Жірибе бойынша есеп

-бөлім. Кәсіпорында жеке тапсырманы орындау

жүктеу 286,92 Kb.

бет	5/7
Дата	06.01.2022
өлшемі	286,92 Kb.
	#36844
түрі	Білім беру бағдарламасы

1 2 3 4 5 6 7

Жолтан Нұртілеу

3.1 Компьютерлік жүйелердің архитектурасы

3-бөлім. Кәсіпорында жеке тапсырманы орындау

Мекемеде маған берілген тапсырма жұмыс компьютерлерін тексеріп, құрылғыларға қандай да бір жөндеу жұмыстары керек болған жағдайда оларды алмастырып немесе жөндеп компьютерлерді ретке келтіру.

3.1 Компьютерлік жүйелердің архитектурасы

ЭЕМ құрылысы – деп сәйкес есептер класстарын шығару үшін, ЭЕМ-нің функционалдық мүмкіндіктерін анықтайтын, аппаратты-бағдарламалық құралдар мен олардың сипаттамаларын ұйымдастырудың жалпы принциптерінің жиынтығын айтады. ЭЕМ құрылысы апараттық және бағдарламалық құралдар комплексін құру және көптеген факторларға көңіл қоюмен байланысты кең ауқымды мәселелерді қамтиды. Осы факторлар ішіндегі маңыздылары: бағасы, қолдану саласы, функционалдық мүмкіндіктері, пайдалануға ыңғайлылығы, ал құрылысының ең басты компоненттерінің бірі – аппараттық құралдар болып табылады. ЭЕМ құрылысының компоненттерін келесі суреттегідей көрсетуге болады.

1-сурет – ЭЕМ архитектурасы

Кең таралған архитектуралар:

1. Классикалық архитектура (Фон-нейманның архитектурасы) – берілгендер ағыны өтетін бір құрылғы (АЛҚ) және команда ағыны – программа өтетін бір басқару құрылғысы (БҚ). Бұл бірпроцессорлы компьютер деп аталады. Осы типке ДК құрылғысы жатады. Ондағы барлық функционалдық бөліктер бір-бірімен жүйелік магистраль деп аталатын ортақ шинамен байланысқан. Магистраль – электронды схеманы қосатын ұяшықтардан тұратын өткізгіштік линия.

Адрестер шинасы, берілгендер шинасы, басқару шинасы – магистральдік алмастыру бірлігінің топтары, шеткері құрылғылар (принтер) компьютердің аппаратурасына контроллер арқылы қосылады.

Контроллер – шеткері бұйымдар немесе каналдар қатынасын орталық процессормен байланыстыратын құрылғы.

2. Көппроцессорлы архитектура. Компьютерде бірнеше процессор болғандықтан, ол бір жұмыстың бірнеше фрагментін параллель орындай алады. Осындай машинаның құрылысы жалпы жедел жад немесе бірнеше процессордан тұрады.

2-сурет – Көппроцессорлы архитектура

Көпмашиналы есептеу жүйесі. Есептеу жүйесіне кіретін бірнеше процессорларда жалпы жад емес, әрбіреуінде жеке жад болады. Әрбір компьютерде көпмашиналы жүйеде классикалық құрылыс болады және осындай жүйе өте көп қолданылады.

3. Параллельді процессорлар архитектурасы. Мұнда бірнеше АЛҚ-лар бір БҚ-ның басқаруымен жұмыс істейді, яғни көптеген деректер бір бағдарламамен (бір команда ағынымен) өңделуі мүмкін. Осындай құрылыстың өте жылдам жұмыс істеуін біз тек қана есептерді шығаруда қолдана аламыз.

3-сурет – Параллельді процессорлар архитектурасы

Дербес компьютер (ДК) құрамында деректерді өңдеу үрдісін қамтамасыз ететін арнайы функцияларды орындайтын түрлі бөліктері бар. Бұл бөліктерді орталық және шеткері (перифериялық) құрылғылар деп атайды.

