Шпаргалка по "Архитектуре"

     Нұсқаулар арифметикалық, логикалық, енгізу/шығару, берілгендерді беру болып бөлінеді. Әрбір нұсқау компьютерде бір  немесе бірнеше тактіде орындалуы  мүмкін. Өзара байланысқан тізбектес  нұсқаулар тізбесі макронұсқаулар деп аталады.Макронұсқауларды пайдалану бағдарламалау ісін жеңілдетеді. 
Қысқа нұсқауды орындау (тұрақты нүктелі арифметика, логикалық әрекет) кәдімгі бес тактіден тұрады:

-нұсқауды таңдау;

-әрекет кодын кері ашу (декодирование);

-адресті генерациялау және жадтан берілгендерді таңдау;

-әрекетті орындау;

-жадқа нәтижені жазу. 

9. Жадтардың біртектестігінің  себебі не? Олар  қандай мүмкіндіктерге  жол береді?

     Құрылымдалған негізгі жады номерленген ұяшықтардан  тұрады және кез келген уақытта ұяшық процессордың қатынауына дайын тұрады. Осыдан жады облыстарына есім беру мүмкіндігі туындайды, өйткені программа орындалу барысындағы үдерісте қойылған есімді – сөз адресін қолдана отырып, сақталған мәндерге қатынауға немесе өзгертуге болады.

     Жаңартушы ой болып программалық басқару және біртекті жадыда «сақталатын программалар»  принциптері болып табылады. Алғашқы  кезде программа арнайы коммутациялық  қабатқа айырып қосқыш орналастыру  жолымен берілді. Бұл өте көп  жұмыс күшін талап етті, өйткені ENIAC машиналарының программаларын өзгерту  үшін бірнеше күн керек болды. Нейман бірінші болып программалар нұсқаулар жиынынан тұрады және сол  жадыда ноль және бірлік түрінде сақталатындығын ұқты. Программа мен мәліметтердің арасындағы айырманың болмауынан, ЭЕМ өзі сәйкесінше есептеу нәтижелеріне қарап өзіне программаны құрастыра алды. Осы принцип негізінде трансляция әдістері негізделген. Трансляция әдісі – деп жоғарғы деңгейлі программалау тілінің программалық мәтінін нақты машина тіліне аударуды айтамыз. Жадыдағы программаны таңдау бұйрық есепшісі БЕ (счетчик команд) көмегімен жүзеге асады. Бұл процессор регистрі кезектегі бұйрықтар ұзындығына байланысты сақталған адресті кеңейтеді. 

10. Статистикалық және динамикалық жадтар, олардың айырмашылықтары қандай? 
Жедел жад - мәлiметтер және операцияның орындалуы үшiн процессорға қажеттi команда сақталатын компьютер жадысының бiр бөлiгi. Сөзсiз шарт жадтың адрестенгiштiгi болып табылады. Процессормен жедел жад деректердi беру үшін оны тiкелей өндiрiп алады.

Жедел есте сақтайтын  құрал, ОЗУ - жедел жадтың функциясын iске асыратын техникалық құрылым.

Мысалы, ОЗУ жеке блоктен сияқты өндiрiлуге немесе бiр  кристалды ЭЕМ немесе микроконтроллердiң  конструкциясына кiре алады.

ОЗУ физикалық  түрлері 
Жедел жадтың қазiргi компьютерлерiнiң көпшiлiгiнде кез келген рұқсаты бар құрылымдардың қағидасы бойынша ұйымдастырылған жартылай өткiзгiш бистер ЖҚ болатын жадтар динамикалық модульдар болады. Динамикалық түрдiң жады статикалыққа қарағанда арзандау және оның тығыздығы сол жад ұяларын көбiрек орналастыруға мүмкiндiгі жоғары, бiрақ оның жылдамдығы сонымен бiрге төмен. Статикалық, керiсiнше, жылдамырақ жад, бiрақ ол қымбаттау. Осыған байланысты жаппай жедел жад динамикалық жад модульдарында салады, статикалық түрдiң жады микропроцессордағы жадты  құрастыруы үшiн қолданылады . 

DRAM-дағы  әрбiр  ақпараттық  бит  жартылай  өткiзгiш  кристалл  құрылымында   жасалған  кiшкентай  конденсатордың  электрлiк  заряды  түрiнде   сақталады.  Ағып  кету  салдарынан  бұндай конденсаторлар кезеңдi түрде  разрядталады, сондықтан оларды  арнайы  құрылғылар мепериоды  түрде (шамамен әрбiр 2 миллисекунд  сайын) зарядтап тұрады. Бұл  процесс жадтың регенерациясы (Refresh Memory) деп аталады. 

11. Компьютердің негізгі  ішкі (жедел) жадысының компоненттерін сипаттаңыз.

