистр – ақпаратты екілік кодта уақытша сақтайтын құрылғы. Регистрдегі еске сақтау құрылғысы – триггер деп аталады. Триггер деп 0 немесе 1 деген екі күйдің бірінде болатын құрылғыны айтады.

Регистрдегі триггерлер саны компьютердің разрядтылығы немесе өнімділігі деп аталады. 8, 16, 32, 64 және т.с.с.

Процессор немесе микропроцессор

Бұл құрылғының негізгі атқаратын қызметі машина жадына келетін ақпаратты түрлендіру. Процессордың құрамында басқару құрылғысы, арифметикалық логикалық құрылғы, регистрлер болады.

Процессорлардың бір – бірінен өзгешелігі олардың типтерінде (модель) және оның қарапайым амалдарды орындайтын жұмыс жылдамдығының көрсеткіші – мегогерцте.

Кең тараған түрлері:

INTEL 8088 – 5Mhz

INTEL 80286 – 20Mhz

………………….

INTEL 486 – 100Mhz

Pentium – 75Mhz

………………….

Pentium 4 3000Mhz

Процессордың жұмыс жылдамдығының көрсеткішіне сәйкес оның бағасы да анықталады.

Кейде құрылымның ерекшеліктеріне қарай 1 модельге кіретін процессорлардың жиіліктері әр түрлі бола береді. Жиілігі артқан сайын оның жылдамдығы да өсе түседі. IBM тәрізді компьютерлерде INTEL фирмасының және басқалардың үйлесімді микропроцессорлары пайдаланылады.

Процессор мен негізгі жады аналық платада орналасады. Қосымша плата контроллер арқылы дискжетек, тышқан, принтер және т.б. магистраль проводтар (шина) арқылы байланыстырылады.

Жүйелік блок құрамы: Микропроцессор, оперативті жады, аналық плата, қоректену блогы, қатқыл диск, және т.б.

Мәтіндік және графикалық ақпаратты шығару үшін монитор немесе дисплей қолданылады.

Шеткі аймақтық құрылғылар.

Принтер: мәтінді немесе графикалық ақпаратты қағазға түсіру (матрицалық, лазерлік, сия бүріккіш).

Плоттер немесе график сызғыш: үлкен форматтағы графиктік мәліметтерді қағазға шығаруға арналған.

Сканер: графиктік немесе мәтіндік мәліметтерді компьютерге енгізуге арналған.

CD ROM: компакт дискілерді оқуға арналған құрылғы.

Модем: телефон желісі арқылы басқа компьютерлермен ақпарат алмасуға арналған құрылғы.

Стример: мәліметтерді магниттік лентада сақтауға арналған.

Желілік адаптер: компьютерді жергілікті желіде қолдануға мүмкіндік береді.

Д.К. құрылымы

АЛҚ – арифметико-логикалық құрылғы

БҚ – басқару құрылғысы

ДК ҚҰРАМЫ

ҚазҰМУ. оқытушы Баракова А.Ш.

Қазіргі есептеу техникасының дамуының сатылық сипаттамасы

Мақсаты: Дербес компьютердің аппараттық бөлігінің қызметі мен құрылымы туралы түсінік беру. Есептеу техникасының даму тенденциясымен танысу, дербес компьютердің түрлерін ажырата білуге үйрету.

Оқытудың міндеті: Дербес компьютерлердің архитектурасы және компьютердің ішкі және сыртқы құрылғыларымен танысу. Ақпаратты сақтаудың негізгі жабдықтарын пайдалана білу, ақпаратты сақтаудың сыртқы құрылғыларымен танысу.

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

1. Ақпараттың компьютерде бейнеленуі.

2. Бульдік алгебра және компьютердің логикалық сұлбасы.

3. Компьютердің негізгі блоктарын ұйымдастыру элементтері.

4. Процессордың ұйымдастыру архитектурасы.

5. Компьютер жадысын ұйымдастыру.

6. Адрестеу жүйесін ұйымдастыру.

7. Ақпаратты сақтаудың логикалық және физикалық негізі.

8. Дербес компьютердің құрамы.