Компьютердің перифериялық құрылғыларының қызметі өте күрделі, бірақ та соның ішінде екі негізгісін атап өтуге болады: ақпараттарды түрлі мәлімет жинақтауышта сақтау және сыртқы құрылғының атқаратын функциясына сәйкес өңдеу. Компьютердің перифериялық құрылғылары ретінде сыртқы жадты және енгізу-шығару құрылғыларын қабылдайды.

Ақпарат пен басқару командаларын енгізетін негізгі құрылғылар болып пернелік тақта, тышқан және сканер және т.б. есептеледі.

Ақпараттарды ДК-ден шығарушы құрылғылар: принтер, график сызғыштар, плоттерлер.

Визуалды ақпараттарды (текст, сандар, грфикалық ақпараттар және т.б.) бейнелейтін құрылғы: дисплей немесе монитор.

ДК-дің барлық функционалдық құрылғылары арасындағы байланыс интерфейс арқылы орнатылады. Интерфейс дегеніміз-осы құрылғыларды бір ережеге негіздеп байланыстыратын тәсілдер мен әрекетер жиыны.

Процессорды шеткері құрылғылармен байланыстыру арнайы құрылғы адаптер арқылы жүзеге асады. Осы арналар арқылы ДК-дің жеке бөліктерінің арасында ақпарат алмасу үрдісі іске асады. ДК құрылғыларының өзара әсерлесу мүмкіндігін қамтамасыз етуші жалпы арна – жүйелік шина деп аталады.

Компьютерлердің негізгі ерекшелігі ретінде оның “ашық архитектура” принципін айтуға болады, яғни компьютер бір тұтас монолит емес, жеке бөліктер мен түйіндерден тұрады. Компьютердің кез келген түйінін басқалармен алмастыруға, қосымша түйіндерді жалғастыруға болады.

Дербес компьютердің құрылымдық схемасы. Компьютер құрылысы әрекет ету принціпін, ақпараттық байланысты және компьютердің негізгі логикалық түйіндерін анықтайды, оларға мыналар жатады: орталық процессор; негізгі жады; сыртқы жады; шеткері құрылғылар;

4-сурет – ДК-дің құрылымдық схемасы

3.2 Компьютерлік жүйелердің архитектурасы мен компоненттері

Конструкторлық тұрғыдан дербес компьютер жүйелік блок түрінде болады, оған арнайы қосқыштар арқылы басқа құрылғылар жалғанады. Жүйелік блоктың ішіндегі құрылғылар ішкі құрылғылар деп, ал жүйелік блоктан тыс сыртындағы құрылғылар – сыртқы (шеткері - перифериялық) құрылғылар деп аталады.

Жүйелік блок ішіне компьютердің әр түрлі құрылғылары орналасатын металл қорапшадан тұрады.

Формасы бойынша корпус түрлері мынадай болады:

                   Desktop – жазық корпус (көлденеңінен орналасатын),

                   Tower – бағана түріндегі  (тігінен орналасатын).

Корпустың алдыңғы жағында Power – іске қосу, Reset – Қайта қосу, қоректену және ДК жұмысының индикаторлар батырмалары болады.

5-сурет – Жүйелік блок

Жүйелік блокта компьютердің негізгі түйіндері орналасады:

          қоректену блогы;

          аналық плата;

          қатты магниттік дискідегі жинақтауыш;

       оптикалық дискідегі жинақтауыш;

          оперативтик жады;

          бейне карта;

          қосымша құрылғыларға арналған қосқыштар.

Қоректену блогы компьютердің электрондық схемалары үшін желідегі электр қорегін төмен кернеулі тұрақты токқа түрлендіреді. Қоректену блогы желілік айнымалы 220 В, 50 Гц (120 В, 60 Гц) кернеуін тұрақты +3,3, +5 және +12 В кернеуіне түрлендіреді. Цифрлық схемаларды (жүйелік платаны, адаптерлер платасын) қоректендіру үшін +3,3 немесе +5 В кернеу, ал двигательдер үшін (дисководтар және әр түрлі желдеткіштер үшін) – +12 В кернеу қолданылады.

