Tema 1.1: Bazat teorike të Informatikës Ekonomike

Tema 1.2: Mjetet teknike të përpunimit të informacionit

Tema 1.3: Softueri i sistemit

Tema 1.4: Softueri i shërbimit dhe bazat e algoritmit

Hyrje në Informatikë Ekonomike

1.2. Mjetet teknike të përpunimit të informacionit

1.2.2. Arkitektura kompjuterike

Arkitektura e një kompjuteri përfshin një strukturë që pasqyron përbërjen e një PC, dhe softuer dhe mbështetje matematikore. Struktura e një kompjuteri është një grup elementesh dhe lidhjesh ndërmjet tyre. Parimi themelor i ndërtimit të të gjithë kompjuterëve modernë është kontrolli i softuerit.

Themelet e teorisë së arkitekturës kompjuterike u hodhën nga John von Neumann. Kombinimi i këtyre parimeve shkaktoi arkitekturën klasike të kompjuterit (von Neumann).

Von Neumann jo vetëm që parashtroi parimet themelore të pajisjes logjike të një kompjuteri, por gjithashtu propozoi strukturën e tij, të paraqitur në Figurën 1.

Oriz. 1.

Pozicionet e Von Neumann:

1. Një kompjuter përbëhet nga disa pajisje kryesore (pajisje logjike aritmetike, pajisje kontrolli, memorie, memorie e jashtme, pajisje hyrëse dhe dalëse).
2. Njësia logjike aritmetike - kryen veprime logjike dhe aritmetike të nevojshme për të përpunuar informacionin e ruajtur në memorie.
3. Pajisja e kontrollit - siguron kontrollin dhe monitorimin e të gjitha pajisjeve kompjuterike (sinjalet e kontrollit tregohen me shigjeta me pika).
4. Të dhënat e ruajtura në memorie janë në formë binare.
5. Programi që përcakton funksionimin e kompjuterit dhe të dhënat ruhen në të njëjtën pajisje ruajtëse.
6. Për hyrjen dhe daljen e informacionit përdoren pajisje hyrëse dhe dalëse.

Një nga parimet më të rëndësishme - parimi i një programi të ruajtur - kërkon që programi të ruhet në memorien e makinës në të njëjtën mënyrë siç futet informacioni fillestar në të.

Njësia logjike aritmetike dhe njësia e kontrollit në kompjuterët modernë formojnë një procesor kompjuterik. Një procesor që përbëhet nga një ose më shumë qarqe të mëdha të integruara quhet mikroprocesor ose komplet mikroprocesor.

Një procesor është një pjesë funksionale e një kompjuteri që kryen operacionet bazë për përpunimin e të dhënave dhe kontrollin e funksionimit të njësive të tjera. Procesori është një konvertues i informacionit që vjen nga memorja dhe pajisje të jashtme.

Pajisjet e ruajtjes ofrojnë ruajtje të të dhënave fillestare dhe të ndërmjetme, rezultateve të llogaritjes dhe programeve. Ato përfshijnë: memorie me akses të rastësishëm (RAM), RAM super-operative), pajisje ruajtëse vetëm për lexim (ROM) dhe pajisje të jashtme (OVC).

Kujtesa operative ruan informacionin me të cilin kompjuteri punon drejtpërdrejt në një kohë të caktuar (pjesa rezidente sistemi operativ, programi i aplikimit, të dhënat në përpunim). RAM-i përmban të dhënat që përdoren më shpesh nga procesori. Vetëm informacioni që ruhet në RAM dhe RAM është drejtpërdrejt i disponueshëm për procesorin.

Pajisjet e ruajtjes së jashtme (disqet magnetike si p.sh HDD ose hard drive) me një kapacitet shumë më të madh se RAM, por me akses dukshëm më të ngadaltë, përdoren për ruajtjen afatgjatë të sasive të mëdha të informacionit. Për shembull, sistemi operativ (OS) ruhet në hard disk, por kur kompjuteri ndizet, pjesa rezidente e OS ngarkohet në RAM dhe mbetet atje derisa të përfundojë PC.

ROM (memorie vetëm për lexim) dhe EPROM (memorie vetëm për lexim) janë krijuar për të ruajtur në mënyrë të përhershme informacionin që është shkruar aty gjatë prodhimit të tij, për shembull, një PROM për BIOS.

Pajisja hyrëse është, për shembull, një tastierë. Si një pajisje dalëse - ekran, printer, etj.

Në një kompjuter të ndërtuar sipas skemës von Neumann, komandat lexohen në mënyrë sekuenciale nga memoria dhe ekzekutohen. Numri (adresa) e qelizës tjetër të memories nga e cila do të nxirret komanda e programit tjetër tregohet nga një pajisje speciale - numëruesi i komandës në pajisjen e kontrollit.

Me zhvillimin e informatikës dhe mjete softuerikeçdo kompjuter filloi të konsiderohet si një sistem kompjuterik, i cili është një kombinim i dy pjesëve të kombinuara konceptualisht: hardueri dhe software... Është shfaqur koncepti i "arkitekturës kompjuterike", i lidhur me funksionalitetin e një sistemi kompjuterik, të cilin një përdorues duhet ta dijë për përdorimin efektiv të sistemit në zgjidhjen e problemeve të tij.

Arkitektura kompjuterike Është një model që përcakton parimet e organizimit të një sistemi kompjuterik, përbërjen, renditjen dhe ndërveprimin e pjesëve kryesore të një kompjuteri, funksionalitetin, lehtësia e përdorimit, kostoja, besueshmëria.

Çdo kompjuter, duke përfshirë një PC, duhet të ketë një grup minimal blloqesh funksionale për të kryer funksionet e tij. Ky është një bllok për kryerjen e veprimeve aritmetike dhe logjike; bllok për ruajtjen e informacionit (memorie) ose pajisje ruajtëse; pajisje për futjen e të dhënave fillestare dhe për nxjerrjen e rezultateve. Meqenëse të gjitha këto pajisje duhet të kryejnë njëkohësisht veprimet e nevojshme, ato duhet të kontrollohen. Prandaj, në strukturën e çdo kompjuteri, është gjithashtu e nevojshme të keni një pajisje kontrolli.