Жедел жад (ЖЕСҚ, ағылш. RAM – Random Access memory –  ерiктi жету жады) – бұл  процессормен  тiкелей  байланысты  және  программалар  өңдейтiн  мәлiметтердi  жазу,  оқу  және сақтауға арналған аса үлкен  емес көлемдi жылдам сақтау құрылғысы.  Жедел жад мәлiметтер мен программаларды уақытша ғана сақтау үшiн қоданылады,  өйткенi машинаны өшiрген кезде ЖЕСҚ-дағы барлық мәлiметтер жоғалып кетедi.  ЖЕСҚ-ның көлемi әдетте 32-512 Мбайт, ал қазiргi кезде программалық қамтаманың  тиiмдi жұмысы үшiн кем дегенде 256 Мбайт ЖЕСҚ болуы керек.  Әдетте ЖЕСҚ DRAM (Dynamic RAM – динамикалық ЖЕСҚ) жадының интегралдық  микросхемаларынан  орындалады.  DRAM  микросхемалары  жадтың  басқа  түрлерiнен  баяулау жұмыс iстейдi, бiрақ бағасы арзандау болады.  DRAM-дағы  әрбiр  ақпараттық  бит  жартылай  өткiзгiш  кристалл  құрылымында  жасалған  кiшкентай  конденсатордың  электрлiк  заряды  түрiнде  сақталады.  Ағып  кету  салдарынан бұндай конденсаторлар кезеңдi түрде разрядталады, сондықтан оларды арнайы  құрылғылар мепериоды түрде (шамамен әрбiр 2 миллисекунд сайын) зарядтап тұрады. Бұл  процесс жадтың регенерациясы (Refresh Memory) деп аталады.  Қазiргi  кездегi  микропроцессорлардың  сыйымдылығы  1-16  Мбайт  және  одан  жоғары. Олар корпустарға орнатылып, жад модульдерiне жинақталады.  SIMM және DIMM типтi модульдер кең тараған.  SIMM модулiнде жад элементтерi ұзындығы 10 см-ге жуық кiшкентай баспа платада  жинақталған. Мұндай модульдердiң сыйымдылығы бiрдей емес – 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8,  16,  32 және 64 Мбайт. SIMM-нiң түрлi модульдерiнiң микросхемаларының саны әртүрлi болуы  мүмкiн  – тоғыз,  үш немесе бiр  және  контактiлерiнiң саны да әр  түрлi  болуы  мүмкiн  – 30  немесе 72.  Жад модульдерiнiң маңызды сипаттамасы – мәлiметтерге жету уақыты, әдетте ол 60- 80 наносекунд құрайды.  Қазiргi  кезде  SIMM-дер  қолданылмайды  десе  де  болады.  Олардың  орнына  DIMM  келдi,  ал  оның  орнына  DDR  мен  RIMM  келдi,  бiрақ  DIMM-мен  салыстырғанда  олардың  құны жоғарылау және де соған сай айырбас жылдамдығы жоғары.  КЭШ-жад. 

Ішкі (жедел) жад – негізгі құрылымы:

1.Тұрақты жадтау құрылғысы – тұрақты және анықтамалық ақпараттық сақтауға, ақпататты оқуға (алуға) арналған. Онда ақпаратты өзгертуге болмайды.

2. Жедел жадтау құрылғысы – ақпаратты уақытша жазуға, жадтауға және оқуға арналған. Копмьютерді ажыратқанда жедел жадтау құрылғысының ішіндегісі өшіріледі.  

12. Компьютердің негізгі  екі жады туралы  баяндаңыз.

        Жадтың негiзгi екi түрiн - iшкi және сыртқы жадын айырады.  Iшкi жадының құрамына жедел жад, кэш-жад және арнайы жад кiредi.

        Жедел жад.  Жедел жад (ЖЕСҚ, ағылш. RAM – Random Access memory – ерiктi жету жады) – бұл процессормен  тiкелей байланысты  және  программалар  өңдейтiн мәлiметтердi  жазу,  оқу және сақтауға арналған аса үлкен емес көлемдi жылдам сақтау құрылғысы.  Жедел жад мәлiметтер мен программаларды уақытша ғана сақтау үшiн қоданылады,  өйткенi машинаны өшiрген кезде ЖЕСҚ-дағы барлық мәлiметтер жоғалып кетедi.  ЖЕСҚ-ның көлемi әдетте 32-512 Мбайт, ал қазiргi кезде программалық қамтаманың  тиiмдi жұмысы үшiн кем дегенде 256 Мбайт ЖЕСҚ болуы керек.  Әдетте ЖЕСҚ DRAM (Dynamic RAM – динамикалық ЖЕСҚ) жадының интегралдық микросхемаларынан орындалады.  DRAM  микросхемалары  жадтың  басқа түрлерiнен  баяулау жұмыс iстейдi, бiрақ бағасы арзандау болады.  DRAM-дағы  әрбiр  ақпараттық  бит  жартылай  өткiзгiш  кристалл  құрылымында  жасалған  кiшкентай  конденсатордың  электрлiк  заряды  түрiнде  сақталады. 

