Компьютер архитектурасының тарихына шолу

Қазіргі ЭЕМ кұрылымының  тағы бір негізгі ерекшелігіне тоқталайық. Процессор құрылма орталығы болмауы  себепті ЭЕМ құрылғылары арасында тікелей байланыс орнату мүмкіндігі туды. Іс жүзінде сыртқы құрылғылардан  ЖЖҚ және керісінше мәліметтер алмасу жиі пайдаланылады. Сыртқы кұрылғының ЖЖҚ-мен орталық процессордың қатысынсыз тікелей мәліметтер алмасу режимі жадқа  тура жету (ЖТЖ) деп аталады. Оны іске асыру үшін арнайы контроллер қажет. ЖТЖ режимі бірінші және екінші буынды машиналар болмағандығын атап өтейік. Сондықтан кейде кездесетін, мәліметтер енгізу құрылғыларынан ЖЖҚ-ға тікелей  берілетін ЭЕМ схемасы дұрыс  емес. ЖТЖ контроллері жоқ болса, мәліметтер алдымен процессордың ішкі регисторына қабылданып, сосын ғана жадқа жіберіледі.

Магистралдық құрылымды  сипаттау барысында біз оңайлатып  барлық құрылғылар ортақ шина арқылы әрекеттеседі деп есептедік. Архитектура  тұрғысынан осының өзі де жеткілікті. Алайда, айта кететін жайт, мұндай құрылым  іс жүзінде сыртқы құрылғылары көп  емес ЭЕМ үшін ғана қолданылады. ЭЕМ  құрылғылары арасында мәліметтер ағымы  артқан с(айын жалғыз магистраль жүгі ауырлай түседі де ол компьютер жұмысын елеулі төмендетеді. Сондықтан да компьютер құрамына қосымша бір немесе бірнеше шиналар енгізілуі мүмкін. Мысалы, бір шина жад пен мәлімет алмасу үшін, екіншісі – «жылдам», ал үшіншісі – «баяу» сыртқы қондырғылармен мәліметтер алмасу үшін қолданылуы мүмкін. Айта кететін жәйт, ЖТЖ режимі бар болса, ЖЖҚ мәліметтерінің жоғары жылдамдықтағы шинасы міндетті түрде болуы тиіс.

Қазіргі ЭЕМ ішкі құрылымының  қарастыруды аяқтай келе, оның дамуындағы бірнеше ерекше тенденцияларды атап өтейік. Біріншіден, сыртқы құрылғылар жиынтығы үнемі кеңейіп және жетіліп  отырады. Ал, ол жоғарыда көрсетілгендей, ЭЕМ тараптары арасындағы байланыс жүйесін күрделендіре түседі. Екіншіден, есептеу машиналары бір процессорлық болудан қалды. Компьютерде орталық  процессордан басқа, компьютерден жылжымалы  үтірмен есептейтін арнайы процессорлар (математикалық қосымша процессор), дисплей экранына ақпарат шығаруды үдететін видео-процессорлары болуы  мүмкін. Қатарлас есептеу тәсілдерінің дамуы да күрделі құрылымды есептеу  жүйелерін туындатады, мұнда бір  амал бірнеше процессорлар арқылы орындалуы  мүмкін. Үшіншіден, тез әрекеттегі машиналарды  тек есептеу үшін ғана емес, сондай-ақ ақпаратты логикалық талдау үшін де қажетсіну байқалған ұмтылыс  жақын жылдарда дағдылы Фон Неймандық  архитектураны түбегейлі қайта  қарауға әкеліп соғуы мүмкін.

Қазіргі ЭЕМ дамуының тағы бір ерекшелігі, компьютер аралық коммуникация ролінің жылдам өсуінде. Жүйеге біріктірілген компьютерлер саны күннен-күнге көбейіп, қолда  бар ақпаратты бірігіп өңдеу  үстінде.