Të gjitha blloqet e mësipërme, duke marrë parasysh faktin se dy nivele janë të ndara në pajisjen e memories (të brendshme dhe të jashtme), korrespondojnë plotësisht me përbërjen e strukturës klasike Fonneumann të një kompjuteri, i cili ka qenë baza e kompjuterëve për më shumë se gjysmën. një shekull (Fig. 4.1).

Oriz. 4.1.

shigjeta të theksuara - transferimi i informacionit; shigjeta të hollë - transmetimi i sinjaleve të kontrollit; ALU - një bllok për kryerjen e operacioneve aritmetike dhe logjike; ZU - pajisje ruajtëse; UU - pajisje kontrolli; Uvv - pajisja e hyrjes së informacionit; Mjerisht - pajisja e daljes së informacionit

Struktura kompjuterike përcakton grupin e elementeve funksionale të kompjuterit dhe mënyrën e vendosjes së lidhjeve ndërmjet tyre. Në kompjuterët modernë, një pajisje për kryerjen e operacioneve aritmetike dhe logjike dhe një pajisje kontrolli kombinohen në një procesor qendror. Në vend të grupit të kufizuar të pajisjeve hyrëse-dalëse të disponueshme në kompjuterët e gjeneratave të para, makinat moderne kanë një arsenal të madh pajisjesh (disqe të ndryshme në disqe magnetike, optike dhe magneto-optike, skanerë, tastierë, maus, levë, printera, plotterë , komplotues). Hierarkia e pajisjeve të ruajtjes është paraqitur më shumë sasi e madhe nivelet.

Hardware (hardware ) Është një grup mjete teknike përdoren në funksionimin e kompjuterëve dhe në ndërveprim me njëri-tjetrin.

Strukturisht, pajisja e një kompjuteri modern, duke përfshirë një PC, përbëhet nga dy pjesë kryesore: qendrore dhe periferike. Pjesa qendrore zakonisht përfshin procesorin qendror dhe memorien kryesore, pasi në bazë të tyre zbatohet parimi i kontrollit të programit.

CPU siguron ekzekutimin e procedurave të përpunimit të të dhënave dhe kontrollin softuerik të këtij procesi. Ai përfshin një njësi logjike aritmetike, një njësi kontrolli dhe pajisjet e veta të ruajtjes (regjistrat, memorien cache).

Njësia logjike aritmetike (ALU) - një pjesë e procesorit që siguron ekzekutimin e procedurave të konvertimit të të dhënave.

Pajisja e kontrollit (UU) - një pjesë e procesorit që siguron kontrollin e procesit të përpunimit të të dhënave.

UU zgjedh komandat nga memoria kryesore, interpreton llojin e komandës dhe nis qarkun e kërkuar ALU.

Memoria e procesorit - pajisje që ofrojnë ruajtjen e të dhënave.

Kujtesa kryesore Kompjuteri përfshin memorie operative dhe të përhershme.

RAM - një pajisje që siguron ruajtjen e përkohshme të komandave dhe të dhënave gjatë ekzekutimit të programit.

Kujtesa e vazhdueshme - një pajisje që siguron ruajtje të përhershme dhe aftësinë për të lexuar informacione kritike për funksionimin e një kompjuteri.

Kujtesa kryesore dhe pajisjet e ruajtjes së procesorit i përkasin e brendshme pajisjet e ruajtjes. Ata ndërveprojnë drejtpërdrejt me procesorin, kanë një shpejtësi të lartë dhe kapacitet relativisht të vogël.

Të gjitha pajisjet e tjera kompjuterike i përkasin pjesës periferike dhe thirren e jashtme ose periferike. Pajisjet e jashtme ndahen në pajisje I/O dhe pajisje ruajtëse të jashtme.

Pajisjet hyrëse-dalëse të sigurojë hyrjen e të dhënave fillestare dhe daljen e rezultateve nga pajisjet kompjuterike qendrore.

Pajisjet e ruajtjes së jashtme (VCU) kanë një kapacitet të madh dhe performancë relativisht të ulët. Këto përfshijnë disqet magnetike (LMD), disqet me shirit magnetik (LMD), disqet optike (ODS), disqet flash.

Një kompjuter mund të përdorë nga disa deri në disa qindra pajisje të jashtme. Përbërja e këtyre pajisjeve, si rregull, është e ndryshueshme dhe përcaktohet nga përbërja e detyrave të zgjidhura në një kompjuter specifik. Prandaj, është zakon të thuhet në lidhje me konfigurimin e kompjuterit , duke kuptuar me këtë term përbërjen specifike të pajisjeve të tij, duke marrë parasysh karakteristikat e tyre.

Pranohet që transferimi i informacionit nga pajisjet periferike në bërthamën e PC-së quhet një operacion hyrës. Transferimi i informacionit nga thelbi i PC në pajisjet periferike quhet një operacion në dalje.

Ndonjëherë pajisjet periferike ndahen në pajisje periferike të sistemit, pa të cilat kompjuteri nuk mund të funksionojë plotësisht, dhe në ato shtesë. Pajisjet periferike të sistemit përfshijnë tastierë, monitor, hard disk, printer. Shtesë - një shumëllojshmëri pajisjesh për hyrjen dhe daljen e informacionit, pajisje për komunikim me mjedisin e jashtëm, për përpunimin e informacionit multimedial.

Struktura e kompjuterëve me performancë të lartë përfshin kanalet hyrëse-dalëse - një grup pajisjesh që ofrojnë shkëmbim të dhënash ndërmjet procesorit qendror, RAM dhe pajisjet hyrëse-dalëse.