         КЭШ-жад.   КЭШ (ағылш. cach[a] немесе асқын жедел жад – аса үлкен емес көлемдi өте жылдам  есте сақтау құрылғысы (СҚ), ол ақпараттың  процессормен және одан жылдамдығы төмен жедел жадпен  өңделуi  жылдамдығының арасындағы  айырмашылықтың  орнын толтыру үшiн микропроцессор  мен жедел жад арасындағы  мәлiметтер  айырбасы  кезiнде қолданылады.  КЖШ-жадын арнайы  құрылғы – контроллер  басқарады.  Ол  жақын уақытта процессорға қандай  мәлiметтер  мен командалар  қажет болуы ықтимал екенiн алдын-ала көруге тырысады да, оларды кэш-жадына кiргiзедi. Бұнда “дәл түсу” мен “тимей қалулар”  болуы мүмкiн.  Дәл түскен  кезде,  яғни  кэшке керекмәлiметтер  кiргiзiлген  болса,  оларды  жадтан алып шығу еш тоқтаусыз өтедi. Егер қажет ақпарат кэште жоқ болса, процессор оны тiкелей жедел жадынан оқиды. “Дәл тию” мен “тимей кету” қатынасы кэштеу тиiмдiлiгiн анықтайды.

       Арнайы жад.   Арнайы жад құрылғыларына тұрақты жад (ROM), қайта программаланатын тұрақты жад (Flash  Memory),  батарейкадан  қоректенетiн CMOS  RAM  жад,  бейнежад  және  басқа жадтың түрлерi жатады.  Тұрақты жад (ТЕСҚ,  ROM  – Read  Only  Memory  – тек оқуға арналған  жад)  – энергияға тәуелдi  жад,  ешқашан өзгертудi  қажет етпейтiн мәлiметтердi  сақтау  үшiн қолданылады.  Жадтың  мазмұны арнайы  түрде оны тұрақты сақтау  үшiн жасалған  кезде құрылғыға “тiгiледi”. ТЕСҚ-нан тек оқуға болады.   Қайта программалатын  тұрақты жад (Flash  Memory)  -  өзiнiң құрамын дискетадан  бiрнеше қайта жазуға мүмкiндiк беретiн энергияға тәуелдi жад.

        Сыртқы жад.  Сыртқы  жад  (СЕСҚ)  программалар  мен  мәлiметтердi  ұзақ  уақыт  бойы  сақтауға  арналған,  оның құрамының тұтастығы компьютердiң  қосылған немесе қосылмағандығына  байланысты емес. СЕСҚ-нан процессорға немесе  керiсiнше ақпараттың  айналуы шамамен  келесi тiзбек бойынша жүредi:   Сыртқа жадтың құрамына мыналар кiредi:  - қатты магниттiк дискiдегi жинақтағыштар;  - иiлгiш магниттiк дискiдегi жинақтағыштар;  - компакт-дисктердегi жинақтағыштар;  - магниттiк-оптикалық компакт-дискiдегi жинақтағыштар;  -магниттiк ленталардағы (стримерлер) жинақтағыштар және т.б. 
 

13. Регистр дегеніміз  не? Негізінен маңызды  регистрларға тоқталып, олардың қызметін  баяндаңыз.

       Регистрлар –  уақытша шектелген өлшемді мәліметтерді сақтайтын құрылғы. Регистордың басты ерекшелігі мәліметтерді өте жылдам қабылдай алуы мен бере алуында. Регистр нұсқауды, сөзді, екілік кодпен берілген сандарды, т.б. тез жазатын, сақтайтын, оқуға болатын разрядтардан тұрады. Әдетте регисторлар машиналық сөз көлеміндегідей разрядтардан жасалады. Мәліметтерді жинап сақтап тұрған регисторлар аккумулятор деп аталады. Өз разрядтарындағы мәліметтерді араластыра алатын қасиеті бар регистрды – қозғалтқыш деп атайды. Мұндай регисторларда бір тактіде сақталған сөз разряд бойынша бір орынға жылжиды. Қозғалтқыш регисторлар мәліметтерді өңдеу кезінде кодтауға, кері қайтаруға пайдаланылады.

       Кейбір регисторлар есептегіш деп аталады. Есептегіш өзінің жалғыз кірісінен алып,  шығысына екілік кодта импульс санының қосындысын береді. Есептегіш санай алатын импульс санының шегін, оның сиымдылығы деп атаймыз.

