Kompyuter arxitekturasiuning qandaydir umumiy darajada ifodalanishi, jumladan, foydalanuvchi dasturlash imkoniyatlarining tavsifi, buyruq tizimlari, manzillash tizimlari, xotirani tashkil etish va boshqalar ko'rib chiqiladi. Arxitektura harakat tamoyillarini belgilaydi, ma'lumot havolalari va asosiyning o'zaro bog'lanishi mantiqiy tugunlar kompyuter: protsessor, tasodifiy kirish xotirasi (RAM, OP), tashqi xotira va periferik qurilmalar.

Kompyuter arxitekturasining tarkibiy qismlari quyidagilardir: hisoblash va mantiqiy imkoniyatlar, apparat va dasturiy ta'minot.

Kompyuterning tuzilishi uning funksional elementlari va ular orasidagi bog‘lanishlar yig‘indisidir. Elementlar eng tipik qurilmalar bo'lishi mumkin - kompyuterning asosiy mantiqiy tugunlaridan eng oddiy sxemalargacha. EHMning strukturasi grafik shaklda blok-sxema ko'rinishida tasvirlangan bo'lib, ular yordamida siz uni har qanday detal darajasida tasvirlashingiz mumkin.

Kompyuterning arxitekturasini uning tuzilishidan farqlash kerak. Struktura kompyuterni tashkil etuvchi qurilmalar, bloklar, tugunlarning ma'lum bir to'plamini belgilaydi, arxitektura esa kompyuter komponentlarining o'zaro ta'siri qoidalarini belgilaydi.

Fon Neyman tamoyillari (arxitektura). Ko'pgina kompyuterlarning qurilishi 1945 yilda amerikalik olim Jon fon Neyman tomonidan ishlab chiqilgan quyidagi umumiy tamoyillarga asoslanadi.

1. Dasturni boshqarish printsipi. Bundan kelib chiqadiki, dastur protsessor tomonidan avtomatik ravishda birin-ketin ma'lum ketma-ketlikda bajariladigan buyruqlar to'plamidan iborat.

Dastur hisoblagich yordamida xotiradan dastur olinadi. Ushbu protsessor registri unda saqlangan keyingi ko'rsatmaning manzilini ko'rsatmalar uzunligi bo'yicha ketma-ket oshiradi. Dastur buyruqlari xotirada birin-ketin joylashganligi sababli, ketma-ket joylashgan xotira kataklaridan buyruqlar zanjiri tashkil qilinadi.

Shaxsiy buyruqning tuzilishi:

<код операции> <операнды>,

Qayerda<код операции>qaysi operatsiyani bajarish kerakligini belgilaydi;

<операнды>- ushbu operatsiya bajariladigan doimiylar, manzillar yoki o'zgaruvchilar nomlarining ro'yxati (ehtimol bir elementli).

Operandlar soniga qarab bir, ikki va uch manzilli mashina ko'rsatmalari farqlanadi. Har bir buyruq baytlarda o'lchanadigan ma'lum hajmga ega.

2. Shartli o'tish tamoyili. Agar buyruq bajarilgandan so'ng, keyingisiga emas, balki boshqasiga o'tish kerak bo'lsa, buyruqlar hisoblagichiga keyingi buyruqni o'z ichiga olgan xotira katakchasining raqamini kiritadigan shartli yoki shartsiz o'tish (tarmoq) buyruqlari qo'llaniladi. Xotiradan buyruqlarni olish to'xtash buyrug'iga etib borgandan va bajarilgandan so'ng to'xtaydi.

Shunday qilib, protsessor dasturni avtomatik ravishda, inson aralashuvisiz bajaradi.

3. Xotiraning bir xilligi printsipi. Dasturlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi. Shuning uchun kompyuter berilgan xotira katakchasida saqlanadigan narsani - raqam, matn yoki buyruqni farqlamaydi. Siz ma'lumotlardagi kabi buyruqlarda bir xil amallarni bajarishingiz mumkin. Bu barcha imkoniyatlarni ochib beradi. Masalan, dasturni bajarish jarayonida uni qayta ishlash ham mumkin, bu uning ba'zi qismlarini dasturning o'zida olish qoidalarini o'rnatish imkonini beradi (dasturda tsikllar va quyi dasturlarning bajarilishi shunday tashkil etilgan). Bundan tashqari, bitta dasturning buyruqlari boshqa dasturning bajarilishi natijasida olinishi mumkin. Tarjima usullari ushbu tamoyilga asoslanadi - dastur matnini yuqori darajadagi dasturlash tilidan ma'lum bir mashina tiliga tarjima qilish.

4. Dasturni xotiraga joylashtirish printsipi. Kompyuterning ishlashi uchun zarur bo'lgan dastur buyruqdan keyin buyruq kiritishdan ko'ra, kompyuter xotirasida oldindan joylashtirilgan.

5. Maqsadni belgilash printsipi. Strukturaviy jihatdan asosiy xotira qayta raqamlangan hujayralardan iborat; Har qanday hujayra istalgan vaqtda protsessor uchun mavjud. Bu xotira maydonlarini nomlash qobiliyatini nazarda tutadi, shunda ularda saqlangan qiymatlar keyinchalik belgilangan nomlar yordamida dasturni bajarish paytida kirish yoki o'zgartirilishi mumkin.

6. Xotira ierarxiyasi printsipi. Kompyuter xotirasi heterojendir. Tez-tez ishlatiladigan ma'lumotlar uchun kichikroq, lekin tezroq xotira ajratiladi; Kamdan kam ishlatiladigan ma'lumotlar uchun kattaroq, lekin sekinroq xotira ajratiladi.

7. Ikkilik sanoq sistemasining ishlash printsipi. Kompyuter xotirasida ma'lumotlar va dasturlarni ichki tasvirlash uchun texnik jihatdan osonroq amalga oshirilishi mumkin bo'lgan ikkilik sanoq tizimi qo'llaniladi.

Bu tamoyillar asosida qurilgan kompyuterlar fon Neyman tipidagidir. Fon Neymannikidan tubdan farq qiladigan boshqa kompyuter sinflari ham mavjud. Bu erda, masalan, dasturni boshqarish printsipi bajarilmasligi mumkin, ya'ni. ular bajarilayotgan dastur buyrug'iga ishora qiluvchi dastur hisoblagichi (manzil registri)siz ishlashi mumkin. Xotirada saqlangan o'zgaruvchiga kirish uchun bu kompyuterlar unga nom berishlari shart emas. Bunday kompyuterlar fon Neyman bo'lmagan kompyuterlar deb ataladi.

Fon Neyman mashinasi xotiradan iborat bo'lib, u registrlar to'plami, ALU, kiritish/chiqarish moslamasi va boshqaruv moslamasidan iborat edi (3.7-rasm).

Kirish qurilmasi buyruqlar va ma'lumotlarni ALU ga uzatdi, u erdan ular xotiraga yozildi. Hammasi jamoalar, jami dastur deyiladi, xotiraga qo'shni katakchalarga manzillarining o'sish tartibida yoziladi va qayta ishlashni talab qiladigan ma'lumotlar ixtiyoriy adresli hujayralarga yoziladi. Dasturning oxirgi buyrug'i, albatta, to'xtatish buyrug'idir. Har bir buyruq bajarilishi kerak bo'lgan operatsiya kodini va ushbu buyruq bilan ishlov berilgan ma'lumotlarni o'z ichiga olgan katakchalarning manzillarini o'z ichiga oladi. Boshqarish moslamasida "deb nomlangan maxsus registr mavjud. Dastur hisoblagich" Dastur va ma'lumotlar xotiraga yuklangandan so'ng dastur hisoblagichiga dasturning birinchi buyrug'ining manzili yoziladi. Shundan so'ng kompyuter dasturni avtomatik bajarish rejimiga o'tadi.