Сонымен, есептеу техникасының ішкі құрылымы үнемі жетілдірілуде  және одан әрі жетілдіріле түспек. Сонымен қатар, қолда бар ЭЕМ-нің  көп бөлігі айырмашылықтарына қарамастан, бұрынғыдан біркелкі тараптардан тұрады және Фон-Неймандық архитектураның жалпы принциптеріне негізделген.

ЭЕМ жұмысының  негізгі циклы. Фон-Неймандық архитектураның негізгі құрамдас бөлігі – командалар мекен-жайының санақшысы. Процессордың осы арнайы ішкі регистрі әрқашан бағдарламаның келесі командасы сақталып тұрған жад ұяшығын көрсетіп тұрады. Қуат көзін іске қосу немесе бастапқы қондырғының түймесін басу барысында санақшыға ТЖҚ орналасқан барлық құрылғылар мен бастапқы жүктеуді аттастыру бағдарламасының бастауыш мекен-жайы жазылады. Компьютердің одан әрі жұмыс істеуі программа көмегімен анықталады. Сонымен, ЭЕМ-нің барлық қызметі – осы немесе басқа бағдарламаларды үздіксіз орындау, ал ол бағдарламалар өз кезегінде жаңа бағдарламаларды жүктеуі мүмкін.

Әрбір бағдарлама жекеленген машина командасынан тұрады. Әрбір машиналық команда өз кезегінде такт деп аталатын элементарлық бірегейліндірілген кұрамдағы бөлшектер қатарына жіктеледі. Команданың күрделілігіне қарай ол такттардың әр түрлі санында орындалуы мүмкін. Мысалы, процессордың бір ішкі регистрінен екіншісіне ақпарат жіберу бірнеше тактіде орындалады, ал екі бүтін санды көбейту үшін одан бір ретке көп мөлшерде керек болады. Егер өңделетін мәліметтер процессордың ішінде болмай, оларды ЖЖҚ-дан оқу керек болса, команда елеулі ұзарады.

Әр команданың орындалу барысында  ЭЕМ белгілі қалыпты әрекеттерді іске асырады;

1. Бұйрық мекен-жайы санақшысының мазмұнына сәйкес, бағдарламаның кезекті командасы оқылады (оның коды сақтау үшін арнайы регистірінде жазылады, ал ол командалар регистрі аталады);

2. Бұйрықтар есептеуші келесі бұйрық мекен-жайы сақталмайтындай болып өзгереді (қарапайым жағдай да есептеуіштің мәніне бұйрықты анықтайтын константыны қосу жеткілікті);

3. Бұйрықта регистрден оқылған операция анықталады, қажетті мәліметтер алынады да талап етілген әрекеттер орындалады.

Сосын жұмысты тоқтату немесе үзе тұру бұйрығынан басқа жағдайда осы айтылған әрекеттер қайталанады.

INTEL 80286 микропроцессорлар базасында жазылынған және одан кейінгі компьютер моделдерінде негізгі бұйрықтарды орындауды қайталау циклдерін тездету үшін конвейтерлік тәсіл кейде («алдын-ала таңдау») термині қолданылады. Мұның идеясы процессордың бірнеше ішкі құрылғылары сызықтық жұмыс істеуіне байланысты: Біреуі бұйрықтарды оқиды, келесісі операцияларды кері кодтайды. Үшіншісі орындалушы мекен-жайын анықтайды, тағы сол сияқты. Нәтижесінде бұйрықты орындап болған кезде келесі бұйрық ЖЕҚ-дан таңдап алынып кері кодталып, орындауға дайын тұрады. Айта кететін жайт бағдарламада бұйрықтардың орындалуының табиғи тәртібі бұзылған жағдайда (мысалы, міндетті өтеу) алдын-ала таңдап алу бекерге орындалады да конвейер тазаланады. Өту бұйрығынан кейінгі бұйрық ұзарырақ іске асады. Себебі конвейер «толқын қуатында жұмыс істеуі» үшін оны алдын-ала толтыру