5 дәріс Микропроцессорлық техника. Дербес компьютер архитектурасы

 Компьютердің синонимі- есептеуіш машина, электрондық есептеу машинасының (ЭЕМ) бұйымы. Дербес компьютердің негізгі элементтері мен олардың арасындағы байланыс.

Процессор логикалық және арифметикалық операцияларды орындайды, операциялардың орындалу тәртібін анықтайды, дерек көздері мен нәтижелері қабылдаушыларды көрсетіп береді.

Процессор жұмысы программалардың басқаруымен жүзеге асады. Дербес компьютермен алғаш танысқанда процессордың төрт құрылғыдан тұратынын байқаймыз: арифметикалы-логикалық құрылғы (АЛҚ), басқару құрылғысы (БҚ), жалпы тағайындалуының регистрлері (ЖТР) және бүркеме жад (кэш-рпамять) АЛҚ деректеріндегі арифметикалы-логикалық операцияны орындайды. Аралық нәтижелері ЖТР-да сақталады. Бүркеме-жад (кэш-память) жұмыссыз бос тұрып қалудың уақытын қысқарту жолымен процессордың жылдам әрекет етуін арттыруға қызмет етеді. БҚ кезекті команда адресінің қалыптасуына, яғни программадан тұратын команданың орындалу тәртібіне жауап береді.

Программа- бұл оның (команданың) ықпалымен,яғни әрекетімен процессор элементар операцияны орындайтын жиыны.

Жүйелік шинаның негізгі қызметі процессорлар арасында және дербес компьютердің қалған басқа да құрылғыларының арасында информацияны жіберу болып табылады. Жүйелік шинасы үш шинадан тұрады: басқару шинасы, дерек шинасы және адрес шинасы. Шиналар бойынша басқару сигналдарын, деректерді (сан, символдар), жадтың ұяшық адресін (адреса ячеек памяти) және енгізу-шығару құрылғысының нөмірін айналдырады.

Есте сақтау (память) өңделген деректер мен команда беруге, жазуға, сақтауға арналған. Жадтың бірнеше әр түрі болады: оперативтік, тұрақты, сыртқы, кэш, CHOS (КОМП), регистрлік.

Есте сақтау түрлерінің тұтас иерархиясының болуын шапшаңдығы (быстродействия), энерготәуелділігі (энергозависомости), тағайындалуы, көлемі мен құны бойынша оның айырмашылықтарымен түсіндіруге болады. Есте сақтау түрлерінің алуан түрлілігі бір түрдің құны жоғаы есте сақтау мен басқа түрдегі шапшаңдығы төмен естесақтау арасындағы қарама-қайшылықты жоюға көмектеседі.

 Регистрлік есте сақтау- жылдам болады (кейде оны аса оперативті (сверхоперативной) деп атайды). Ол процессор ішінде орналасқан жалпы тағайындаудың бірнеше регистірін (ЖТР) білдіреді. Регистрларды процессорлармен қайта жіберу, қосу (сложение), санау (счет) және т.б. қарапайым операцияларды орындау барысында пайдаланады.

Бүркеме-есте сақтау (кэш-память) регистрлік есте сақтаумен салыстырып қарағанда көлемі үлкен болады, бірақ, шапшаңдығы кем. Дербес компьютерде есте сақтаудың осы түріндегі есте сақтаудың құрылғыларының (запоминающих устройств) саны әр қилы болуы ықтимал. Осы заманғы дербес компьютерде осы түрдің екі-үш есте сақтау құрылғысы болады.

Энерготәуелді есте сақтау CHOS (КОМП-есте сақтау) осы компьютердің конфигурациясын есте сақтауға қызмет етеді (ағымдағы уақытты, күндерді, таңдап алынған жүйелік дискіні (системного диска) және т.б.). Есте сақтаудың осы түрі дербес компьюердің аналық тақшасында (материнской плате ПК) тоқтаусыз (үзіліссіз) жұмыс істеу үшін габариті аз аккмулятор немесе қоректендіруші батарея орнатады.

Оперативті есте сақтайтын құрылғы (ОЕҚ) өзгермелі (ағымдағы) информацияны қысқа мерзімде сақтауда пайдалынылады әрі есептеу операцияларын процессормен орындау барысында өзіндегі өзгерістерді мүмкін (ұйғарында) етеді. Бұл процессордың өңделген деректерден (санау режимінен-режим считвания) немесе команданың ОЕҚ-сынан шыға алатынын білдіреді, содан кейін деректерді арифметикалық немесе логикалық өңдеуден өткізгеннен кейін алынған нәтижені ОЕҚ-ға (жазба режимі-режим записи) орналастырады. ОЕҚ-ға жаңа деректерді бастапқы деректер қойылған жерде (ұяшыққа) ғана орналастыру мүмкін болады. Бұрынғы командасының немесе деректердің өшірілетіні өзінен-өзі түсінікті.