Guruch. 3.7. von Neumann mashinasi

Boshqaruv qurilmasi manzili dastur hisoblagichida joylashgan xotira katakchasi tarkibini xotiradan o'qiydi va uni maxsus qurilmaga joylashtiradi - " Buyruqlar registri" Buyruqlar registrida buyruq bajarilayotganda saqlanadi. Boshqaruv qurilmasi buyruqlar ishining turini shifrlaydi, buyruqda manzillari ko'rsatilgan ma'lumotlarni xotiradan o'qiydi va uni bajarishni boshlaydi. Har bir buyruq uchun boshqaruv moslamasining o'ziga xos ishlov berish algoritmi mavjud bo'lib, u mashinaning barcha boshqa qurilmalari uchun boshqaruv signallarini yaratishdan iborat. Ushbu algoritm kombinatsiyalangan mantiqiy sxemalar asosida yoki maxsus ichki xotira yordamida amalga oshirilishi mumkin, bu erda bu algoritmlar mikrodasturlarga birlashtirilgan mikroko'rsatmalar shaklida yozilgan. Mikrodastur asosiy xotiradagi dasturlar bilan bir xil printsip bo'yicha bajariladi, ya'ni. fon Neyman printsipiga ko'ra. Har bir mikroko'rsatmada mashina qurilmalari uchun boshqaruv signallari to'plami mavjud. E'tibor bering, zamonaviy kompyuter tizimlarida protsessor buyruqlarining bajarilishini boshqarish uchun qurilmalar ham kombinatsiyalangan sxemalar yoki mikrodastur avtomatlari printsipi asosida qurilgan bo'lib, ularga ko'ra ular quyidagilarga bo'linadi. RISC Va CISC protsessorlar, ular quyida muhokama qilinadi.

Har qanday buyruqni bajarish uchun mikrodastur, albatta, dastur hisoblagichining tarkibini bittaga o'zgartiradigan signallarni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, keyingi buyruq bajarilgandan so'ng, dastur hisoblagichi keyingi dastur buyrug'ini o'z ichiga olgan keyingi xotira katakchasini ko'rsatdi. Boshqarish moslamasi manzili dastur hisoblagichida joylashgan ko'rsatmani o'qiydi, uni ko'rsatmalar registriga joylashtiradi va hokazo. Bu jarayon keyingi bajariladigan buyruq dastur bajarilishini to'xtatish buyrug'i bo'lgunga qadar davom etadi. Shunisi qiziqki, xotirada joylashgan ko'rsatmalar ham, ma'lumotlar ham ikkilik butun sonlar to'plamidir. Boshqaruv qurilmasi buyruqni ma'lumotlardan ajrata olmaydi, shuning uchun agar dasturchi dasturni to'xtatish buyrug'i bilan tugatishni unutgan bo'lsa, boshqaruv moslamasi endi dastur buyruqlarini o'z ichiga olmaydi keyingi xotira katakchalarini o'qiydi va ularni buyruqlar sifatida talqin qilishga harakat qiladi.

Maxsus holat shartsiz yoki shartli o'tish buyruqlari deb hisoblanishi mumkin, agar siz joriy buyruqdan keyingi bo'lmagan buyruqni bajarishingiz kerak bo'lsa, lekin berilgandan ma'lum miqdordagi manzillar bilan ajratilgan. Bunday holda, o'tish buyrug'i boshqaruvni o'tkazish kerak bo'lgan katakchaning manzilini o'z ichiga oladi. Ushbu manzil boshqaruv moslamasi tomonidan to'g'ridan-to'g'ri dastur hisoblagichiga yoziladi va tegishli dastur buyrug'iga o'tish sodir bo'ladi.

1946-yilda D.fon Neyman, G.Goldshteyn va A.Berks oʻzlarining qoʻshma maqolalarida EHMni qurish va ishlatishning yangi tamoyillarini belgilab berdilar. Keyinchalik bu tamoyillar asosida kompyuterlarning dastlabki ikki avlodi ishlab chiqarildi. Neyman tamoyillari bugungi kunda ham dolzarb bo'lsa-da, keyingi avlodlarda ba'zi o'zgarishlar yuz berdi.

Darhaqiqat, Neyman ko'plab boshqa olimlarning ilmiy ishlanmalari va kashfiyotlarini umumlashtirishga va ular asosida tubdan yangi narsalarni shakllantirishga muvaffaq bo'ldi.

Dasturni boshqarish printsipi: dastur protsessor tomonidan ma'lum ketma-ketlikda bajariladigan buyruqlar to'plamidan iborat.

Xotiraning bir xilligi printsipi: dasturlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi.

Maqsadli tamoyil: Strukturaviy jihatdan asosiy xotira raqamlangan katakchalardan iborat. Har qanday hujayra istalgan vaqtda protsessor uchun mavjud.

Yuqoridagi tamoyillar asosida qurilgan kompyuterlar fon Neyman tipidagidir.

Ushbu tamoyillarning eng muhim natijasi shundan iboratki, endi dastur endi mashinaning doimiy qismi emas edi (masalan, kalkulyator kabi). Dasturni osongina o'zgartirish mumkin bo'ldi. Taqqoslash uchun, ENIAC kompyuterining dasturi (saqlangan dasturga ega bo'lmagan) paneldagi maxsus jumperlar tomonidan aniqlangan. Mashinani qayta dasturlash uchun bir kundan ko'proq vaqt ketishi mumkin (jumperlarni boshqacha o'rnatish). Zamonaviy kompyuterlar uchun dasturlarni yozish yillar talab qilishi mumkin, lekin ular millionlab kompyuterlarda ishlasa ham, dasturlarni o'rnatish katta vaqt sarfini talab qilmaydi.

Yuqoridagi uchta printsipga qo'shimcha ravishda, fon Neymann ikkilik kodlash tamoyilini taklif qildi - Ikkilik sanoq sistemasi maʼlumotlar va buyruqlarni ifodalash uchun ishlatiladi (birinchi mashinalar oʻnlik sanoq sistemasidan foydalangan). Ammo keyingi ishlanmalar noan'anaviy sanoq tizimlaridan foydalanish imkoniyatini ko'rsatdi.

1956 yil boshida akademik S.L. tashabbusi bilan. Sobolev, Moskva universitetining mexanika-matematika fakultetining hisoblash matematikasi kafedrasi mudiri, kompyuter markazi Moskva davlat universitetida elektronika kafedrasi tashkil etildi va universitetlarda, shuningdek, sanoat korxonalari laboratoriyalari va konstruktorlik byurolarida foydalanish uchun mo'ljallangan raqamli kompyuterning amaliy namunasini yaratish maqsadi bilan seminar ish boshladi. O'rganish va ishlatish uchun qulay, ishonchli, arzon va shu bilan birga keng ko'lamli vazifalarni bajarishda samarali bo'lgan kichik kompyuterni ishlab chiqish kerak edi. O'sha paytda mavjud bo'lgan kompyuterlarni bir yil davomida chuqur o'rganish va ularni amalga oshirishning texnik imkoniyatlari yaratilgan mashinada ikkilik emas, balki uchlik simmetrik kodni qo'llash bo'yicha nostandart qarorga olib keldi, bu esa muvozanatli hisoblash tizimini joriy qildi. Yigirma yil o'tgach, D. Knuth, ehtimol, eng oqlangan va keyinchalik ma'lum bo'lganidek, afzalliklari K. Shannon tomonidan 1950 yilda aniqlangan. Zamonaviy kompyuterlarda odatda qabul qilingan 0, 1 raqamlari bo'lgan ikkilik koddan farqli o'laroq, undagi manfiy raqamlarni to'g'ridan-to'g'ri ifodalashning iloji yo'qligi sababli arifmetik jihatdan past bo'ladi, -1, 0, 1 raqamlari bo'lgan uchlik kod optimalni ta'minlaydi. imzolangan sonlar arifmetikasini qurish. Uchlik sanoq tizimi zamonaviy kompyuterlarda qabul qilingan ikkilik tizim kabi raqamlarni kodlashning pozitsion printsipiga asoslanadi, ammo vazn i Undagi joy (raqam) 2 i ga teng emas, balki 3 i ga teng. Bundan tashqari, raqamlarning o'zi ikki xonali emas (bit emas), balki uch xonali (trites) - 0 va 1 ga qo'shimcha ravishda ular simmetrik tizimda -1 bo'lgan uchinchi qiymatga imkon beradi, buning natijasida ikkalasi ham ijobiydir. manfiy sonlar esa bir xilda ifodalanadi. n-trite butun N qiymatining qiymati n-bitli butun sonning qiymatiga o'xshash tarzda aniqlanadi:

bu yerda a i ∈ (1, 0, -1) i-raqamning qiymati.