Оқыту және сабақ беру әдістері: семинар

Теориялық блок

Информатика - ақпаратты зерттеу, оның қасиеттерін білу, өлшеу жөніндегі ғылым саласы. Сонымен қатар ол - ақпаратты сақтаудың, тасымалдаудың, іздеудің жеңіл және тиімді түрле­рін қарастыратын, ақпараттың құрылымын, жалпы қасиеттерін зерттейтін де ғылым.

Компьютерлік техника - ақпараттарды өңдеуде қолданылатын амалдар ішіндегі ең маңыздысы. Бұл медицина мен денсаулық сақтау саласындағы көптеген есептерді (емдеу, алдын алу, жасанды мүшелер жасау және де басқару міндеттерді) шешу барысында тиімді қолданылады.

Медицинаға информатика бірнеше салыстырмалы тәуелсіз бағытта ене бастаған. Бұлардың ең маңыздысы: лабораториялық диагностика, медициналық кибернетика, медицина аппараттарын жасау.

Медицина даму саласының алдынғы қатарында орын алып келеді. Компьютерді медицинада ең алғаш 1967ж. Олдендорф ЭЕМ-ді магниттік-резонанстық томографта пайдаланған. Кейінірек 1971 жылы Хаусфилда МР-тың томографында дербес компьютерлер кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта информатика өте тез дамып жатқан ғылым. Дербес компьютерлер біздің күнделікті қолданатын құрылғымызға айналуда.

Компьютердің медицинада қолданылуы:

1. Өз қызметтері бойынша мәліметтер базасын жүргізу (науқастарды тіркеу, дәрі-дәрмектерді есепке алу)

2. Халықаралық жаңалықтар туралы жедел ақпарат алу (емдеудің жаңа әдістері, жаңа дәрі-дәрмектер және т.б.)

3. Науқастарға компьютерлік диагностика жүргізу.

Компьютер- бұл ақпаратты іздеуге, жинауға, сақтауға, өңдеуге және сандық пішімде пайдалануға арналған құрылғы.

Бульдік алгебра және компьютердің логикалық негізі

Электронды есептеуіш машиналары берілген программа бойынша есептеу амалдарын орындауға арналған құрылғы. Электрондық машина - дегеніміз ақпаратты жеткізетін, сақтайтын, өңдейтін электрондық аспап. Бұл машиналардың электрондық деп аталатын себебі олар электрондық элементтерден құралған. Әрбір элемент ақпа­ратты өңдеу немесе сақтаудың белгілі бір функциясын атқарады. Мұндай элементтер жиынтығы - нтегралдық схема болып табылады.

Есептеуіш машиналарда сандармен орындалатын математикалық амалдар, электр токтарының немесе кернеулердің әр түрлі түрленуімен алмастырылады. Жай электр тогының көмегімен қосу, азайту және т.б. математикалық амалдарды орындауға болады. Есептеуіш машиналар қарапайым амалдарды орындайтын бөлек элементтерден құралады. Элемент – ол әдетте электрондық схема. Есептеуіш машиналардың барлық элементтерін атқаратын қызметтеріне байланысты топтарға бөлуге болады: логикалық, есте сақтаушы, күшейтетін және арнайы элементтер. «Логикалық элемент» деп аталуының себебі, жеке дара элементтің анықталған байланысты жүзеге асыруға мүмкіншілік беруінде немесе жеке логикалық функцияны орындауында.

Логика – бұл адам ойлауының түрлері мен заңдары туралы, оның ішінде дәлелдеуге болатын пікірлердің заңдылықтары туралы ғылым. Пікір дегеніміз – жалған немесе ақиқат болуы мүмкін қандай да бір пайымдау. Математикалық логиканың саласы пікірлер алгебрасын алғаш рет XIX ғасырдың ортасында ағылшын математигі Джордж Буль өз еңбектерінде пайдаланған.

Логика алгебрасының математикалық аппараты компьютердің аппараттық құралдарының жұмысын сипаттауға өте қолайлы, өйткені компьютердің негізі екілік санау жүйесі болып табылады, онда екі цифр: 0 мен 1 қолданылады. Бұл компьютердің бір ғана құрылғылары екілік санау жүйесінде ұсынылған сандық ақпаратты да, логикалық айнымалыларды да өңдеу және сақтау үшін қолданыла алады дегенді білдіреді. Демек, компьютерді конструкциялағанда, оның логикалық функциялары мен схемаларының жұмысы айтарлықтай жеңілденеді және қарапайым логикалық элементтердің саны азаяды. Компьютердің негізгі тораптары ондаған мың осындай логикалық элементтерден тұрады.