Kanalet mund të punojnë paralelisht me procesorin qendror. Qëllimi i tyre kryesor është të heqin nga procesori qendror disa nga funksionet për menaxhimin e shkëmbimit të të dhënave me pajisje të jashtme.

Efikasiteti i përdorimit të një kompjuteri përcaktohet jo vetëm nga përbërja dhe karakteristikat e pajisjeve të tij, por edhe nga mënyra e organizimit të tyre. duke punuar së bashku... Lidhja e komponentëve të kompjuterit kryhet duke përdorur ndërfaqet - një grup harduerësh dhe softuerësh të standardizuar për shkëmbimin e informacionit ndërmjet pajisjeve. Ndërtimi i ndërfaqeve bazohet në përdorimin e metodave të unifikuara të kodimit të të dhënave, standardizimin e elementeve lidhës. Prania e ndërfaqeve standarde bën të mundur unifikimin e transferimit të informacionit midis pajisjeve, pavarësisht nga veçoritë e tyre.

Struktura të ndryshme përdoren për klasa të ndryshme kompjuterash. Në kompjuterët me performancë të lartë, zakonisht përdoret një strukturë hierarkike me disa nivele ndërfaqesh dhe kanale I/O. Një PC më shpesh përdor një strukturë me një autobus të sistemit të quajtur autobus i sistemit, i cili është një sistem telash të kombinuar funksionalisht që ofrojnë transferimin e të dhënave, adresat e të dhënave dhe sinjalet e kontrollit (Fig. 4.2).

Numri i telave në autobusin e sistemit të destinuar për transmetimin e të dhënave quhet gjerësia e autobusit. Gjerësia e autobusit përcakton numrin e biteve të transmetuara në autobus në të njëjtën kohë. Numri i telave për transferimin e adresave përcakton se sa RAM mund të adresohet.

Platforma e harduerit - një grup mjetesh teknike që përcaktojnë mjedisin për funksionimin e programeve specifike. Baza e platformës harduerike është kombinimi i tabelës së sistemit (Motherboard) dhe llojit të procesorit të përdorur.

Oriz. 4.2.

CPU - Njësia Qendrore e Përpunimit; RAM - memorie me akses të rastësishëm; ROM - memorie vetëm për lexim; Kontrollues - një pajisje që kontrollon një pajisje periferike

• Me emrin e shkencëtarit amerikan J. von Neumann (1903-1957), i cili në vitin 1946 vërtetoi përbërjen e pajisjeve kryesore dhe parimet e funksionimit të kompjuterëve.

Kompjuterët elektronikë (kompjuterët), ose, siç quhen më shpesh tani, kompjuterët, janë një nga krijimet më të mahnitshme njerëzore. Në kuptimin e ngushtë, kompjuterët janë pajisje që kryejnë lloje të ndryshme llogaritjesh ose lehtësojnë këtë proces. Pajisjet më të thjeshta që shërbejnë për qëllime të tilla u shfaqën në kohët e lashta, disa mijëvjeçarë më parë. Ndërsa qytetërimi njerëzor u zhvillua, ata u zhvilluan ngadalë, duke u përmirësuar vazhdimisht. Megjithatë, vetëm në vitet 40 të shekullit tonë u hodh fillimi i krijimit të kompjuterëve të arkitekturës moderne dhe me logjikë moderne. Janë këto vite që me të drejtë mund të konsiderohen si koha e lindjes së kompjuterëve modernë (natyrshëm, elektronikë).

Që një kompjuter të jetë efektiv dhe i gjithanshëm, ai duhet të përfshijë strukturat e mëposhtme: një njësi qendrore aritmetike-logjike (ALU), një njësi qendrore kontrolli (CU) që "drejton" operacionet, një pajisje ruajtëse ose memorie, si dhe pajisjet hyrëse-dalëse...

Von Neumann vuri në dukje se ky sistem duhet të funksionojë me numra binarë, të jetë elektronik, jo mekanik dhe të kryejë veprime në mënyrë sekuenciale, njëri pas tjetrit.

Parimet e formuara nga von Neumann u pranuan përgjithësisht dhe hodhën themelet për të dy mainframe-t e gjeneratave të para dhe më vonë mini- dhe mikro-kompjuterët. Dhe megjithëse kohët e fundit ka pasur një kërkim aktiv për kompjuterë të ndërtuar mbi parime të ndryshme nga ato klasike, shumica e kompjuterëve janë ndërtuar sipas parimeve të përcaktuara nga Neumann.