1960 yil aprel oyida "Setun" deb nomlangan kompyuter prototipining idoralararo sinovlari o'tkazildi.Ushbu sinovlar natijalariga ko'ra "Setun" chiroqsiz elementlarga asoslangan universal kompyuterning birinchi ishchi modeli sifatida e'tirof etildi, u " yuqori unumdorlik, etarlicha ishonchlilik, kichik o'lchamlar va texnik xizmat ko'rsatish qulayligi." "Setun" uchlik simmetrik kodning tabiiyligi tufayli haqiqatan ham universal, oson dasturlashtiriladigan va juda samarali hisoblash vositasi bo'lib chiqdi, u o'zini ijobiy isbotladi, xususan, kabi texnik vositalar o'ttizdan ortiq universitetlarda hisoblash matematikasini o'rgatish. Va Harbiy havo kuchlari muhandislik akademiyasida. Jukovskiy birinchi marta "Setun" da amalga oshirilgan. avtomatlashtirilgan tizim kompyuter ta'limi.

Fon Neyman printsiplariga ko'ra, kompyuter quyidagilardan iborat:

· arifmetik mantiq birligi - ALU(ing. ALU, Arifmetik va mantiqiy birlik), arifmetik va mantiqiy amallarni bajaradi; boshqaruv moslamasi -UU, dasturlarning bajarilishini tashkil qilish uchun mo'ljallangan;

· saqlash qurilmalari (saqlash), shu jumladan tasodifiy kirish xotirasi (RAM - asosiy xotira) va tashqi xotira qurilmasi (ESD); haqida asosiy xotira ma'lumotlar va dasturlar saqlanadi; xotira moduli ko'plab raqamlangan kataklardan iborat bo'lib, har bir katakda buyruq yoki ma'lumot sifatida talqin qilinadigan ikkilik son bo'lishi mumkin;

· da kiritish/chiqarish qurilmalari, ikkilamchi xotira, aloqa uskunalari va terminallarni o'z ichiga olgan turli xil periferik qurilmalardan iborat kompyuter va tashqi muhit o'rtasida ma'lumotlarni uzatish uchun xizmat qiladi.

Protsessor (ALU va boshqaruv bloki), asosiy xotira va kiritish/chiqarish qurilmalari o'rtasidagi o'zaro aloqani ta'minlaydi tizim avtobusi .

Fon Neyman kompyuter arxitekturasi klassik hisoblanadi, aksariyat kompyuterlar uning ustiga qurilgan. Umuman olganda, odamlar fon Neyman arxitekturasi haqida gapirganda, ular protsessor modulining dastur va ma'lumotlarni saqlash qurilmalaridan jismoniy ajratilishini anglatadi. Saqlash g'oyasi kompyuter dasturlari umumiy xotirada kompyuterlarni aylantirish imkonini berdi universal qurilmalar keng ko'lamli vazifalarni bajarishga qodir. Dasturlar va ma'lumotlar kiritish qurilmasidan arifmetik mantiq birligi orqali xotiraga kiritiladi. Barcha dastur buyruqlari qo'shni xotira kataklariga yoziladi va ishlov berish uchun ma'lumotlar ixtiyoriy hujayralarda bo'lishi mumkin. Har qanday dastur uchun oxirgi buyruq o'chirish buyrug'i bo'lishi kerak.

Bugungi kunda kompyuterlarning aksariyati fon Neyman mashinalaridir. Istisno faqat ma'lum turdagi tizimlardir parallel hisoblash, unda dastur hisoblagichi mavjud emas, o'zgaruvchining klassik kontseptsiyasi amalga oshirilmaydi va klassik modeldan boshqa muhim fundamental farqlar mavjud (misollar oqim va qisqartirish kompyuterlarini o'z ichiga oladi). Ko'rinishidan, fon Neyman arxitekturasidan sezilarli og'ish beshinchi avlod mashinalari g'oyasini ishlab chiqish natijasida yuzaga keladi, bunda ma'lumotlarni qayta ishlash hisob-kitoblarga emas, balki mantiqiy xulosalarga asoslanadi.

2.2 Buyruq, buyruq formatlari

Buyruq - bu kompyuter bajarishi kerak bo'lgan elementar amalning tavsifi.

Jamoa tuzilishi.

Buyruqni yozish uchun ajratilgan bitlar soni apparatga bog'liq maxsus model kompyuter. Shu munosabat bilan biz umumiy ish uchun aniq bir jamoaning tuzilishini ko'rib chiqamiz.

Umuman olganda, buyruq quyidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi:

Ø bajarilayotgan operatsiya kodi;

Ø operandlar yoki ularning manzillarini aniqlash bo'yicha ko'rsatmalar;

Ø olingan natijani joylashtirish bo'yicha ko'rsatmalar.

Har qanday ma'lum bir mashina uchun, uning har bir manzili va opcode uchun yo'riqnomada ajratilgan ikkilik bitlar soni, shuningdek, haqiqiy operatsiya kodlarining o'zi ko'rsatilishi kerak. Mashinani qurishda uning har bir manzili uchun ajratilgan ko'rsatmadagi bitlar soni alohida manzillarga ega bo'lgan mashina xotirasi kataklari sonining yuqori chegarasini belgilaydi: agar ko'rsatmadagi manzil n bit bilan ifodalangan bo'lsa, u holda tezkor kirish xotirasi. 2 n dan ortiq hujayrani o'z ichiga olmaydi.

Buyruqlar bajariladigan dasturning boshlang'ich manzilidan (kirish nuqtasidan) boshlab ketma-ket bajariladi, agar u o'tish buyrug'i bo'lmasa, har bir keyingi buyruqning manzili oldingi buyruqning manzilidan bitta kattaroqdir.

Zamonaviy mashinalarda ko'rsatmalar uzunligi o'zgaruvchan (odatda ikki baytdan to'rt baytgacha) va o'zgaruvchan manzillarni ko'rsatish usullari juda xilma-xildir.

Buyruqning manzil qismida, masalan:

Operand;

Operand manzili;

Operand manzili (operand manzili joylashgan bayt raqami) va boshqalar.

Keling, strukturani ko'rib chiqaylik mumkin bo'lgan variantlar bir necha turdagi buyruqlar.

Uch manzilli buyruqlar.

Ikki tomonlama buyruqlar.

Unicast buyruqlar.

Manzilsiz buyruqlar.

Ikkilik qo'shish amalini ko'rib chiqaylik: c = a + b.

Xotiradagi har bir o'zgaruvchi uchun shartli manzillarni aniqlaymiz:

53 qo'shish operatsiyasi kodi bo'lsin.

Bunday holda, uchta manzilli buyruqlar tuzilishi quyidagicha ko'rinadi:

· Uch manzilli buyruqlar.

Buyruqni bajarish jarayoni quyidagi bosqichlarga bo'linadi:

Keyingi ko'rsatma xotira katagidan tanlanadi, uning manzili dastur hisoblagichida saqlanadi; hisoblagichning mazmuni o'zgartirildi va endi navbatdagi buyruqning manzilini tartibda o'z ichiga oladi;

Tanlangan buyruq boshqaruv qurilmasiga buyruqlar registriga uzatiladi;

Boshqarish moslamasi buyruqning manzil maydonini parolini hal qiladi;

Boshqarish blokining signallari asosida operandlarning qiymatlari xotiradan o'qiladi va maxsus operand registrlarida ALUga yoziladi;

Boshqaruv bloki operatsiya kodini hal qiladi va ma'lumotlar bo'yicha tegishli operatsiyani bajarish uchun ALU ga signal beradi;

Bu holda operatsiya natijasi xotiraga yuboriladi (uniadresli va ikki adresli kompyuterlarda u protsessorda qoladi);

Oldingi barcha harakatlar STOP buyrug'iga erishilgunga qadar amalga oshiriladi.

2.3 Kompyuter avtomat sifatida

"Dastur boshqaruviga ega elektron raqamli mashinalar diskret yoki raqamli avtomatlar deb ataladigan diskret ma'lumotni o'zgartiruvchilarning eng keng tarqalgan turlaridan biriga misoldir" (Glushkov V.M. Raqamli avtomatlarning sintezi)

Har qanday kompyuter avtomatik ravishda ishlaydi (u katta yoki kichik kompyuter, shaxsiy kompyuter yoki superkompyuter bo'ladimi). Shu ma'noda, kompyuterni avtomat sifatida rasmda ko'rsatilgan blok-sxema orqali tasvirlash mumkin. 2.1.

Oldingi paragraflarda kompyuterning blok diagrammasi ko'rib chiqildi. Asoslangan blok diagrammasi kompyuter va mashina sxemasi, biz mashina sxemasining bloklarini va kompyuter blok diagrammasi elementlarini solishtirishimiz mumkin.