Тұрақты есте сақтайтын құрылғы (ТЕҚ) дербес компьютер жұмыс істеген кезде өзгермейтін информация сақталады. Мұдай информацияны мониторлық-тест программасы (ол компьютердің ажыратылған сәтінде оның жұмысқа қабілетінің бар, жоғын тексереді), драйвер (ЭЕМ-нің жекелеген құрылғысының, мысалы, перненің жұмысын басқаратын программа) және т.б. жасайды.

Сыртқы есте сақтайтын құрылғы (СЕК) информацияны ұзақ уақытқа сақтауға арналған. СЕК-ға магниттік таспаға (магнитная лента) жинақтаушы (могнитафон, стример), қатқыл дискіге (жесткий диск) жинақтаушы (винчестер), иілгіш дискіге (гибкий диск) жинақтаушы, оптикалық дискіні ойнатқыш (проигрыватели оптических дисков) жатады. ОЕҚ-мен салыстырып қарағанда СЕҚ негізінен еске сақтаудың үлкен көлеміне ие болады, бірақ шапшаңдығы көп төмен.

Информацияны енгізу құрылғысына мыналар қатысты: пернетақта (клавиятура), тышқан-тетік (мышь), трекбол, джостик, трекпойнт, трекпад, сканер, сенсорлық экран, цифрлық бейнекамера және т.б.

Информацияны шығару құрылғысына-дисплей (монитор), принтер, плоттер, акустикалық бағаны (акустические колонки) және т.б.

Модем информацияны енгізген құрылғының да, шығаратын құрылғының да функциясын атқарады. Ол телефондық байланыс желілерінің көмегімен қашықтықтағы басқа компьютерлермен жалғасуға (байланыс орнатуға) әрі дербес компьютерлер арасында информациялар алмасуға мүмкіндік береді. Конструктивтік орындауы бойынша модем құрамдық (компьютердің жүйелік блогына қойылған) және сыртқы (коммуникациялық порт арқылы қосылған) болады. Модемдер бір-біріне деректерді ең көп шамадағы жылдамдықта берумен айрықшаланады (бүгінгі таңда 28800, 33600 бод (1 бод = секундтық бит)) және одан да көп жылдамдықтағы модельдер кең таралған, содан соң, олар қателікті түзету құралына қолдау көрсете ала ма, жоқ па, міне осы жағынан да ерекшеленеді (оның ішінде V42bis және MNP-5 әйгілі стандарттар болып табылады).

Дербес компьютердің негізіне қаланған нәтижелі идеялардың бірі-архитектураның ашық болуын айтамыз. Бұл тұжырымдарға (концепцияға) сәйкес әрбір пайдаланушы өз қалауына қарай өзінің компьютерінің конфигурациясы өзі дербес қалыптастыраалады. Бұл пайдаланушының қажеттілілігіне қарай жүйелік шинаға модем, дыбыстық карта, электр музыкалық аспаптың пернесін және т.б. әр түрлі құрылғыларды қоса алатынын білдіреді. Архитектураның ашық болуы компьютерді, мысалы, үлкен көлемдегі қатқыл дискіге винчестерді ауыстыру, процессорды ауыстыру, оперативті есте сақтау көлемін ұлғайту және т.б. жолдармен оңай жаңғыртуға (модернизировать) мүмкіндік береді.

Дербес компьютердің негізгі құрылғылары классикалық Нейман архитектурасына негізделген:

• 
  жүйелік блок (микропроцессор, жад, қоректену блогы, енгізу/ шығару
  

– пернетақта (клавиатура);

– монитор;

– принтер;

– магниттік дискіде жинақтауыш (дискіжетек, CD-ROM).

Енгізу / шығару порттары (қосқыш тарақшасы, ағытпа) компьютерді сыртқы Баспа, модем сияқты құрылғылармен жалғастыру үшін арналған.Порттар жалпы мақсаттық параллель және асинхронды (бір уақытылы емес) тізбекті болып екі түрге бөлінеді. Олардың сәйкес түрде белгіленуі:LPT1-LPT3, COM1-COM3.

  Таймер- кәдімгі сағат рөлін атқаратын интегралдық схема. Оның қызметінің бірі- монитор экранда кескіндерді қалпына келтірудің уақытша аралықтарын беру, яғни синхрондау, т.б. (timer – уақытты белгілеу).

Информацияны жазу және сақтау компьютердің жеке дискілерінде(дискеттерде)не қатты магниттік дискіде(винчестерде)орындалады. Жазу құрылғының дискіжетек недискі жүргізушідеп, жинақты (компакт) дискілерге жазатын неолардан оқитын құрылғыны CD-ROM деп атайды. Винчестер компьютердің ішіне орналастырылған дискіжетекке бекітіліп қойылған, сондықтан ол дискіжетекке алынып-салынбайды.