Arkitektura dhe struktura e kompjuterit

Kur merren parasysh pajisjet kompjuterike, është zakon të bëhet dallimi midis arkitekturës dhe strukturës së tyre. Arkitektura kompjuterike përshkrimi i tij quhet në një nivel të përgjithshëm, duke përfshirë një përshkrim të aftësive programuese të përdoruesit, grup instruksionesh, sistemin e adresimit, organizimin e memories, etj. Arkitektura përcakton parimet e funksionimit, lidhjet e informacionit dhe ndërlidhjen e nyjeve kryesore logjike të kompjuterit: procesor, RAM, memorie të jashtme dhe pajisje periferike. Arkitektura e përbashkët kompjuterë të ndryshëm siguron përputhshmërinë e tyre nga këndvështrimi i përdoruesit. Struktura kompjuterikeështë një grup elementesh funksionale dhe lidhjesh ndërmjet tyre. Elementet mund të jenë një shumëllojshmëri e gjerë pajisjesh - nga nyjet kryesore logjike të një kompjuteri deri te qarqet më të thjeshta. Struktura e një kompjuteri paraqitet grafikisht në formën e diagrameve strukturore, me ndihmën e të cilave është e mundur të përshkruhet një kompjuter në çdo nivel detajesh. Zgjidhjet e mëposhtme arkitekturore janë më të zakonshmet. Arkitektura klasike(arkitektura von Neumann) - një njësi logjike aritmetike (ALU), përmes së cilës kalon rrjedha e të dhënave dhe një njësi kontrolli (CU), përmes së cilës kalon rrjedha e komandës - programi. Ky është një kompjuter me një procesor. Ky lloj arkitekture përfshin arkitekturën e një kompjuteri personal me një autobus të përbashkët. Të gjitha blloqet funksionale janë të lidhura këtu me një autobus të përbashkët, i quajtur gjithashtu autobus i sistemit. Shtylla kurrizore fizikeështë një linjë me shumë tela me priza për lidhjen e qarqeve elektronike. Mbledhja e telave të trungut ndahet në grupe të veçanta: autobusi i adresave, autobusi i të dhënave dhe autobusi i kontrollit. Pajisjet periferike ( printer etj.) lidhen me harduerin e kompjuterit përmes kontrollorëve të posaçëm - pajisjeve të kontrollit të pajisjes periferike. Kontrolluesi- një pajisje që lidh pajisjet periferike ose kanalet e komunikimit me procesorin qendror, duke e çliruar procesorin nga kontrolli i drejtpërdrejtë i funksionimit të kësaj pajisjeje. Arkitektura me shumë procesorë... Të kesh shumë procesorë në një kompjuter do të thotë që shumë rrjedha të dhënash dhe shumë rrjedha instruksionesh mund të organizohen paralelisht. Kështu, disa fragmente të së njëjtës detyrë mund të ekzekutohen paralelisht. Struktura e një makinerie të tillë, e cila ka një RAM të përbashkët dhe disa procesorë, është paraqitur në figurë. Arkitektura kompjuterike me shumë procesorë Sistemi kompjuterik me shumë makineri... Këtu disa procesorë të përfshirë në sistemin informatik nuk kanë një RAM të përbashkët, por secili ka të vetin (lokal). Çdo kompjuter në një sistem me shumë makineri ka një arkitekturë klasike dhe një sistem i tillë përdoret gjerësisht. Megjithatë, efekti i përdorimit të një sistemi të tillë kompjuterik mund të merret vetëm kur zgjidhjen e problemeve që kanë një strukturë shumë të veçantë: ajo duhet të ndahet në po aq nëndetyra të lidhura lirshëm sa ka kompjuterë në sistem. Avantazhi i shpejtësisë së sistemeve kompjuterike me shumë procesorë dhe me shumë makineri ndaj atyre me një procesor është i dukshëm. Arkitektura paralele e procesorit... Këtu funksionojnë disa ALU nën kontrollin e një CU. Kjo do të thotë që shumë të dhëna mund të përpunohen nga një program - domethënë një rrjedhë udhëzimesh. Performanca e lartë e një arkitekture të tillë mund të arrihet vetëm në detyrat në të cilat të njëjtat operacione llogaritëse kryhen njëkohësisht në grupe të dhënash të ndryshme të të njëjtit lloj. Struktura e kompjuterëve të tillë është paraqitur në figurë. Arkitektura paralele e procesorit Makinat moderne shpesh përmbajnë elemente të llojeve të ndryshme të zgjidhjeve arkitekturore. Ekzistojnë gjithashtu zgjidhje të tilla arkitekturore që janë rrënjësisht të ndryshme nga ato të diskutuara më sipër. Moderne Kompjuter personal përbëhet nga disa komponentë kryesorë strukturorë: njësi të sistemit; monitor; tastiera; manipulatorë. Njësi të sistemit Njësia e sistemit është njësia më e rëndësishme e kompjuterit. Të gjitha blloqet e tjera, të quajtura pajisje të jashtme ose periferike, janë të lidhura me të. V njësi të sistemit përmban komponentët kryesorë elektronikë të kompjuterit. PC është ndërtuar në bazë të VLSI (qarqe të integruara shumë të mëdha), dhe pothuajse të gjithë janë të vendosur brenda njësisë së sistemit, në dërrasa speciale (bordi është një pllakë plastike në të cilën janë fiksuar dhe ndërlidhur përbërësit elektronikë - VLSI, mikroqarqe , etj.). Pllaka më e rëndësishme në një kompjuter është pllaka amë. Ai përmban procesorin qendror, bashkëprocesorin, memorien e aksesit të rastësishëm - RAM dhe lidhësit për lidhjen e tabelave të kontrolluesit të pajisjeve të jashtme. Njësia e sistemit përmban: furnizimi me energji elektrike - një pajisje që konverton tensionin alternativ të rrjetit në një tension konstant me polaritet dhe madhësi të ndryshme, i cili kërkohet për të fuqizuar motherboard dhe pajisje të brendshme... Furnizimi me energji elektrike përmban një tifoz që qarkullon ajrin për të ftohur njësinë e sistemit. bordi i sistemit (motherboard); shtylla kurrizore (autobusi i sistemit); CPU; kartë zëri; kartë video (kartë grafike); hard disk drives; disketa të diskut; pajisje optike, magneto-optike dhe pajisje të tjera ruajtëse; drive CD-ROM, DVD-ROM; Motherboard Pjesa kryesore e çdo sistemi kompjuterik është një motherboard me një procesor kryesor dhe mikroqarqe që e mbështesin atë. Funksionalisht, një motherboard