Ijro etuvchi elementlar sifatida mashinaga quyidagilar kiritilgan:

Arifmetik-mantiqiy qurilma:

· xotira;

· axborotni kiritish/chiqarish qurilmalari.

Mashinaning boshqaruv elementi boshqaruv moslamasi bo'lib, u aslida ta'minlaydi avtomatik rejim ish. Yuqorida aytib o'tilganidek, zamonaviy hisoblash qurilmalarida asosiy ijro etuvchi element protsessor yoki mikroprotsessor bo'lib, u ALU, xotira va boshqaruv moslamasini o'z ichiga oladi.

Mashinaning yordamchi qurilmalari mashinaning imkoniyatlarini yaxshilaydigan yoki kengaytiradigan barcha turdagi qo'shimcha vositalar bo'lishi mumkin.

Ushbu turdagi mashina ko'pincha "von Neumann mashinasi" deb ataladi, ammo bu tushunchalar o'rtasidagi yozishmalar har doim ham aniq emas. Umuman olganda, odamlar fon Neyman arxitekturasi haqida gapirganda, ular ma'lumotlar va ko'rsatmalarni bir xotirada saqlash tamoyilini anglatadi.

Entsiklopedik YouTube

• 1 / 5

  Kompyuter arxitekturasi ta’limotining asoslari fon Neyman tomonidan 1944-yilda, u dunyodagi birinchi quvurli kompyuter ENIAC ni yaratishda ishtirok etganida qo‘yilgan. Pensilvaniya universitetida ENIAC ustida ishlayotganda, uning hamkasblari Jon Uilyam Mauchli, Jon Ekkert, Herman Goldstine va Artur Burks bilan ko'plab muhokamalar paytida EDVAC deb nomlangan yanada rivojlangan mashina g'oyasi paydo bo'ldi. EDVAC bo'yicha tadqiqot ishlari ENIAC qurilishi bilan parallel ravishda davom etdi.

  1945 yil mart oyida mantiqiy arxitektura tamoyillari "EDVAC bo'yicha birinchi hisobot loyihasi" deb nomlangan hujjatda rasmiylashtirildi - ENIAC qurilishi va EDVAC rivojlanishini moliyalashtirgan AQSh armiyasi ballistika laboratoriyasi uchun hisobot. Hisobot, u faqat qoralama bo'lganligi sababli, nashr qilish uchun emas, balki faqat guruh ichida tarqatish uchun mo'ljallangan edi, ammo AQSh armiyasining loyiha rahbari Herman Goldshteyn ushbu ilmiy ishni takrorladi va uni keng olimlar doirasiga yubordi. ko'rib chiqish. Hujjatning birinchi sahifasida faqat fon Neymanning ismi yozilganligi sababli, hujjatni o‘qiganlarda u asarda keltirilgan barcha g‘oyalar muallifi degan noto‘g‘ri taassurot paydo bo‘ldi. Hujjatda yetarlicha ma'lumot berilgan, shuning uchun uni o'qiganlar o'zlarining EDVAC ga o'xshash kompyuterlarini bir xil printsiplar va bir xil arxitektura bilan qurishlari mumkin edi, natijada "von Neumann arxitekturasi" nomini oldi.

  Ikkinchi Jahon urushi tugagandan so'ng va 1946 yil fevral oyida ENIAC bo'yicha ishlar tugagandan so'ng, muhandislar va olimlar jamoasi tarqaldi, Jon Mauchli va Jon Ekkert biznesga kirishga va tijorat asosida kompyuterlar yaratishga qaror qilishdi. Von Neumann, Goldstein va Burks ga ko'chib o'tishdi va u erda ular EDVACga o'xshash o'zlarining "IAS mashinasi" kompyuterlarini yaratishga va undan tadqiqot ishlarida foydalanishga qaror qilishdi. 1946 yil iyun oyida ular "Elektron hisoblash qurilmasining mantiqiy dizaynini dastlabki ko'rib chiqish" nomli klassik maqolada kompyuterlarni qurish tamoyillarini bayon qildilar. O'shandan beri yarim asrdan ko'proq vaqt o'tdi, lekin unda ilgari surilgan qoidalar bugungi kunda ham dolzarbligicha qolmoqda. Maqolada raqamlarni ifodalash uchun ikkilik tizimdan foydalanish ishonchli tarzda asoslanadi, ammo ilgari barcha kompyuterlar qayta ishlangan raqamlarni o'nli kasr shaklida saqlagan. Mualliflar ikkilik tizimning texnik amalga oshirish uchun afzalliklarini, undagi arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish qulayligi va qulayligini namoyish etdilar. Keyinchalik, kompyuterlar raqamli bo'lmagan ma'lumotlar turlarini - matn, grafik, tovush va boshqalarni qayta ishlashni boshladilar, ammo ma'lumotlarni ikkilik kodlash hali ham mavjud. axborot asosi har qanday zamonaviy kompyuter.

  Ikkilik kod bilan ishlaydigan mashinalardan tashqari, uchlik mashinalar ham bo'lgan va hozir ham mavjud. Uchlik kompyuterlar ikkilik kompyuterlarga nisbatan bir qator afzallik va kamchiliklarga ega. Afzalliklar orasida tezlik (qo'shish operatsiyalari taxminan bir yarim baravar tezroq amalga oshiriladi), ikkilik va uchlik mantiqning mavjudligi, imzolangan butun sonlarning nosimmetrik tasviri (ikkilik mantiqda ikkita nol (musbat va salbiy) bo'ladi) yoki u erda. qarama-qarshi belgisi bilan juft bo'lmagan son bo'ladi). Kamchiliklari shundaki, amalga oshirish ikkilik mashinalarga nisbatan ancha murakkab.

  Muhimligini ortiqcha baholash qiyin bo'lgan yana bir inqilobiy g'oya "saqlangan dastur" tamoyilidir. Dastlab, dastur maxsus patch panelda jumperlarni o'rnatish orqali o'rnatildi. Bu juda ko'p mehnat talab qiladigan ish edi: masalan, ENIAC mashinasining dasturini o'zgartirish bir necha kunni talab qildi, hisoblashning o'zi esa bir necha daqiqadan ko'proq davom eta olmadi - juda ko'p sonli lampalar muvaffaqiyatsiz tugadi. Shu bilan birga, dastur nollar va birliklar yig'indisi sifatida va u ishlov beradigan raqamlar bilan bir xil xotirada saqlanishi mumkin. Dastur va ma'lumotlar o'rtasida fundamental farqning yo'qligi hisob-kitoblar natijalariga muvofiq kompyuterning o'zi uchun dastur yaratish imkonini berdi.

  Bajariladigan buyruqlar va dasturlarning berilgan to'plamining mavjudligi xarakterli xususiyat birinchi kompyuter tizimlari. Bugungi kunda shunga o'xshash dizayn hisoblash qurilmasining dizaynini soddalashtirish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, ish stoli kalkulyatorlari, asosan, bajarilishi mumkin bo'lgan qat'iy dasturlar to'plamiga ega qurilmalardir. Ulardan matematik hisob-kitoblar uchun foydalanish mumkin, lekin matnni qayta ishlash va kompyuter o'yinlari, grafik tasvirlar yoki videolarni ko'rish uchun foydalanish deyarli mumkin emas. Ushbu turdagi qurilmalar uchun dasturiy ta'minotni o'zgartirish deyarli to'liq qayta ishlashni talab qiladi va aksariyat hollarda bu mumkin emas. Biroq, dastlabki kompyuter tizimlarini qayta dasturlash hali ham amalga oshirildi, ammo bu yangi hujjatlarni tayyorlash, bloklar va qurilmalarni qayta ulash va qayta qurish va hokazolar uchun katta hajmdagi qo'l mehnatini talab qildi.

  Kompyuter dasturlarini umumiy xotirada saqlash g'oyasi hamma narsani o'zgartirdi. U joriy qilingan vaqtga kelib, bajariladigan ko'rsatmalar to'plamiga asoslangan arxitekturadan foydalanish va hisoblash jarayonini dasturda yozilgan ko'rsatmalarni bajarish jarayoni sifatida ko'rsatish ma'lumotlarni qayta ishlash nuqtai nazaridan hisoblash tizimlarining moslashuvchanligini sezilarli darajada oshirdi. Ma'lumotlar va ko'rsatmalarga qarashga xuddi shunday yondashuv dasturlarning o'zini o'zgartirishni osonlashtirdi.