Магниттік дискілер ТСҚ (ПЗУ) (тұрақты есте сақтау құрылғысы) – мәліметтерді ұзақ уақытқа дейін (компьютер сөндірілген кезде де) сақтау үшін арналған микросхема.

Бұл дискілерде бағдарламалар, құжаттар, деректер сақталады. Оны көп жағдайларда винчестер деп атайды. Информациялар магниттік бетке концентрлік шеңбер тәріздес жолдарға жазылады.

6-сурет – Қатты диск

Аналық тақта (плата материнская; motherboard) – дербес компьютердің негізгі платасы. Ішкі байланыстарды басқарады және басқа құрылғылармен әрекеттеседі.

Процессор – бұл ДК-дің орталық блогы (ядросы) және негізгі микросхема;

7-сурет – Процессор

Математикалық сопроцессор үтірі ауысып отыратын екілік сандармен орындалатын амалдарды жылдамдатуға арналған. Математиалық сопроцессор негізгі МП-мен қатар, бірақ оның басқаруымен орындалады.

Микропроцессорлық жиынтық (чипсет) – компьютердің ішкі құрылғыларының жұмысын басқаратын микросхемалар жиынтығы. Аналық платаның негізгі қызметтік мүмкіндіктерін анықтайды.

Шиналар – компьютердің ішкі құрылғылары арасындағы сигналдармен алмасу орындалатын өткізгіштер жиынтығы.

Жедел (оперативті) жады (жедел есте сақтау құрылғысы, ЖСҚ-ОЗУ) – мәліметтерді уақытша сақтау үшін арналған микросхемалар жиынтығы.

ТСҚ (ПЗУ) (тұрақты есте сақтау құрылғысы) – мәліметтерді ұзақ уақытқа дейін (компьютер сөндірілген кезде де) сақтау үшін арналған микросхема.

Тактілік импульстер генераторы – жиілігі компьютердің тактілік жиілігін беретін электрлік символдардың тізбегін генерациялайды. Көрші импульстар арасындағы уақыт ағымы машина жұмысының тактісін анықтайды.

Таймер – ағымдағы уақытты автоматты түрде түсіріп алуды қамтамасыз ететін, машина ішіндегі электрондық сағат. Таймер автономды қорек көзіне қосылады және компьютерді желіден сөндіргенде де жұмысын жалғастыра береді.

Сыртқы құрылғылар контроллері.

Слоттар  (Slot) – қосымша құрылғыларды (видеокартаны, дыбыстық платаны, ішкі модемдерді, желілік адаптерлерді) қосуға арналған ажыратқыштар.

Сокет  (Socket) – микросхема орнатылатын ұяшықтан тұрады. Оның байланыстары штырькалы шығыстардан тұратын микросхемаларға арналған.

8-сурет – Аналық тақта (жүйелік тақта) – motherboard

9-сурет – Арнайы ажыратып-қосқышқа – аналық карта «слотына» орнатылған видеокарта

Орталық микропроцессор – барлық есептеулерді (математикалық және логикалық амалдарды) және ақпараттарды өңдеуді орындайтын шағын микросхема, сонымен қатар барлық блоктардың жұмысын басқарады.

Процессор өте кішкентай өлшемді кремний кристаллдан тұрады. ОП регистрлер деп аталатын арнайы ұяшықтардан тұрады. Регистрлерде процессормен орындалатын командалар, сонымен қатар командалар әрекет жасайтын мәліметтер орналасады. Процессор жұмысы жадыдан нақты бір тізбектегі командалар мен мәліметтерді таңдаудан және оларды орындаудан тұрады.

Микропроцессор компоненттері:

  АЛҚ (АЛУ) логикалық және арифметикалық амаладарды орындайды;

  Басқару құрылғысы ДК-дің барлық құрылғыларын басқарады;

  Регистрлер мәліметтерді және адрестерді сақтау үшін қолданылады;

  Шинаны және порттарды басқару схемасы – микропроцессор және енгізу-шығару порттары арасындағы мәліметтермен алмасуға құрылғыны дайындайды, сонымен қоса адрестік және басқару шинасын басқарады.