mund të përshkruhet në mënyra të ndryshme. Ndonjëherë një tabelë e tillë përmban të gjithë qarkun e kompjuterit (pllakë e vetme). Në ndryshim nga kompjuterët me një bord, në kompjuterët e orientuar nga autobusi, motherboard zbaton një skemë minimale të konfigurimit, pjesa tjetër e funksioneve zbatohen duke përdorur një sërë tabela shtesë... Të gjithë komponentët janë të lidhur me një autobus. Bordi i sistemit nuk ka një përshtatës video, disa lloje memorie dhe mjete komunikimi me pajisje shtesë. Këto pajisje (kartat e zgjerimit) shtohen në tabelën e sistemit duke u lidhur me një autobus zgjerimi që është pjesë e bordit të sistemit. Pllaka e parë amë u projektua nga IBM dhe u shfaq në gusht 1981 (PC-1). Në 1983, u shfaq një kompjuter me një bord të sistemit të rritur (PC-2). Maksimumi që PC-1 mund të mbështeste pa përdorur kartat e zgjerimit ishte 64K memorie. PC-2 ishte tashmë 256K, por ndryshimi më i rëndësishëm ishte programimi i dy bordeve. Pllaka amë PC-1 nuk mund të mbështeste, pa rregullim, pajisjet më të fuqishme të zgjerimit, siç janë disqet e ngurtë dhe adaptorët e avancuar të videos. Pllaka amë është një kompleks pajisje të ndryshme duke mbështetur funksionimin e sistemit në tërësi. Atributet e kërkuara të motherboard janë procesori bazë, RAM-i, BIOS-i i sistemit, kontrolluesi i tastierës, slotet e zgjerimit. Pllaka amë brenda kompjuterit është pjesa kryesore e montimit në të cilën janë bashkangjitur pjesa tjetër e komponentëve. Gjatë funksionimit normal të motherboard, ajo nuk mbahet mend derisa të keni nevojë të përmirësoni kompjuterin. Zakonisht ata duan të instalojnë një procesor më të shpejtë, i cili çon në zëvendësimin e motherboard. Ju nuk mund, për shembull, të zëvendësoni një Pentium MMX të vjetër me një Pentium III pa një motherboard të ri. Nga pamja e jashtme motherboard, ju mund të përcaktoni se çfarë procesori, memorie dhe pajisje shtesë që janë futur në portat dhe prizat e jashtme të kompjuterit nevojiten. Sipas madhësisë motherboard në përgjithësi mund të ndahet në tre grupe. Më parë, të gjitha pllakat amë ishin 8.5 / 11 inç. Në XT, dimensionet janë rritur me 1 inç; në AT, dimensionet janë rritur edhe më shumë. Shpesh mund të flasim për dërrasat "jeshile" (motherboard jeshile). Në ditët e sotme prodhohen vetëm tabela të tilla. Këto pllaka amë ju lejojnë të zbatoni disa mënyra të kursimit të energjisë të konsumit të energjisë (përfshirë të ashtuquajturin "gjumë", në të cilin energjia fiket nga komponentët e kompjuterit që nuk funksionojnë për momentin). Agjencia Amerikane për Mbrojtjen e Mjedisit (EPA) është fokusuar në reduktimin e konsumit të energjisë së sistemeve kompjuterike. Pajisjet që plotësojnë kërkesat e saj (EPA) duhet të konsumojnë mesatarisht jo më shumë se 30 W, të mos përdorin materiale toksike dhe të lejojnë riciklimin 100%. Meqenëse mikroprocesorët modern përdorin një tension furnizimi 3.3-4V dhe 5V furnizohet në tabelë, sistemi Konvertuesit e tensionit janë montuar në dërrasa. Frekuenca e procesorit, autobusit të sistemit dhe autobusëve periferikë Performanca e komponentëve të ndryshëm të kompjuterit (procesori, RAM dhe kontrollorët periferikë) mund të ndryshojnë ndjeshëm. Për të koordinuar performancën, në pllakën amë janë instaluar mikroqarqe speciale (chipset), të cilat përfshijnë një kontrollues RAM (e ashtuquajtura ura veriore) dhe një kontrollues të pajisjes periferike (ura jugore). Fig. 1. Logjika e bordit të sistemit Autobusi PCI (Peripherial Component Interconnect bus) është i lidhur me urën veriore, e cila siguron shkëmbimin e informacionit me kontrollorët periferikë. Frekuenca e kontrolluesve është më e vogël se frekuenca e autobusit të sistemit, për shembull, nëse frekuenca e autobusit të sistemit është 100 MHz, atëherë frekuenca autobus PCI zakonisht tre herë më pak - 33 MHz. Kontrolluesit periferikë (karta e zërit, karta e rrjetit, kontrolluesi SCSI, modemi i brendshëm) janë instaluar në foletë e zgjerimit të motherboard. Ndërsa rezolucioni i monitorit dhe thellësia e ngjyrave rriten, kërkesat për shpejtësinë e autobusit që lidh kartën video me procesorin dhe RAM-in rriten. Aktualisht, për të lidhur një kartë video, zakonisht përdoret një autobus i veçantë AGP (Port i përshpejtuar grafik), i lidhur me urën veriore dhe që ka një frekuencë disa herë më të lartë se autobusi PCI. Ura e Jugut ofron shkëmbim informacioni midis Urës së Veriut dhe porteve për lidhjen e pajisjeve periferike. Pajisjet e ruajtjes ( hard disqet, CD-ROM, DVD-ROM) janë të lidhur me urën jugore nëpërmjet autobusit UDMA (Ultra Direct Memory Access - lidhje direkte në kujtesë). Një mouse dhe një modem i jashtëm janë të lidhur me urën jugore duke përdorur porte serike, të cilat transmetojnë impulse elektrike që bartin informacion në kodin e makinës njëra pas tjetrës. Portet serike janë caktuar si COM1 dhe COM2, dhe hardueri i implementuar duke përdorur lidhës 25-pin dhe 9-pin, të cilët nxirren në panelin e pasmë të njësisë së sistemit. Printeri është i lidhur me një portë paralele, e cila siguron një shpejtësi më të lartë të transferimit të të dhënave sesa portat serike, pasi transmeton në të njëjtën kohë 8 impulse elektrike që mbajnë informacion në kodin e makinës. Porta paralele është caktuar si LTP dhe zbatohet në harduer si një lidhës 25-pin në panelin e pasmë të njësisë së sistemit. Për të lidhur skanerët dhe kamera dixhitale përdoret zakonisht Porta USB(Universal Serial Bus - autobus serial universal), i cili siguron lidhje me shpejtësi të lartë me një kompjuter pajisje të shumta periferike në të njëjtën kohë. Tastiera zakonisht lidhet duke përdorur portën PS / 2.