  Fon Neyman tamoyillari

  Xotiraning bir xilligi printsipi "Fon Neumann" (Princeton) arxitekturasi va "Garvard" arxitekturasi o'rtasidagi tub farq. Buyruqlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi va xotirada tashqaridan farqlanmaydi. Ular faqat foydalanish usuli bilan tan olinishi mumkin; ya'ni xotira katakchasidagi bir xil qiymat faqat unga kirish usuliga qarab ma'lumot sifatida, buyruq sifatida va manzil sifatida ishlatilishi mumkin. Bu raqamlardagi kabi buyruqlar ustida bir xil amallarni bajarishga imkon beradi va shunga mos ravishda bir qator imkoniyatlarni ochadi. Shunday qilib, buyruqning manzil qismini tsiklik ravishda o'zgartirish orqali ma'lumotlar massivining ketma-ket elementlariga kirish mumkin. Ushbu uslub buyruqni o'zgartirish deb ataladi va zamonaviy dasturlash nuqtai nazaridan tavsiya etilmaydi. Bir xillik printsipining yana bir natijasi foydaliroq bo'lib, boshqa dasturni bajarish natijasida bitta dasturdan ko'rsatmalar olinishi mumkin. Bu imkoniyat tarjima asosida yotadi - dastur matnini yuqori darajadagi tildan ma'lum bir kompyuter tiliga tarjima qilish. Adreslash printsipi Strukturaviy ravishda asosiy xotira raqamlangan yacheykalardan iborat bo'lib, istalgan yacheyka protsessor uchun istalgan vaqtda mavjud bo'ladi. Buyruqlar va ma'lumotlarning ikkilik kodlari so'zlar deb ataladigan va xotira kataklarida saqlanadigan axborot birliklariga bo'linadi va ularga kirish uchun mos keladigan katakchalarning raqamlari - manzillardan foydalaniladi. Dasturni boshqarish printsipi Muammoni hal qilish algoritmida ko'zda tutilgan barcha hisoblar boshqaruv so'zlari - buyruqlar ketma-ketligidan iborat dastur shaklida taqdim etilishi kerak. Har bir buyruq kompyuter tomonidan amalga oshiriladigan operatsiyalar to'plamidan ba'zi operatsiyalarni belgilaydi. Dastur buyruqlari kompyuterning ketma-ket xotira kataklarida saqlanadi va tabiiy ketma-ketlikda, ya'ni dasturdagi joylashuvi tartibida bajariladi. Agar kerak bo'lsa, foydalaning maxsus guruhlar, bu ketma-ketlikni o'zgartirish mumkin. Dastur buyruqlarini bajarish tartibini o'zgartirish to'g'risidagi qaror oldingi hisob-kitoblar natijalarini tahlil qilish asosida yoki so'zsiz qabul qilinadi. Ikkilik kodlash printsipi Ushbu tamoyilga ko'ra, barcha ma'lumotlar, ham ma'lumotlar, ham buyruqlar ikkilik raqamlar 0 va 1 bilan kodlanadi. Har bir turdagi axborot ikkilik ketma-ketlik bilan ifodalanadi va o'ziga xos formatga ega. Muayyan ma'noga ega bo'lgan formatdagi bitlar ketma-ketligi maydon deb ataladi. Raqamli ma'lumotlarda odatda belgi maydoni va muhim raqamlar maydoni mavjud. Eng oddiy holatda, buyruq formatini ikkita maydonga bo'lish mumkin: operatsiya kodi maydoni va manzillar maydoni.

  Fon Neyman tamoyillari asosida qurilgan kompyuterlar

  Rejaga ko'ra, fon Neyman arxitekturasi bo'yicha qurilgan birinchi kompyuter EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) - birinchi elektron kompyuterlardan biri bo'lishi kerak edi. O'zidan oldingi ENIACdan farqli o'laroq, u o'nlik emas, balki ikkilik kompyuter edi. ENIAC singari, EDVAC ham Pensilvaniya universitetining Mur institutida AQSh armiyasining ballistika tadqiqot laboratoriyasi uchun Jon Presper Ekkert va Jon Uilyam Mauchli boshchiligidagi muhandislar va olimlar guruhi tomonidan matematikning faol yordami bilan ishlab chiqilgan], ammo shu paytgacha. 1951 EDVAC ishonchli kompyuter xotirasini yaratishdagi texnik qiyinchiliklar va ishlab chiqish guruhidagi kelishmovchiliklar tufayli ishga tushirilmadi. Boshqa tadqiqot institutlari ENIAC va EDVAC loyihasi bilan tanishib, bu muammolarni ancha oldinroq hal qila oldilar. Fon Neyman arxitekturasining asosiy xususiyatlarini amalga oshirgan birinchi kompyuterlar:

  1. prototipi - Manchester kichik eksperimental mashinasi - Manchester universiteti, Buyuk Britaniya, 1948 yil 21 iyun;
  2. EDSAC - Kembrij universiteti, Buyuk Britaniya, 1949 yil 6 may;
  3. Manchester Mark I - Manchester Universiteti, Buyuk Britaniya, 1949 yil;
  4. BINAC - AQSh, 1949 yil aprel yoki avgust;
  5. CSIR Mk 1
  6. EDVAC - AQSh, 1949 yil avgust - aslida 1952 yilda ishga tushirilgan;
  7. CSIRAC - Avstraliya, 1949 yil noyabr;
  8. SEAC - AQSh, 1950 yil 9 may;
  9. ORDVAC - AQSh, 1951 yil noyabr;
  10. IAS mashinasi - AQSh, 1952 yil 10 iyun;
  11. MANIAC I - AQSh, 1952 yil mart;
  12. AVIDAC - AQSh, 1953 yil 28 yanvar;
  13. ORACLE - AQSh, 1953 yil oxiri;
  14. WEIZAC - Isroil, 1955 yil;
  15. SILLIAC - Avstraliya, 1956 yil 4 iyul.

  SSSRda fon Neyman tamoyillariga yaqin bo'lgan birinchi to'liq elektron kompyuter Lebedev tomonidan qurilgan (Ukraina SSR Fanlar akademiyasining Kiev elektrotexnika instituti bazasida) 1951 yil dekabrda davlat qabul sinovlaridan o'tgan MESM edi. .

  Fon Neyman arxitekturasining to'siqlari

  Ulashish Dastur xotirasi va ma'lumotlar xotirasi uchun avtobuslar fon Neyman arxitekturasining to'siq bo'lishiga olib keladi, ya'ni protsessor va xotira o'rtasidagi o'tkazish qobiliyatining xotira hajmiga nisbatan cheklanishi. Dastur xotirasi va ma'lumotlar xotirasiga bir vaqtning o'zida kirish mumkin emasligi sababli, o'tkazish qobiliyati Protsessor-xotira kanali va xotira tezligi protsessor tezligini sezilarli darajada cheklaydi - dasturlar va ma'lumotlar turli joylarda saqlanganidan ko'ra ko'proq. Protsessor tezligi va xotira sig'imi ular orasidagi tarmoqli kengligidan ancha tezroq oshgani sababli, muammo har bir yangi avlod protsessorlari bilan kuchayib borayotgan asosiy muammoga aylandi. ] ; bu muammo keshlash tizimlarini takomillashtirish orqali hal qilinadi va bu ko'plab yangi muammolarni keltirib chiqaradi [ qaysilari?] .

  "Fon Neumann arxitekturasidagi darboğaz" atamasi 1977 yilda Jon Backus tomonidan Tyuring mukofoti uchun "Dasturlashni fon Neyman uslubidan ozod qilish mumkinmi?"

  2015 yilda AQSh va Italiya olimlari fon Neymandan farqli arxitekturaga ega mem protsessor (inglizcha memprotsessor) prototipi yaratilishi va undan to'liq muammolarni hal qilishda foydalanish imkoniyatini e'lon qilishdi.