Компьютердің логикалық элементтері

Деректер мен командалар ұзындығы мен құрылымы әр түрлі екілік тізбектер түрінде беріледі. Компьютердің электрондық құрылғыларында екілік бірлік екілік нөлге қарағанда, кернеудің жоғары деңгейімен кодталады.

Компьютердің логикалық элементі – элементар (қарапайым) логикалық функцияны жүзеге асыратын электрондық логикалық схеманың бөлігі.

Компьютердің логикалық элементтері дегеніміз – ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС электрондық схемаларын айтамыз.

Бұл схемалардың көмегімен компьютер құрылғыларының жұмысын сипаттайтын кез келген логикалық функцияны жүзеге асыруға болады. Логикалық өрнектер электрондық схемалар құрудың басты негізі. Әдетте, вентильдердің екіден сегізге дейін кірісі және бір немесе екі шығысы болады. Вентильдердегі «1» және «0» болатын екі логикалық жағдайды көрсету үшін оларға кірістік және шығыстық сигналдарында кернеудің белгіленген екі деңгейінің бірі сәйкес болады. Әдетте жоғарғы деңгей – «ақиқат» (1) мәніне, ал төменгі деңгей – «жалған» (0) мәніне сәйкес болады.

Әрбір логикалық элементтің өзінің логикалық функциясын көрсететін шартты белгісі болады. Бұл күрделі логикалық схемаларды жазуды және түсінуді жеңілдетеді.

Әрбір логикалық амал үшін ақиқат кестесі қолданылады. Ақиқаттық кестесі – бұл логикалық операцияның кестелік түрде ұсынылуы. Логикалық элементтердің жұмысын ақиқаттық кестелердің көмегімен сипаттайды.

Компьютердің негізгі бөліктерін құрайтын әртүрлі интегралдық микросхемалардың арғы физикалық түбірі-осы күрделі логикалық өрнектер болып табылады.

ЖӘНЕ элементі

ЖӘНЕ элементінің көмегімен қарапайым екі Х1 мен Х2 айтылымдарының бір құрамдасқа бірігуі логикалық көбейту немесе конъюнкция (латынша conjunction-біріктіру), ал операцияның нәтижесі – логикалық көбейтінді деп аталады.

Белгіленуі: Х1ÙХ2, Х1&Х2, Х1×Х2, Х1 AND Х2, Х1 және Х2

ЖӘНЕ схемасы екі немесе одан көп логикалық мәндерінің конъюнкциясын

жүзеге асырады. Құрылымдық схемаларда екі кірісі бар.

ЖӘНЕ схемасының шартты

белгіленуі төмендегі 1- суретте көрсетілген.

ЖӘНЕ схемасының барлық кірістерінде бірлік болғанда, тек сонда ғана

оның шығуында бірлік болады. Ал кірістердің ең болмаса біреуінде нөл болса,

онда шығуында да нөл болады.

ЖӘНЕ схемасының ақиқаттық кестесі

1 -сурет

Пікірдің екеуі де ақиқат болғанда, Х1 және Х2 конъюнкциясы ақиқат.

Х1 немесе Х2 пікірлерінің бірі немесе екеуі де жалған болса, онда Х1 және Х2 конъюнкциясы жалған болады.

Техника жүзінде, конъюнкция конъюнктор деп аталатын құрылғысының көмегімен іске асырылады. Конъюнтордың қарапайым моделі болып, бірнеше электрлік кілттердің тізбектеліп қосылуы табылады.Бұл жағдайда қарапайым ақиқат пікірге кілттің тұйықталуы, ал ақиқат күрделі пікірге жанып тұрған электр

шамы сәйкес келеді.

Егер конъюктордың кірісінде 1 болса, шығуында 1 болады.

Бұл физикалық тұрғыдан қосылғыштарды тізбектей жалғануы

арқылы сипатталады.

НЕМЕСЕ элементі

Біріктіруші мағынада қолданылатын НЕМЕСЕ элементінің көмегімен қарапайым Х1 және Х2 айтылымдарының бір құрамдасқа бірігуі логикалық қосу немесе дизъюнкция (латынша disjunction-бөлу), ал операцияның нәтижесі – логикалық қосынды деп аталады.