Nën arkitekturën e kompjuterit nënkupton tërësinë parimet e përgjithshme organizimi i harduerit dhe softuerit dhe karakteristikat e tyre, i cili përcakton funksionalitetin e kompjuterit gjatë zgjidhjes së klasave përkatëse të problemeve.

Arkitektura e hapur- supozon praninë e një standardi të vetëm në zhvillimin e pajisjeve të vendosura në pllakën amë dhe bordin e zgjerimit.

Struktura e një kompjuteri është një model i caktuar që përcakton përbërjen, rendin dhe parimet e ndërveprimit të përbërësve të tij përbërës.

Figura 3 - arkitektura kompjuterike.

Aktualisht, më të përhapurit në kompjuter janë 2 lloje të arkitekturës: Princeton (von Neumann) dhe Harvardi... Të dy dallojnë 2 njësi kryesore kompjuterike: procesorin qendror dhe memorien e kompjuterit. Dallimi qëndron në strukturën e memories: në arkitekturën e Princeton, programet dhe të dhënat ruhen në një grup të vetëm memorie dhe i transmetohen procesorit përmes një kanali të vetëm, ndërsa arkitektura e Harvardit siguron depo të veçanta dhe rrjedha transferimi për komanda dhe të dhëna. .

Sipas John von Neumann, çdo kompjuter duhet të përfshijë katër blloqe kryesore - një procesor, memorie me akses të rastësishëm, memorie të jashtme dhe një grup pajisjesh hyrëse-dalëse

Figura 4 - Bllok diagrami i kompjuterit

Kjo skemë, e cila u përdor gjerësisht në kompjuterët e parë, kishte një pengesë domethënëse: kontrolli I/O dhe ekzekutimi i komandës kryheshin nga një njësi kontrolli. Me një strukturë të tillë kompjuterike, të gjitha llojet e përpunimit të softuerit për kohëzgjatjen e operacioneve hyrëse-dalëse u ndaluan për shkak të punësimit të procesorit, gjë që uli ndjeshëm shpejtësinë e makinës.

Për të eliminuar këtë pengesë, një komponent shtesë u përfshi në qark - një kanal hyrje-dalje (një pajisje që siguron ndërveprim të drejtpërdrejtë midis procesorit dhe pajisjeve periferike).

Arkitektura e Harvardit- arkitekturë kompjuterike, një tipar dallues i së cilës është ruajtja dhe përpunimi i veçantë i komandave dhe të dhënave. Arkitektura u projektua nga Howard Aiken në fund të viteve 1930 në Universitetin e Harvardit

Operacionet tipike (mbledhja dhe shumëzimi) kërkojnë disa veprime nga çdo pajisje kompjuterike: marrjen e dy operandëve, zgjedhjen e një instruksioni dhe ekzekutimin e tij dhe, në fund, ruajtjen e rezultatit.

Ideja e Aiken ishte të ndante fizikisht linjat e komandës dhe të dhënave. Kompjuteri i parë i Aiken, Mark I, përdori shirit të shpuar për të ruajtur instruksionet dhe regjistra elektromekanikë për të manipuluar të dhënat. Kjo lejoi që komandat dhe të dhënat të dërgoheshin dhe përpunoheshin në të njëjtën kohë, gjë që përmirësoi shumë performancën e përgjithshme.

Në më shumë pershkrim i detajuar, e cila përcakton një arkitekturë specifike, përfshin gjithashtu: diagramin strukturor të kompjuterit, mjetet dhe metodat e qasjes në elementet e këtij diagrami strukturor, organizimin dhe gjerësinë e biteve të ndërfaqeve kompjuterike, grupin dhe aksesueshmërinë e regjistrave, organizimin e memoria dhe metodat e adresimit të saj, grupi dhe formati i udhëzimeve të makinës së procesorit, metodat e paraqitjes dhe formatet e të dhënave, rregullat e trajtimit të ndërprerjeve.

Sipas veçorive të listuara dhe kombinimeve të tyre, ndër arkitekturat dallohen këto:

1. Nga paksa e ndërfaqeve dhe fjalëve të makinës: 8-, 16-, 32-, 64-, 128-bit (një numër kompjuterësh kanë bit të tjerë);

2. Nga veçoritë e grupit të regjistrave, formati i komandave dhe të dhënave: CISC, RISC, VLIW;

3. Nga numri i procesorëve qendrorë: njëprocesor, multiprocesor, superskalar; multiprocesor i bazuar në parimin e ndërveprimit me memorien: multiprocesor simetrik (SMP), masivisht paralel (MPP), i shpërndarë.

Shumica e sistemeve multiprocesorike sot përdorin Arkitektura SMP.

Sistemet SMP lejojnë çdo procesor të punojë në çdo detyrë, pavarësisht se ku ruhen të dhënat për atë detyrë në memorie; me mbështetjen e duhur të sistemit operativ, sistemet SMP mund të lëvizin lehtësisht detyrat midis procesorëve, duke balancuar në mënyrë efektive ngarkesën. Nga ana tjetër, memoria është shumë më e ngadaltë se procesorët që e aksesojnë atë, madje edhe makinat me një procesor duhet të shpenzojnë një kohë të konsiderueshme për të marrë të dhëna nga memorja. Në SMP, vetëm një procesor mund të aksesojë kujtesën në të njëjtën kohë.

Arkitekturë masivisht paralele(Eng. Massive Parallel Processing, MPP) - një klasë arkitekturash për sisteme llogaritëse paralele E veçanta e arkitekturës është se memoria është e ndarë fizikisht. Sistemi është ndërtuar nga module të veçanta që përmbajnë një procesor, një bankë memorie operative lokale, procesorë komunikimi ose përshtatësit e rrjetit, ndonjëherë disqet e ngurtë dhe/ose pajisje të tjera hyrëse/dalëse. Vetëm procesorët nga i njëjti modul kanë akses në bankën e memories operative nga ky modul. Modulet janë të lidhura me kanale të veçanta komunikimi. Ndryshe nga sistemet SMP, në makinat me memorie të veçantë, çdo procesor ka akses vetëm në memorien e tij lokale, dhe për këtë arsye nuk ka nevojë për sinkronizim të procesorëve sipas orës.