Процессордың негізгі сипаттамалары:

                    тактілік жиілік;

                    разрядтылық;

                    жұмыс кернеуі;

                    ішіне салынған математикалық сопроцессордың бар болуы;

                    кэш-жады өлшемі.

Тактілік жиілік уақыт бірлігінде процессормен орындалатын қарапайым амалдардың санын (тактісін) анықтайды. Қазіргі кездегі процессорлардың тактілік жиілігі МГц-пен өлшенеді (1 Гц бір секундта бір амалды орындаумен сәйкес келеді, 1 МГц=106 Гц).

Разрядтылық процессордың бір тактіде өзінің регистрінде қанша бит мәліметті қабылдай және өңдей алатындығын көрсетеді. Процессордың разрядтылығы командалық шинаның разрядтылығымен, яғни шинадағы өткізгіштер санымен анықталады. Қазіргі заманғы процессорлар 32 – разрядты болады, 64 – разрядты процессорлар да бар.

Процессордың жұмыс кернеуі аналық платамен қамтамасыз етіледі, ол 3В-тан аспайды.

Кэш-жады. Процессор ішіндегі мәлімет алмасу процессор мен жедел жады арасындағы мәлімет алмасуға қарағанда әлдеқайда жылдам орындалады. Сондықтан жедел жадыға жету санын азайту үшін процессор ішінде жедел жадыдан жоғары немесе кэш-жады болады. Процессорға мәліметтер керек болған жағдайда ол алдымен кэш-жадыға көңіл бөледі, егер онда қажетті мәліметтер болмаса, жедел жадыға ауысады.

Кэш – бағдарлама кодын және мәліметтерді уақытша сақтауға арналған жылдам әрекет жасайтын жады. Ол баяу жұмыс жасайтын жедел жадыдағы мәліметтерді алу уақытын азайту үшін керек. Онда процессорға жылдам берілетін мәліметтер сақталады. Кэш-жады бірінші және екінші деңгейдегі болады және ол процессорда немесе жүйелік платада орналасады.

Контроллер (адаптер, карталар) – жедел жады және сыртқы құрылғылар арасында ақпарат алмасуды орындайтын құрылғы. Контроллердің, адаптерлердің немесе карталардың өзінің процессорлары және өзінің жадысы болады, яғни арнайы процессорды береді.

Контроллер немесе адаптерлер (компьютердің сыртқы құрылғыларын басқаратын схема) аналық плата слотына орнатылатын жеке платаларда орналасады.

Жүйелік магистраль (шина) – ол ДК-дің барлық құрылғыларының байланысын (қосылуын) және олардың өзара әрекеттесуін беретін өткізгіштер мен ажыратқыштар жиынтығы.

Шиналардың негізгі үш түрі бар:

      мәліметтер шинасы,

      адрестік шина,

      командалық шина (басқару).

Мәліметтер шинасы арқылы жедел жадыдан процессор регистріне және керісінше мәліметтерді көшіру орындалады. Intel Pentium процессор негізіндегі ДК-де мәліметтер шинасы 64-разрядты, яғни бір өңдеу тактісіне бірден 8 байт мәліметтер түседі.

Адрестік шина арқылы жедел жады ұяшықтарының адресі жіберіледі. Осы шина арқылы процессор орындауға қажетті команда адрестерін, сонымен қоса команда орындайтын мәліметтерді оқиды.

Командалық шина арқылы жедел жадыдан процессормен орындалатын командалар келіп түседі. Командалар байттар түрінде ұсынылады. Қарапайым командалар бір байтты, ал күрделі командалар екі және одан көп байт орынды алады. Көптеген қазіргі кездегі процессорлар 32-разрядты командалық шинадан тұрады, дегенмен де 64-разрядты шиналар да бар.