Белгіленуі: Х1ÚХ2, Х1\Х2, Х1+Х2, Х1 OR Х2, Х1 немесе Х2.

НЕМЕСЕ схемасы екі немесе одан көп логикалық мәндерінің

дизъюнкциясын жүзеге асырады. Құрылымдық схемаларда екі

кірісі бар НЕМЕСЕ схемасының шартты белгіленуі

төмендегі 2- суретте көрсетілген.

НЕМЕСЕ схемасының кірісінің ең болмаса біреуінде бірлік болғанда,

оның шығуында да бірлік болады

НЕМЕСЕ схемасының ақиқаттық кестесі

2- сурет

Х1 немесе Х2 пікірлерінің ең болмағанда біреуі ақиқат болғанда, Х1 және Х2 дизъюнкциясы жалған

Х1 және Х2 пікірлерінің екеуі де жалған болғанда, Х1 және Х2 дизъюнкциясы жалған.

Техника жүзінде, дизъюнкция дизъюнктор деп аталатын құрылғының

көмегімен іске асырылады. Дизъюнктор қарапайым моделі болып, бірнеше

электрлік кілттердің параллель қосылуы болып табылады.

Бұл жағдайда акиқат қарапайым пікірге кілттің тұйықталған күйі, ал

күрделі ақиқат пікірге жанып тұрған электр шамы сәйкес келеді.

Көрініп тұрғандай, бір тұйық кілт болғанның өзінде де, шам жанып тұрады.

Дизъюнктордың шығысында 1 болады, егер ең болмағанда кірісінің біреуінде 1 болғанда.

Бұл физикалық тұрғыдан қосылғыштардың параллель жалғануы арқылы сипатталады.

ЕМЕС элементі

Қарапайым Х айтылымына ЕМЕС шылауын қосу логикалық терістеу операциясы немесе инверсия деп аталады.

Белгіленуі: Х, ØХ, NOT Х, Х ЕМЕС

ЕМЕС схемасы терістеуді жүзеге асырады. Бұл схеманың Х кірісі мен

12РӨ'> шығуының X = 12РӨ'> арасындағы байланысты қатынасымен жазуға

болады, мұндағы «х емес» немесе «х инверсиясы» деп оқылады.

Бұл схеманың кірісінде 0 болса, шығуында 1 болады.

Ал кірісінде 1 болғанда, шығуында 0 болады. Құрылымдық

схемалардындағы инвертордың шартты белгіленуі 3- суретте көрсетілген.

3- сурет

ЕМЕС схемасының ақиқаттық кестесі

Бастапқы пікір жалған болғанда, терістеу- ақиқат.

Бастапқы пікір ақиқат болғанда, терістеу- жалған.

Бұны физикалық тұрғыдан қалыпты тұйық реленің (серіппе астылық)

көмегімен іске асырауға болады. Орамға реле ток берген кезде

(кіріс сигналы 1-ге тең), реле жұмыс істей бастайды және

байланысты ажыратады. Егер тізбекте ток болмаса, онда ол тұйықталады.

Бұлардан басқа да логикалық алгебрада көптеген басқа да логикалық амалдар кездеседі Типтік логикалық қүрылғылар. Типтік логикалық құрылғыларға: триггер, сумматор, регистр, шифратор, дешифраторлар жатады..

Логикалық элементтерден триггер деп аталатын, кең таралған есептеуіш машина элементін құрастыруға болады. Ол екі тұрақты қалыпта бола алады және бір екілік ақпарат бірлігін сақтауға қабілетті. Жадының қазіргі кездегі микросхемаларында миллиондаған триггерлер бар.

Бірнеше триггерден тұратын қалыптар жүйесі және ол көпразрядты екілік кодты қысқа уақытқа сақтауға арналған болса регистр деп аталады.Регистр енгізген ақпаратты есте ұстайды және оны қажетті уақытқа дейін сақтайды.

Сумматорлар (қосындылауыш) екілік сандарды қосуды орындайтын электрондық схема. Қосындылауыш, ең алдымен компьютердің арифметикалық- логикалық құрылғысының орталық торабы қызметін атқарады, сонымен қатар ол машинаның басқа құрылғыларында да қолданылады.