Informatikë e shpërndarë, metacomputing (eng.grid - network) është një metodë e zgjidhjes së detyrave llogaritëse që kërkojnë kohë duke përdorur disa kompjuterë, të bashkuar në një sistem kompjuterik paralel (zgjidhje e njëkohshme e pjesëve të ndryshme të një detyre llogaritëse nga disa procesorë (ose bërthama të një procesori) të një ose disa kompjuterë)

V procesorë superscalar ka edhe disa module llogaritëse, por detyra e shpërndarjes së punës ndërmjet tyre zgjidhet në harduer. Kjo e komplikon shumë dizajnin e procesorit dhe mund të jetë i prirur ndaj gabimeve. Në procesorët VLIW, problemi i alokimit zgjidhet në kohën e kompilimit dhe udhëzimet tregojnë qartë se cila pajisje kompjuterike duhet të ekzekutojë cilën komandë.

Superscalarity është një arkitekturë bazë kompjuterike që përdor dekodera të shumëfishtë instruksionesh që mund të ngarkojnë me punë njësi të shumta ekzekutimi. Planifikimi i ekzekutimit të rrjedhës së komandës është dinamik dhe kryhet nga vetë bërthama llogaritëse. Nëse, në procesin e funksionimit, komandat e përpunuara nga tubacioni nuk kundërshtojnë njëra-tjetrën dhe njëra nuk varet nga rezultati i tjetrës, atëherë një pajisje e tillë mund të kryejë ekzekutimin paralel të komandave. Në sistemet superskalare, vendimi për të nisur një instruksion për ekzekutim merret nga vetë moduli llogaritës, i cili kërkon shumë burime.

abstrakte

Tema: “Arkitektura kompjuterike dhe karakteristikat kryesore të tij”.

Prezantimi

Kompjuterët elektronikë (kompjuterët), ose, siç quhen më shpesh tani, kompjuterët, janë një nga krijimet më të mahnitshme njerëzore. Në kuptimin e ngushtë, kompjuterët janë pajisje që kryejnë lloje të ndryshme llogaritjesh ose lehtësojnë këtë proces. Pajisjet më të thjeshta që shërbejnë për qëllime të tilla u shfaqën në kohët e lashta, disa mijëvjeçarë më parë. Ndërsa qytetërimi njerëzor u zhvillua, ata u zhvilluan ngadalë, duke u përmirësuar vazhdimisht. Megjithatë, vetëm në Vitet 40 të shekullit tonë u hodhën themelet për krijimin e kompjuterëve të arkitekturës moderne dhe me logjikë moderne. Janë këto vite që me të drejtë mund të konsiderohen si koha e lindjes së kompjuterëve modernë (natyrshëm, elektronikë).

Që një kompjuter të jetë efektiv dhe i gjithanshëm, ai duhet të përfshijë strukturat e mëposhtme: një njësi qendrore aritmetike-logjike (ALU), një njësi qendrore kontrolli (CU) që "drejton" operacionet, një pajisje ruajtëse ose memorie, si dhe pajisjet hyrëse-dalëse...

Von Neumann vuri në dukje se ky sistem duhet të funksionojë me numra binarë, të jetë elektronik, jo mekanik dhe të kryejë veprime në mënyrë sekuenciale, njëri pas tjetrit.

Parimet, i formuar nga von Neumann, u bë përgjithësisht i pranuar dhe shërbeu si bazë për të dy mainframe-t e gjeneratave të para dhe më vonë mini- dhe mikrokompjuterët. Dhe megjithëse kohët e fundit ka pasur një kërkim aktiv për kompjuterë të ndërtuar mbi parime të ndryshme nga ato klasike, shumica e kompjuterëve janë ndërtuar sipas parimeve të përcaktuara nga Neumann.

Arkitektura dhe struktura e kompjuterit

Karakteristikat kryesore të informatikës

Karakteristikat kryesore të teknologjisë kompjuterike përfshijnë karakteristikat e saj operacionale dhe teknike, si shpejtësia, kapaciteti i memories, saktësia llogaritëse, etj.

Shpejtësia e kompjuterit konsiderohet në dy aspekte. Nga njëra anë, karakterizohet nga numri i operacioneve elementare të kryera nga procesori qendror për sekondë. Një operacion elementar kuptohet si çdo operacion më i thjeshtë si mbledhja, transferimi, krahasimi, etj. Nga ana tjetër, shpejtësia e një kompjuteri në thelb varet nga organizimi i memories së tij. Koha e shpenzuar për të kërkuar informacionin e nevojshëm në memorie ka një efekt të dukshëm në shpejtësinë e kompjuterit.

Në varësi të fushës së aplikimit, kompjuterët prodhohen me një shpejtësi prej disa qindra mijëra deri në miliarda operacione në sekondë. Për të zgjidhur probleme komplekse, është e mundur të kombinohen disa kompjuterë në një kompleks të vetëm kompjuterik me shpejtësinë totale të kërkuar.

Së bashku me performancën, koncepti përdoret shpesh performancës... Nëse e para është kryesisht për shkak të sistemit të elementeve të përdorur në kompjuter, atëherë i dyti shoqërohet me arkitekturën e tij dhe shumëllojshmërinë e problemeve që zgjidhen. Edhe për një kompjuter, një karakteristikë e tillë si shpejtësia nuk është një vlerë konstante. Në këtë drejtim, bëni dallimin midis: performancës maksimale, e përcaktuar nga frekuenca e orës së procesorit pa marrë parasysh aksesin në RAM; shpejtësia nominale, e përcaktuar duke marrë parasysh kohën e hyrjes në RAM; performanca e sistemit, e përcaktuar duke marrë parasysh kostot e sistemit për organizimin e procesit llogaritës; operacionale, e përcaktuar duke marrë parasysh natyrën e detyrave që zgjidhen (përbërja e operacioneve ose "përzierja" e tyre).