Интерфейс дегеніміз – ол компьютер құрылғыларының байланысу және қосылу құралдарының жиынтығы. Шеткері құрылғыларды қосу порттар деп аталатын арнайы интерфейстер арқылы орындалады. Порттар жүйелік блоктың артқы жағына орналастырылады, мысалы:

  COM – асинхронды тізбектелген (СОМ1-СОМЗ). Олар арқылы тышқан, модем және тағы басқа құрылғылар қосылады;

  PS/2 – асинхронды тізбектелген пернелік тақтаны және тышқанды қосуға арналған порттар;

  LPT – параллельді (LPT1-LPT4 деп белгіленген), оларға принтерлер жалғанады;

  USB - 127 құрылғыны қосуға арналған әмбебап интерфейс;

  Bluetooth – 10 метрге дейінгі ара қашықтықта мәліметтерді жіберу мүмкіндігін беретін жоғары жылдамдықтағы микротолқынды стандарт.

  Дыбыстық картаны қосқыштар: колонканы, микрофонды қосуға арналған.

Ішкі жады деп аналық платада орналасқан сақтау құрылғыларын айтады. Оларға жедел жады, тұрақты жады және энергияға тәуелді жады жатады.

Жедел есте сақтау құрылғысы (ЖСҚ), RAM (Random Access Memory). Жедел жады компьютер жұмысының бір сеансында процессор, сыртқы жады және шеткері құрылғылар арасындағы ақпараттарды (командаларды және мәліметтерді) сақтау және алмастыру үшін қолданылады. Компьютерді сөндіргенде мәліметтер жойылады.

Конструкторлық тұрғыдан ЖСҚ кристалл ұяшықтар қатары (интегралдық микросхемалар) түрінде орындалған. Одан процессор өзінің регистрінде өңдеу үшін процессор бағдарламалар мен мәліметтерді есепке алады, оған алынған нәтижелерді жазады. ЖСҚ-ның жұмысының жылдамдығы процессор регистрінің жұмыс істеу жылдамдығынан төмен, сондықтан командаларды орындамас бұрын процессор мәліметтерді ЖСҚ-нан өзінің регистріне жазып алады.

Әрекет ету принціпі бойынша динамикалық жады - DRAM және статикалық жады – SRAM болып бөлінеді.

Динамикалық жады ұяшықтары микроконденсаторлардан тұрады, ол элеткрлік зарядтарды жинақтайды. DRAM жадысының кемшіліктері: мәліметтерді оқу және жазу баяу орындалады, қайта-қайта зарядтауды талап етеді. Артықшылықтары: тарату қарапайымдылығы және бағасы төмен.

Статикалық жады ұяшықтары транзисторлардан тұратын триггерлерден тұрады. Триггерде заряд емес, ал оның жағдайы (қосылған/ажыратылған) сақталады. SRAM жадысының артықшылықтары: аса жылдам жұмыс жасауы. Кемшіліктері: бұйымды әзірлеу технологиялық тұрғыдан аса күрделі процесс, сәйкесінше бағасы да жоғары болады.

DRAM микросхемалары жедел жадыда, ал SRAM - кэш-жады үшін қолданылады.

Жедел жады модульдері аналық тақшадағы сәйкес ажыратқыштарға орнатылады. Конструкторлық тұрғыдан жады модульдері екі орындаудан тұрады – бір қатарлы (SIMM - модульдер) және екі қатарлы (DIMM - модульдері). Pentium процессорлы компьютерлерде бір қатарлы модульдерді тек қана жұбымен ғана қолдануға болады (оларды аналық платада орнатуға арналған ажыратқыштар саны әрқашанда жұп болады). DIMM – модульдерін жеке-жеке орнатуға болады. Бір платада әр түрлі модульдерді жинақтап орнатуға болмайды.

Тұрақты есте сақтау құрылғысы ТСҚ (ПЗУ), ROM (Read Only Memory). Компьютерді қосқаннан кейін процессор өзіне әйгілі арнайы старттық адрес бойынша алғашқы командаға назар аударады. Бұл адрес тұрақты ROM жадысын көрсетеді. ТСҚ микросхемасы ақпараттарды ұзақ уақытқа, компьютер сөнгеннен кейін де сақтайды. ТСҚ-да болатын бағдарламалар, микросхеманы әзірлеу кезеңінде жазылады. ТСҚ-ғы бағдарламалар жиынтығы негізгі BIOS (Basic Input Output System) енгізу-шығару жүйесін құрайды. Негізгі қызметі – жүйенің жағдайын және жұмыс істеу қабілеттілігін тексеру және пернелік тақтамен, монитормен, қатты дискімен өзара байланысын қамтамасыз ету.