  Shuningdek qarang

  Adabiyot

  • Herman H. Goldstine. Kompyuter Paskaldan von Neumanngacha. - Princeton University Press, 1980. - 365 p. - ISBN 9780691023670.(inglizcha)
  • Uilyam Aspray. Jon von Neumann va zamonaviy kompyuterlarning kelib chiqishi. - MIT Press, 1990. - 394 p. - ISBN 0262011212.(inglizcha)
  • Skott Makkartni. ENIAC: Dunyodagi birinchi kompyuterning g'alabalari va fojialari - Berkley Books, 2001. - 262 b. -

  1946 yilda uchta olim - Artur Burks, Herman Goldshteyn va Jon fon Neumann "Elektron hisoblash qurilmasining mantiqiy dizaynini dastlabki ko'rib chiqish" maqolasini nashr etdilar. Maqolada ma'lumotlarni kompyuterda aks ettirish uchun ikkilik tizimdan foydalanish asoslandi (asosan texnik jihatdan amalga oshirish, arifmetik va mantiqiy operatsiyalarni bajarish qulayligi - bundan oldin mashinalar ma'lumotlarni o'nlik kasr shaklida saqlaydi) va g'oyani ilgari surdi. dastur va ma'lumotlar uchun umumiy xotiradan foydalanish. O'sha paytda fon Neymanning nomi fanda juda keng tarqalgan edi, bu uning hammualliflarini ikkinchi darajaga tushirdi va bu g'oyalar "fon Neyman tamoyillari" deb nomlandi.

  Ikkilik kodlash printsipi

  Ushbu tamoyilga ko'ra, kompyuterga kiruvchi barcha ma'lumotlar ikkilik signallar (ikkilik raqamlar, bitlar) yordamida kodlanadi va so'zlar deb ataladigan birliklarga bo'linadi.

  Xotiraning bir xilligi printsipi

  Dasturlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi. Shuning uchun kompyuter berilgan xotira katakchasida nima saqlanayotganini - raqam, matn yoki buyruqni ajrata olmaydi. Siz ma'lumotlardagi kabi buyruqlarda bir xil amallarni bajarishingiz mumkin.

  Xotiraning manzillilik printsipi

  Strukturaviy jihatdan asosiy xotira raqamlangan yacheykalardan iborat; Har qanday hujayra istalgan vaqtda protsessor uchun mavjud. Bu xotira maydonlarini nomlash qobiliyatini nazarda tutadi, shunda ularda saqlangan qiymatlarga keyinchalik kirish yoki belgilangan nomlar yordamida dasturni bajarish paytida o'zgartirish mumkin bo'ladi.

  Dasturni ketma-ket boshqarish printsipi

  Bu dastur protsessor tomonidan ma'lum ketma-ketlikda avtomatik ravishda birin-ketin bajariladigan buyruqlar to'plamidan iborat deb taxmin qiladi.

  Arxitektura qat'iyligi printsipi

  Ish paytida topologiya, arxitektura va buyruqlar ro'yxatining o'zgarmasligi.

  Ushbu tamoyillar asosida qurilgan kompyuterlar fon Neyman kompyuterlari deb tasniflanadi.

  Kompyuterda bo'lishi kerak:

  

  
  
  • arifmetik mantiq birligi, arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish. Hozirgi kunda ushbu qurilma deyiladi Markaziy protsessor. Markaziy protsessor(markaziy protsessor) - kompyuterda sodir bo'ladigan barcha jarayonlarni boshqaruvchi mikrosxema bo'lgan kompyuter mikroprotsessori;
  • nazorat qilish qurilmasi, bu dasturni bajarish jarayonini tashkil qiladi. Zamonaviy kompyuterlarda arifmetik-mantiqiy blok va boshqaruv bloki markaziy protsessorga birlashtirilgan;
  • Xotira qurilmasi(xotira) dasturlar va ma'lumotlarni saqlash uchun;
  • axborotni kiritish/chiqarish uchun tashqi qurilmalar.

  Kompyuter xotirasi har birida qayta ishlangan ma'lumotlar yoki dastur ko'rsatmalari bo'lishi mumkin bo'lgan bir qator raqamlangan katakchalarni ifodalaydi. Barcha xotira xujayralari boshqa kompyuter qurilmalariga teng darajada oson kirishi kerak.

  Ish printsipi:

  • Tashqi qurilma yordamida kompyuter xotirasiga dastur kiritiladi.
  • Boshqarish qurilmasi dasturning birinchi buyrug'i (buyrug'i) joylashgan xotira katakchasi tarkibini o'qiydi va uning bajarilishini tashkil qiladi. Buyruq quyidagilarni belgilashi mumkin:
    • mantiqiy yoki arifmetik amallarni bajarish;
    • arifmetik yoki mantiqiy amallarni bajarish uchun xotiradan ma'lumotlarni o'qish;
    • natijalarni xotiraga yozish;
    • tashqi qurilmadan xotiraga ma'lumotlarni kiritish;
    • xotiradan ma'lumotlarni chiqarish tashqi qurilma.
  • Boshqaruv qurilmasi buyruqni hozirgina bajarilgan buyruqdan so'ng darhol joylashgan xotira katagidan boshlaydi. Biroq, bu tartib boshqaruvni uzatish (sakrash) ko'rsatmalari yordamida o'zgartirilishi mumkin. Bu buyruqlar boshqaruv qurilmasiga boshqa xotira katakchasidagi buyruqdan boshlab dasturni bajarishni davom ettirish zarurligini bildiradi.
  • Dasturni bajarish natijalari kompyuterdagi tashqi qurilmaga chiqariladi.
  • Kompyuter tashqi qurilmadan signalni kutish rejimiga o'tadi.

  Prinsiplardan biri Von Neumann arxitekturasi" o'qiydi: Agar barcha ko'rsatmalar uning xotirasida saqlangan bo'lsa, kompyuter simli ulanishlarni o'zgartirishi shart emas. Va bu g'oya "von Neumann arxitekturasi" doirasida amalga oshirilishi bilanoq, zamonaviy kompyuter.

  Har qanday texnologiya singari, kompyuterlar ham funksionallik, foydalilik va go'zallikni oshirish tomon rivojlandi. Umuman olganda, qonun deb da'vo qiladigan bayonot bor: mukammal qurilma tashqi ko'rinishda xunuk bo'lishi mumkin emas va aksincha, chiroyli uskunalar hech qachon yomon emas. Kompyuter nafaqat foydali, balki xona uchun dekorativ qurilmaga ham aylanadi. Tashqi ko'rinish Albatta, zamonaviy kompyuter fon Neyman sxemasi bilan mos keladi, lekin ayni paytda undan farq qiladi.

  IBM tufayli fon Neymanning g'oyalari bizning davrimizda keng tarqalgan kompyuter tizim bloklarining ochiq arxitekturasi printsipi shaklida amalga oshirildi. Ushbu printsipga ko'ra, kompyuter bir qismli qurilma emas, balki mustaqil ravishda ishlab chiqarilgan qismlardan iborat bo'lib, qurilmalarni kompyuter bilan bog'lash usullari ishlab chiqaruvchining siri emas, balki hamma uchun mavjud. Shunday qilib, tizim bloklari bolalar konstruktsiyasi printsipiga muvofiq yig'ilishi mumkin, ya'ni siz qismlarni boshqa, kuchliroq va zamonaviylarga almashtirishingiz, kompyuteringizni yangilashingiz mumkin (yangilash, yangilash - "darajani ko'tarish"). Yangi qismlar eskilari bilan butunlay almashtirilishi mumkin. Tizim avtobusi shaxsiy kompyuterlarni "ochiq me'moriy" qiladi, bu tizim blokining barcha tugunlari va qismlarining barcha chiqishlari kiradigan virtual umumiy yo'l yoki yadro yoki kanalning bir turi. Aytish kerakki, katta kompyuterlar (shaxsiy kompyuterlar emas) ochiqlik xususiyatiga ega emas, ular shunchaki biror narsani boshqa, ilg'or kompyuterlar bilan almashtira olmaydi; masalan, eng zamonaviy kompyuterlarda elementlar orasidagi ulanish simlari ham bo'lmasligi mumkin. kompyuter tizimi: sichqoncha, klaviatura ("klaviatura") va tizim bloki. Ular infraqizil nurlanish yordamida bir-birlari bilan bog'lanishlari mumkin, buning uchun tizim blokida infraqizil signallarni qabul qilish uchun maxsus oyna mavjud (masofadan boshqarish pultiga o'xshash). masofaviy boshqarish televizor).

  Hozirda normal Shaxsiy kompyuter kompleksi quyidagilardan iborat:

  • Asosiy elektron doska Hisoblash ma'lumotlarini qayta ishlaydigan o'sha bloklar joylashgan (tizim, ona);
  • standart ulagichlarga o'rnatilgan boshqa kompyuter qurilmalarini boshqaruvchi sxemalar tizim platasi – uyalar;
  • axborotni saqlash disklari;
  • barcha elektron kontaktlarning zanglashiga olib keladigan quvvat manbai;
  • tanasi ( tizimli blok), unda kompyuterning barcha ichki qurilmalari umumiy ramkaga o'rnatiladi;
  • klaviaturalar;
  • monitor;
  • boshqa tashqi qurilmalar.