       Жалпы пайдаланылатын  регистр (ЖПР) –  жадыдан мәліметтерді сақтауға уақытша алатын және беретін регисторлардың жалпы аты болып табылады. Нұсқау регистрі  (НР) – процессордың кезекті циклы кезінде орындалатын ағымдағы нұсқауды сақтауға арналады, олар нұсқау адресінің регистрі , нұсқау адресінің есептегіш регистрі, ағымды нұсқау адресі болуы мүмкін.  

    14. ЭЕМ архитектурасының  негізгі түрлерін  айтыңыз 
Негізгі классикалық архитектура түрлері: жұлдызша, иерархиялық, магистральдық.

    «Жұлдызша»  архитектурасы – орталық құрылғы ОҚ ішкі құрылғымен байланысып олардың жұмысын басқарады (ертеректегі машина модельдері). Классикалық архитектура – мәліметтер ағыны өтетін бір арифметика-логикалық құрылғы (АЛҚ) және программа - бұйрықтар ағыны өтетін бір басқару құрылғысы. Бұл бір процессорлы компьютер.

    Есептеу машиналары бес базалық құрауыштан тұрады және келесідей құрылғылар түрлерінен құралады:

    -орталық процессор (ОП), қосушы АЛҚ және басқару құрылғысы БҚ;

    -есте сақтау құрылғысы – жады, соның ішінде жедел жады (ЖЖ) және сыртқы жады СЖ;

    -енгізу және шығару құрылғылары.

     Иерархиялық архитектура – орталық құрылғы қосымша процессорлармен және (көмекші процессорлары, арналар т.с.с.), басқарушы контроллерлер, сыртқы құрылғылар тобы байланысқан.

     Магистральдық құрылым – өзара әрекет жасайтын процессор (процессорлар) және жады блоктары (ЖЖ), ішкі арналар арқылы байланысатын ІҚ (ІҚ контроллерлері), бәріне ортақ құрылғылар (ДЭЕМ IBM, PC-ұқсас). Осы архитектура түріне жататын ДК архитектурасы:

     - ортақ шина (магистраль) арқылы байланысқан функционалдық блоктар. Физикалық магистраль электрондық схема жалғанатын ұяшығы бар, көп сымды желілерден тұрады. Магистраль сымдарының жиыны жеке топтарға бөлінеді:

     - адрес шинасы, мәліметтер шинасы және басқару шинасы.

     Қосымша құрылғылар компьютерге арнайы контроллерлер – қосымша құрылғыларды басқаратын құрылғы арқылы қосылады. Контроллер – қосымша құрылғыны байланыстыратын құрылғы немесе процессорды берілген құрылғының қызметін тікелей басқарудан босататын, орталық процессормен байланыстыратын арна.

     Барлық  қарастырылған архитектуралар келесідей  базалық түйінен және схемалық элементпен шоғырланған:

     -жады жай уақытта триггер мүмкіндігін қолданады;

     -регистр,  сумматор – толық сумматор немесе  жартылай сумматор; дешифратор. 

     15. Фон Нейманның ұсынған принциптерінің негізін талдаңыз.

     Есептеу машинасын оқытудың негізін қалаған Джон фон Нейман (1903-1957). Фон Нейманның достары Голдстайн Г. және Беркс А. жұмыс үдерісінде жаңа принциптегі ЭЕМ туралы ойын айтты. 1946 жылы ғалымдар «Электронды-есептеу құрылғыларының логикалық құрылымының алғашқы көрнісі» статьясында есептеу машинасы құрылмының принцптері туралы өз ойларын жариялады. Статьяда сандарды бейнелеу үшін екілік санау жүйесін қолдану негізделген (ертеде барлық есептеу машиналары өңделген сандарды ондық сан ретінде сақтаған). Авторлар екілік санау жүйесін техникалық жүзеге асырудың ыңғайлығы және логикалық, арифметикалық амалдарды орындаудың мүмкіндігін көрсетті. Уақыт өте келе ЭЕМ сандық емес түрдегі мәтіндік, графикалық, дыбыстық, т.с.с ақпараттарды өңдеді, бірақ мәліметтерді екілік кодтау қазіргі кездегі кез келген компьютерлердің ақпараттық негізін құрастырады. Фон Нейман архитектурасы тізбекті болғандықтан кемшілігі басым. Кез келген қандай да бір үлкен берілгендер массиві өңдеуді қажет етпесе де, тіпті бір барлық байттарға бірдей әрекет жасасақ та, бәрібір оның әр байты орталық процессордан өтетіні белгілі. Бұл эффект Фон Нейманның тар тамағы деп аталады.