Энергияға тәуелді жады CMOS. CMOS – бұл BIOS бағдарламасы үшін жүйенің ағымдағы жағдайы туралы барлық ақпараттарды сақтайтын, аналық платадағы энергияға тәуелді жадының микросхемасы. Оның жедел жадыдан айырмашылығы, компьютерді сөндіргенде ондағы ақпараттар жойылмайды, ал тұрақты жадыдан айырмашылығы – жабдықтар құрамына байланысты оған өз бетінше мәліметтерді енгізуге және өзгертуге болады.

CMOS микросхемасы аналық платада орналасқан шағын батарейкамен қоректенеді. Бұл жадыда иілгіш және қатты дискілердегі, процессордағы және т.б. мәліметтер сақталады. Сонымен қатар ағымдағы уақыт пен мерзім әрқашанда CMOS жадысында сақталады (және түзетіледі). Ендеше BIOS бағдарламасы CMOS микросхемасынан компьютерлік жүйе құрамы туралы мәліметтерді алады, сосын қатты дискіге және басқа құрылғыларға назар аударады.

Бағдарламаны басқару принципі. Бағдарлама белгілі ретпен автоматты түрде процессорда орындалатын командалардан тұрады. Компьютер жадынан бағдарламаны таңдау командалар санағышы арқылы жүзеге асады. Процессордың регистрі өзінде сақталған ақырғы команданың адресін команданың ұзындығына қарай ретпен үлкейтеді.

Жадта бағдарламаның командалары бірінен соң бірі орналасқандықтан, онда ретпен орналасқан ұяшықтарда командалар тізбегі қалыптасады. Егер команданы орындағаннан кейін келесісін емес, басқасына ауысу керек болса, шартты немесе шартсыз ауысу командалары қолданылады.

Бұл командалар келесі команданы құрайтын жад ұяшығының нөмірін командалар санағышына енгізеді. Жадтан команданы таңдау «стоп» командасын орындағаннан кейін тоқтайды. Процессор бағдарламаны осылай автоматты түрде орындайды.

Жадтың біріңғайлылық принципі. Бағдарламалар мен деректер бір жадта сақталады, сондықтан компьютер жадтың берілген ұяшығында не сан, не мәтін, не команда сақталып қойғанын айыра алмайды. Деректермен қандай жұмыс істесе, командалар мен де сондай жұмыс істеуге болады. Бұл көптеген мүмкіндіктер береді. Мысалы, бағдарлама өзінің орындалу процесінде өңделуге ұшырауы мүмкін, бұл оның кейбір бөлшектерін алу заңдарын бағдарламаның өзінде беруге мүмкіндік береді. Онымен қоса, бір бағдарламаның командалары басқа бағдарламаны орындағаннан кейін шыққан нәтиже ретінде қабылдана алады. Осы принципке трансляция әдісі негізделген. Трансляция дегеніміз – бағдарлама мәтіннің жоғарғы деңгейдегі бағдарламалау тілінен машинаның нақты тіліне аудару.

Адрестік принцип. Негізгі құрылымдық жады нөмірленген ұяшықтардан тұрады. Процессорге кез келген уақытта кез келген ұяшыққа жол ашық. Сондықтан аймақтарға ат қоюға болады. Кейін сонда сақталған мағынаны ашып, немесе өзгертуге болады. Осы 3 принципке негізделген компьютерлер Фон-неймандық компьютерлер деп аталады.

Фон-неймандық емес компьютерлер командалар санағышынсыз жұмыс істей алады, жадта сақталған өзгеріс керек болса, оған ат қою міндетті емес. Нейман бойынша негізгі блоктар – басқару құрылғысы (БҚ) және арифметикалық-логикалық құрылғы (АЛҚ), әдетте олар орталық процессор, жады, сыртқы жады, енгізу құрылғысы, шығару құрылғыларында біріктірілген.

жүктеу 286,92 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7