    Fon Neyman tamoyillari asosida qurilgan kompyuterlar

    1940-yillarning oʻrtalarida Mur elektrotexnika maktabida oʻz dasturlarini umumiy xotirada saqlaydigan kompyuter dizayni ishlab chiqildi. Mur elektrotexnika maktabi ) Pensilvaniya shtat universitetida. Ushbu hujjatda tasvirlangan yondashuv loyihaning yagona muallifi Jon fon Neyman nomidan fon Neyman arxitekturasi sifatida tanildi, garchi aslida loyiha muallifligi jamoaviy edi. Fon Neyman arxitekturasi oʻsha vaqtda yaratilayotgan ENIAC kompyuteriga xos boʻlgan muammolarni kompyuter dasturini oʻz xotirasida saqlash orqali hal qildi. Loyiha haqidagi ma'lumotlar ko'p o'tmay boshqa tadqiqotchilar uchun ham mavjud bo'ldi

  Fon Neyman tamoyillari (Fon Neyman arxitekturasi)

  Kompyuter arxitekturasi

  1946-yilda D.fon Neyman, G.Goldshteyn va A.Berks oʻzlarining qoʻshma maqolalarida EHMni qurish va ishlatishning yangi tamoyillarini belgilab berdilar. Keyinchalik bu tamoyillar asosida kompyuterlarning dastlabki ikki avlodi ishlab chiqarildi. Neyman tamoyillari bugungi kunda ham dolzarb bo'lsa-da, keyingi avlodlarda ba'zi o'zgarishlar yuz berdi.

  Darhaqiqat, Neyman ko'plab boshqa olimlarning ilmiy ishlanmalari va kashfiyotlarini umumlashtirishga va ular asosida tubdan yangi narsalarni shakllantirishga muvaffaq bo'ldi.

  Fon Neyman tamoyillari

  Kompyuterlarda ikkilik sanoq sistemasidan foydalanish. O'nlik sanoq sistemasidan afzalligi shundaki, qurilmalar ikkilik tizimda juda oddiy, arifmetik va mantiqiy amallarni bajarishi mumkin. sanoq tizimi bajarish ham juda oddiy.

  Kompyuter dasturiy ta'minotini boshqarish. Kompyuterning ishlashi buyruqlar to'plamidan iborat dastur tomonidan boshqariladi. Buyruqlar ketma-ket bajariladi. Saqlangan dasturga ega mashinaning yaratilishi bugungi kunda biz dasturlash deb ataydigan narsaning boshlanishi edi.

  Kompyuter xotirasi nafaqat ma'lumotlarni, balki dasturlarni saqlash uchun ham ishlatiladi.. Bunday holda, dastur buyruqlari ham, ma'lumotlar ham ikkilik sanoq tizimida kodlanadi, ya'ni. ularning yozish usuli bir xil. Shuning uchun, ma'lum holatlarda, siz ma'lumotlardagi kabi buyruqlarda bir xil amallarni bajarishingiz mumkin.

  Kompyuter xotirasi kataklarida ketma-ket raqamlangan manzillar mavjud. Istalgan vaqtda istalgan xotira katakchasiga uning manzili bo'yicha kirishingiz mumkin. Bu tamoyil dasturlashda o'zgaruvchilardan foydalanish imkoniyatini ochib berdi.

  Dasturni bajarish jarayonida shartli sakrash imkoniyati. Buyruqlar ketma-ket bajarilishiga qaramay, dasturlar kodning istalgan bo'limiga o'tish imkoniyatini amalga oshirishi mumkin.

  Ushbu tamoyillarning eng muhim natijasi shundan iboratki, endi dastur endi mashinaning doimiy qismi emas edi (masalan, kalkulyator kabi). Dasturni osongina o'zgartirish mumkin bo'ldi. Lekin uskunalar, albatta, o'zgarishsiz va juda oddiy bo'lib qoladi.

  Taqqoslash uchun, ENIAC kompyuterining dasturi (saqlangan dasturga ega bo'lmagan) paneldagi maxsus jumperlar tomonidan aniqlangan. Mashinani qayta dasturlash uchun bir kundan ko'proq vaqt ketishi mumkin (jumperlarni boshqacha o'rnatish). Va zamonaviy kompyuterlar uchun dasturlarni yozish yillar talab qilishi mumkin bo'lsa-da, ular qattiq diskda bir necha daqiqa o'rnatilgandan so'ng millionlab kompyuterlarda ishlaydi.

  Fon Neyman mashinasi qanday ishlaydi?

  Fon Neyman mashinasi xotira qurilmasi (xotira) - xotira, arifmetik-mantiqiy birlik - ALU, boshqaruvchi qurilma - CU, shuningdek, kiritish va chiqarish qurilmalaridan iborat.

  Dasturlar va ma'lumotlar kiritish qurilmasidan arifmetik mantiq birligi orqali xotiraga kiritiladi. Barcha dastur buyruqlari qo'shni xotira kataklariga yoziladi va ishlov berish uchun ma'lumotlar ixtiyoriy hujayralarda bo'lishi mumkin. Har qanday dastur uchun oxirgi buyruq o'chirish buyrug'i bo'lishi kerak.

  Buyruq qanday operatsiyani bajarish kerakligini ko'rsatishdan iborat (ma'lum bir uskunada mumkin bo'lgan operatsiyalardan) va ko'rsatilgan operatsiya bajarilishi kerak bo'lgan ma'lumotlar saqlanadigan xotira katakchalarining manzillari, shuningdek, hujayraning manzili. natija yozilishi kerak bo'lgan joyda (agar uni xotirada saqlash kerak bo'lsa).

  Arifmetik mantiq birligi ko'rsatilgan ma'lumotlar bo'yicha ko'rsatmalarda ko'rsatilgan amallarni bajaradi.

  Arifmetik mantiq birligidan natijalar xotiraga yoki chiqarish qurilmasiga chiqariladi. Xotiraning chiqarish qurilmasidan tub farqi shundaki, xotirada ma’lumotlar kompyuter tomonidan qayta ishlash uchun qulay shaklda saqlanadi va ular chiqish qurilmalariga (printer, monitor va boshqalar) qulay tarzda yuboriladi. bir kishi uchun.

  Boshqaruv bloki kompyuterning barcha qismlarini boshqaradi. Boshqaruv qurilmasidan boshqa qurilmalar "nima qilish kerak" signallarini oladi va boshqa qurilmalardan boshqaruv bloki ularning holati haqida ma'lumot oladi.

  Tekshirish moslamasida "dastur hisoblagichi" deb nomlangan maxsus registr (hujayra) mavjud. Dastur va ma'lumotlar xotiraga yuklangandan so'ng dastur hisoblagichiga dasturning birinchi buyrug'ining manzili yoziladi. Boshqaruv bloki manzili dastur hisoblagichida joylashgan xotira katakchasi tarkibini xotiradan o'qiydi va uni maxsus qurilmaga - "Buyruqlar registriga" joylashtiradi. Boshqaruv bloki buyruqning ishlashini aniqlaydi, buyruqda manzillari ko'rsatilgan ma'lumotlarni xotirada "belgilaydi" va buyruqning bajarilishini nazorat qiladi. Operatsiya ALU yoki kompyuter uskunasi tomonidan amalga oshiriladi.

  Har qanday buyruqning bajarilishi natijasida dastur hisoblagichi bittaga o'zgaradi va shuning uchun dasturning keyingi buyrug'iga ishora qiladi. Joriy buyruqdan keyingi bo'lmagan, lekin berilgandan ma'lum miqdordagi manzillar bilan ajratilgan buyruqni bajarish kerak bo'lganda, maxsus o'tish buyrug'i boshqaruvni o'tkazish kerak bo'lgan katak manzilini o'z ichiga oladi. .