Kapaciteti ose vëllimi i memories përcaktohet nga sasia maksimale e informacionit që mund të vendoset në memorien e kompjuterit. Kapaciteti i memories zakonisht matet në bajt. Siç u përmend tashmë, memoria e kompjuterit ndahet në të brendshme dhe të jashtme. Memoria e brendshme, ose me akses të rastësishëm, në vëllimin e saj për klasa të ndryshme makinash është e ndryshme dhe përcaktohet nga sistemi i adresimit të kompjuterit. Kapaciteti i memories së jashtme është praktikisht i pakufizuar për shkak të strukturës së bllokut dhe modeleve të disqeve të lëvizshme.

Saktësia e llogaritjeve varet nga numri i shifrave të përdorura për të përfaqësuar një numër. Kompjuterët modernë janë të pajisur me mikroprocesorë 32 ose 64-bit, gjë që është mjaft e mjaftueshme për të siguruar saktësi të lartë të llogaritjeve në një shumëllojshmëri të gjerë aplikimesh. Megjithatë, nëse kjo nuk mjafton, mund të përdoret një rrjet me dy ose tre bit.

Sistemi i komandësështë një listë e komandave që një procesor kompjuteri është në gjendje t'i ekzekutojë. Kompleti i instruksioneve përcakton se çfarë operacionesh specifike mund të kryejë procesori, sa operandë duhet të specifikohen në instruksion, çfarë lloji (formati) duhet të ketë instruksioni për ta njohur atë. Numri i llojeve bazë të komandave është i vogël. Me ndihmën e tyre, kompjuterët janë në gjendje të kryejnë veprime të mbledhjes, zbritjes, shumëzimit, pjesëtimit, krahasimit, shkrimit në memorie, transferimit të një numri nga regjistri në regjistër, konvertimit nga një sistem numrash në tjetrin, etj. Nëse është e nevojshme, modifikimi i komandave është kryhet, duke marrë parasysh specifikat e llogaritjeve. Në mënyrë tipike, kompjuterët përdorin nga dhjetëra në qindra komanda (duke marrë parasysh modifikimin e tyre). Në fazën aktuale të zhvillimit të teknologjisë kompjuterike, dy qasje kryesore përdoren për të formuar grupin e udhëzimeve të procesorit. Nga njëra anë, ekziston një qasje tradicionale e lidhur me zhvillimin e procesorëve me një grup të plotë udhëzimesh - arkitektura e CISC (Computer Complete Instruction Set). Nga ana tjetër, ky është zbatimi në një kompjuter i një grupi të reduktuar të udhëzimeve më të thjeshta, por të përdorura shpesh, gjë që bën të mundur thjeshtimin e harduerit të procesorit dhe rritjen e performancës së tij - arkitekturën RISC (Reduced Instruction Set Computer) .

Kostoja e kompjuterit varet nga shumë faktorë, veçanërisht nga shpejtësia, kapaciteti i memories, grupi i instruksioneve, etj. Kostoja ndikohet shumë nga konfigurimi specifik i kompjuterit dhe, para së gjithash, nga pajisjet e jashtme që përbëjnë makinën. Së fundi, kostoja e softuerit ndikon ndjeshëm në koston e kompjuterëve.

Besueshmëria e kompjuteritështë aftësia e një makine për të ruajtur vetitë e saj në kushte të caktuara funksionimi për një periudhë të caktuar kohore. Treguesit e mëposhtëm mund të shërbejnë si një vlerësim sasior i besueshmërisë së një kompjuteri që përmban elementë, dështimi i të cilit çon në dështimin e të gjithë makinës:

Probabiliteti i funksionimit pa dështim për një kohë të caktuar në kushte të caktuara funksionimi;
koha e funksionimit të kompjuterit midis dështimeve;
koha mesatare e rikuperimit të makinës, etj.

Për strukturat më komplekse të tilla si një kompleks kompjuterik ose sistem, koncepti i "dështimit" nuk ka kuptim. Në sisteme të tilla, dështimet e elementeve individuale çojnë në një ulje të caktuar të efikasitetit të funksionimit dhe jo në një humbje të plotë të funksionimit në tërësi.

Karakteristika të tjera të teknologjisë kompjuterike janë gjithashtu të rëndësishme, për shembull: shkathtësia, përputhshmëria e softuerit, pesha, dimensionet, konsumi i energjisë, etj. Ato merren parasysh gjatë vlerësimit të fushave specifike të aplikimit kompjuterik.

Bibliografi

L.V.Bukchin, Yu.L. Bezrukiy Sistemi i diskut IBM - kompjuterë të përputhshëm. - M .: Binom, 1993 .-- 284 f.

Lagutenko O.I. Modemët. Udhëzues Përdorues. - SPb .: Lan, 1997 .-- 364

Shkenca Kompjuterike. Kursi bazë

Simonovich S.V. dhe të tjera - Shën Petersburg: Shtëpia botuese "Peter", 2000.

Ugrinovich N.D. Informatika dhe teknologjia e informacionit. Udhëzues studimi për klasat 10-11. Kurs i avancuar. - M .: Laboratori i Njohurive Bazë, 2000.

A. A. Smirnov Arkitektura e sistemeve kompjuterike, M. Nauka, 1990

Abstrakt 1

Hyrje 2

Arkitektura dhe struktura e kompjuterit 3

Mainframe ... koncept arkitekturës kompjuter, përmbajtja e së cilës është mjaft e gjerë. Arkitekturë kompjuter - ... karakteristikat kompjuter duke përcaktuar saj struktura: teknike dhe operacionale specifikimet kompjuter ...