Шифратор. Бұл құрылғы өзінің кірістерінің біреуінде сигналды шығысында сәйкесінше сигналдар теріміне түрлендіреді. Ол сигналды кодқа айналдырады да және оны машинаға ыңғайлы етеді. Дешифратор шифратордың әрекеттеріне кері амалдарды орындайды, яғни әрбір кіріс сигналдарының комбинациясына тек бір ғана шығу сызығын береді. Дешифратор амалдар кодтарының шифрын ашу үшін пайдаланылады.

Бұл элементтер шала өткізгішті диодтармен, транзисторлармен құрылады.Бірақ соларды басқару үшін аргументтік мәндерді тағайындайтын тізбектер қажет.

Есептеу техникасының даму сатылары

Есептеу техникасының дамуын ЭЕМ-нің бес ұрпағына бөлуге болады, олар бір-бірінен элементтік базасымен, логикалық ұйымдасуымен, математикалық жабдықталуымен, адамның машинамен қарым-қатынасының ыңғайлылығымен ажыратылады. ЭЕМ ұрпақтарының алмасып отыруы, оның элементтік базасының дамуымен байланысты.

1-буын - электрондық шамдар негізінде болды.

Бірінші буындағы машиналар бірнеше жүздеген шаршы метр орын алатын және мыңдаған шамдар орналасқан алып құрылғылар болды.

2- буын - жартылайөткізгіш диод пен транзисторлар негізінде болды.

Оларда электр шамдарының орнына жартылай өткізгіштер - транзисторлар пайдаланылды. ЭЕМ-нің көлемі бірнеше есе кішірейді, пайдаланатын электр қуаты аз болды, онымен қатар амалдарды орындау жылдамдығы секундына он мыңдаған амалға жетті.

3- буын – интегралдық схемалар негізінде болды.

Бұл машиналардың жады үлкен, амалдарды орындау жылдамдығы секундына бірнеше миллион амалға жетті. Үшінші буындағы машиналарда бір мезгілде бірнеше программалардың қатар орындалуына мүмкіндік туды.

4- буын - үлкен интегралдық схемалардан тұратын компьютерлер шыға бастады.

ЭЕМ-дер 70- жылдардан бастап өндіріске енді. Оның жады мен көлемі бірінші буындағы машиналардың амалдарды орындау жылдамдығының ондағанымен пара-пар болды.

5-буын - аса үлкен интегралдық деңгейлі сызбалар пайдаланылатын ЭЕМ. Қазіргі кезде көптеген елдерде бесінші буындағы ЭЕМ-ді жасау ісі қолға алынуда. Ол машиналар адамды кәдімгі адам сөйлейтін тілде түсінуі қажет. Яғни, ЭЕМ «Жасанды инттелект» негізінде құрылуы қажет.

Электроника табыстарының нәтижесінде жасалынған техникалық ас­паптар электрондық есептеуіш машиналар (ЭЕМ) деп атала бастады.

Бұл күнде ЭЕМ ақпаратты өңдеудің ең негізгі құралы болып саналады. 70-жылдарда электрониканың дамуы компьютердің жаңа түрін – жеке пайдаланатын дербес компьютерлерді көптеп шығаруға жол ашты. Компьютерлер алып жүруге ыңғайлы вариантта да жасалынады (Laptop немесе Note book). Қазіргі кезде ДК адам әрекетінің барлық салаларында қолданылады. Соның ішінде медицинада кеңінен қолданылады. Мәліметтер базасын жүргізу (науқастарды тіркеу, дәрі-дәрмектерді есепке алу), халықаралық жаңалықтар туралы жедел ақпарат алу (емдеудің жаңа әдістері, жаңа дәрі-дәрмектер және т.б.) Науқастарға компьютерлік диагностика жүргізу.Түрлі физиологиялық қисықтарға (ЭЭГ, ЭКГ және т.б.) автоматты талдау жұмыстарын жүргізу.

Дербес компьютердің негізгі құрылғылары

1946 жылы американ математигі Джон Фон Нейман ЭЕМ-нің жұмыс атқару принципі мен құрылғыларын толық көрсеткен ғалым.

ДК –дің құрамына кіретін жабдықтарды қажетіне қарай өзгертіп отырады. Оның құрамына кіретін құрылғыларды компьютердің конфигурациясы деп атайды. Негізгі конфигурация ретінде төрт құрылғы кіреді.

1.Жүйелік блок