  Fon Neyman tamoyillari[tahrirlash | manba matnini tahrirlash]

  Xotiraning bir xilligi printsipi

  Buyruqlar va ma'lumotlar bir xil xotirada saqlanadi va xotirada tashqaridan farqlanmaydi. Ular faqat foydalanish usuli bilan tan olinishi mumkin; ya'ni xotira katakchasidagi bir xil qiymat faqat unga kirish usuliga qarab ma'lumot sifatida, buyruq sifatida va manzil sifatida ishlatilishi mumkin. Bu raqamlardagi kabi buyruqlar ustida bir xil amallarni bajarishga imkon beradi va shunga mos ravishda bir qator imkoniyatlarni ochadi. Shunday qilib, buyruqning manzil qismini tsiklik ravishda o'zgartirish orqali ma'lumotlar massivining ketma-ket elementlariga kirish mumkin. Ushbu uslub buyruqni o'zgartirish deb ataladi va zamonaviy dasturlash nuqtai nazaridan tavsiya etilmaydi. Bir xillik printsipining yana bir natijasi foydaliroq bo'lib, boshqa dasturni bajarish natijasida bitta dasturdan ko'rsatmalar olinishi mumkin. Bu imkoniyat tarjima asosida yotadi - dastur matnini yuqori darajadagi tildan ma'lum bir kompyuter tiliga tarjima qilish.

  Maqsadli tamoyil

  Strukturaviy jihatdan asosiy xotira raqamlangan yacheykalardan iborat bo‘lib, istalgan yacheyka protsessor uchun istalgan vaqtda mavjud bo‘ladi. Buyruqlar va ma'lumotlarning ikkilik kodlari so'zlar deb ataladigan va xotira kataklarida saqlanadigan axborot birliklariga bo'linadi va ularga kirish uchun mos keladigan katakchalarning raqamlari - manzillardan foydalaniladi.

  Dasturni boshqarish printsipi

  Muammoni hal qilish algoritmida nazarda tutilgan barcha hisob-kitoblar boshqaruv so'zlari - buyruqlar ketma-ketligidan iborat dastur shaklida taqdim etilishi kerak. Har bir buyruq kompyuter tomonidan amalga oshiriladigan operatsiyalar to'plamidan ba'zi operatsiyalarni belgilaydi. Dastur buyruqlari kompyuterning ketma-ket xotira kataklarida saqlanadi va tabiiy ketma-ketlikda, ya'ni dasturdagi joylashuvi tartibida bajariladi. Agar kerak bo'lsa, maxsus buyruqlar yordamida ushbu ketma-ketlikni o'zgartirish mumkin. Dastur buyruqlarini bajarish tartibini o'zgartirish to'g'risidagi qaror oldingi hisob-kitoblar natijalarini tahlil qilish asosida yoki so'zsiz qabul qilinadi.

  Ikkilik kodlash printsipi

  Ushbu tamoyilga ko'ra, barcha ma'lumotlar, ham ma'lumotlar, ham buyruqlar ikkilik raqamlar 0 va 1 bilan kodlangan. Har bir turdagi axborot ikkilik ketma-ketlik bilan ifodalanadi va o'ziga xos formatga ega. Muayyan ma'noga ega bo'lgan formatdagi bitlar ketma-ketligi maydon deb ataladi. Raqamli ma'lumotlarda odatda belgi maydoni va muhim raqamlar maydoni mavjud. Buyruqlar formatida ikkita maydonni ajratish mumkin: operatsiya kodi maydoni va manzillar maydoni.

  Yana bir chinakam inqilobiy g'oya, uning ahamiyatini ortiqcha baholash qiyin - Neumann tomonidan taklif qilingan "saqlangan dastur" tamoyili. Dastlab, dastur maxsus patch panelda jumperlarni o'rnatish orqali o'rnatildi. Bu juda ko'p mehnat talab qiladigan ish edi: masalan, ENIAC mashinasining dasturini o'zgartirish uchun bir necha kun kerak bo'ldi (hisoblashning o'zi bir necha daqiqadan ko'proq davom eta olmadi - lampalar muvaffaqiyatsiz tugadi). Neumann birinchi bo'lib dasturni qayta ishlangan raqamlar bilan bir xil xotirada nol va birlar qatori sifatida saqlash mumkinligini tushundi. Dastur va ma'lumotlar o'rtasida fundamental farqning yo'qligi hisob-kitoblar natijalariga muvofiq kompyuterning o'zi uchun dastur yaratish imkonini berdi.

  Fon Neyman nafaqat kompyuterning mantiqiy tuzilishining asosiy tamoyillarini ilgari surdi, balki uning tuzilishini ham taklif qildi, u EHMlarning dastlabki ikki avlodida qayta ishlab chiqarilgan. Neymanga ko'ra asosiy bloklar - boshqaruv bloki (CU) va arifmetik-mantiqiy birlik (ALU) (odatda markaziy protsessorga birlashtirilgan), xotira, tashqi xotira, kiritish va chiqarish qurilmalari. Bunday kompyuterning dizayn diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 1. Shuni ta'kidlash kerakki, tashqi xotiraning kiritish va chiqarish qurilmalaridan farqi shundaki, unga ma'lumotlar shaklda kiritiladi. kompyuteringiz uchun qulay, lekin insonning bevosita idrok etishi mumkin emas. Shunday qilib, magnit disk haydovchiga tegishli tashqi xotira, klaviatura esa kiritish qurilmasi, displey va chop etish chiqarish qurilmalari hisoblanadi.

  

  Guruch. 1. Fon Neyman tamoyillari asosida qurilgan kompyuter arxitekturasi. Strelkali qat'iy chiziqlar axborot oqimlari yo'nalishini, nuqtali chiziqlar protsessordan boshqa kompyuter tugunlariga boshqaruv signallarini ko'rsatadi.

  Zamonaviy kompyuterlardagi boshqaruv moslamasi va arifmetik-mantiqiy blok bir birlikka birlashtirilgan - xotiradan va tashqi qurilmalardan keladigan ma'lumotlarni o'zgartiruvchi protsessor (bu xotiradan ko'rsatmalarni olish, kodlash va dekodlash, turli xil, shu jumladan arifmetik operatsiyalarni bajarishni o'z ichiga oladi. , operatsiyalar, kompyuter tugunlarining ishlashini muvofiqlashtirish). Protsessorning vazifalari quyida batafsilroq ko'rib chiqiladi.

  Xotira (xotira) axborot (ma'lumotlar) va dasturlarni saqlaydi. Zamonaviy kompyuterlardagi saqlash qurilmasi "ko'p bosqichli" bo'lib, kompyuter ma'lum bir vaqtda to'g'ridan-to'g'ri ishlayotgan ma'lumotlarni (bajariladigan dastur, u uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarning bir qismi, ba'zilari) saqlaydigan tasodifiy kirish xotirasini (RAM) o'z ichiga oladi. boshqaruv dasturlari) va tashqi xotira qurilmalari (ESD). lekin sezilarli darajada sekinroq kirish bilan (va saqlangan ma'lumotlarning 1 bayti uchun sezilarli darajada arzonroq). Xotira qurilmalarining tasnifi RAM va VRAM bilan tugamaydi - ma'lum funktsiyalar SRAM (super tasodifiy kirish xotirasi), ROM (faqat o'qish uchun xotira) va kompyuter xotirasining boshqa kichik turlari tomonidan amalga oshiriladi.

  Ta'riflangan sxema bo'yicha qurilgan kompyuterda ko'rsatmalar xotiradan ketma-ket o'qiladi va bajariladi. Keyingi xotira katakchasining raqami (manzili). undan keyingi dastur buyrug'i olinadigan maxsus qurilma - boshqaruv blokidagi buyruq hisoblagichi tomonidan ko'rsatiladi. Uning mavjudligi ham ko'rib chiqilayotgan me'morchilikning xarakterli xususiyatlaridan biridir.

  Fon Neyman tomonidan ishlab chiqilgan hisoblash qurilmalari arxitekturasining asoslari shunchalik fundamental bo'lib chiqdiki, ular adabiyotda "von Neumann arxitekturasi" nomini oldi. Bugungi kunda kompyuterlarning aksariyati fon Neyman mashinalaridir. Faqatgina istisnolar parallel hisoblash uchun tizimlarning ayrim turlari bo'lib, ularda dastur hisoblagichi mavjud emas, o'zgaruvchining klassik kontseptsiyasi amalga oshirilmaydi va klassik modeldan boshqa muhim fundamental farqlar mavjud (misollar oqim va reduksiya kompyuterlarini o'z ichiga oladi).

  Ko'rinishidan, fon Neyman arxitekturasidan sezilarli og'ish beshinchi avlod mashinalari g'oyasini ishlab chiqish natijasida yuzaga keladi, bunda ma'lumotlarni qayta ishlash hisob-kitoblarga emas, balki mantiqiy xulosalarga asoslanadi.

  .