Педагогикалық озат тәжірибедегі зерттеу және пайдалану жолдары

 
   2.3. Командалар жүйесiнiң архитектурасы

 

Командалар жиынтығының  архитектурасы аппаратура және программалық жабдықтаудың арасында шекара ретінде  болады және ол программистке және командаларды қолданушыға көрінетін  жүйесінің бөлігі. Компьютерлік өндірісте қазіргі таңда екі негізгі архитектуралар қолданып жүр. Олар: CISC және RISC. Толықтай командалар жиынтығы бар микропроцессорларды дайындау лидері ретінде х86 сериялы және Pentium процессорымен Intel компаниясы болып табылады. Бұл архитектура микрокомпьютерлер нарығында стандарт түрінде қарастыралады.

 

2.4. CISC және RISC процессорларының классификациясы

 

CISC-процессорлары үшін  мыналар тән: жалпы тағайындалуға  байланысты регистрлер санының  көп болмауы; маиналық командалардың  көп болуы; адресация тәсілдерінің  көп болуы, әр түрлі деңгейдегі командалар форматының көп мөлшері; командалық екі адрестік форматының басым болуы; регистр-жады типіндегі өңдеу командалары. Қазіргі таңдағы жұмыс станциялары және серверлер үшін командалардың азайтылған жиынтығының архитектурасы қолдануда. RISC-процессорларға мыналар тән: регистрлік терезелердің қолданылуы, жай жадының өте жоғары регистлерден бөлініп шығуы; конвейірлік өңдеуді тиімді жүзеге асыру; өңдеу командаларының жадымен жұмысынан бөлініп тасталуы; кез келген команданы өз көлеміндегі машинаның такта орындау. Pentium процессоры өзінің ізашарларына қарағанда, бірқатар сипаттама бойынша арта түседі. Оның басты өзгешіліктері: екі ағынды суперскалярлық құрамы, командалардың параллельді орындалуы, әр такт кезінде екі операция арасында таңдауға арналған, командалар мен деректердің екі каналды көп ассоциативті кэш жадыларының бар болуы, өту кездерінің динамикалық болжауы, екілік жүйенің 80×86 процессорларымен біркелгілігі. Ең басынан бұл процессордың микроархитектурасы суперскалярлық өңдеуінде негізделеді. Негізгі командаларды екі егеменді құрылғы бойынша таралады ( U және V конвейерлері). U конвейері x86 процессорының кез келген командаларын орындап, оның бүтін санды мен жылжымалы нүктелі командаларын орындайды. V конвейері тек қарапайым командаларды орындап, бүтін санды командалар мен кейбір жылжымалы нүктелі командаларды орындайды. Командалар осы екі құрылғыларға бірдей бір мезетте бағытталуы мүмкін, осы бір такт кезінде басқару құрылғысы күрделі команданы U конвейеріне, қарапайым команданы V конвейеріне бағыттайды. Бұндай бағыттаулар тек қарапайым, бүтін санды командалардың жиыны шектеулі болған кезде ғана орындалады. Бір конвейерде команданың тоқтауы, екінші конвейердегі команданың тоқтауына әкеп соғады. Pentium процессорына командалар мен мәліметтердің бөлек кэш-жадысы қолданылады. Ол өзінің кезегінде қатынастардың тәуелсіздігін қамтамасыз етеді. Кэш-жады екінші реттік бөліну принципіне негізделіп жасалған; ол бір уақытта кэш-жадының бір жолында жазылған екі сөзді оқуға мүмкіндік береді. Процессорда өтудің динамикалық болжауына бағытталған механизм қарастырылған. Осы мақсатпен кристалда кішкентай кш-жады орналастырылған. Ол өткізудің адрестерінің мақсаттық буфері деп аталады (ВТD), командаларды орындайтын тәуелсіз екі буфері бар (әр конвейерға 32-биттік екі буфер).

 

2.5. Дербес компьютер  шиналары

 

Шина дегеніміз –  бұл сым-жолдарының жиынтығы, кей  кезде цифрлік жүйеде бірнеше  компоненттерді біріктіруші өткізгіштер. Бұл сым-жолдары үш типке бөлінеді: адрес, мәліметтер және басқару. Кейбір кезде бір өткізгіш арқылы әр уақытта адрес және мәліметтер беріледі. Бұндай шинаны – мультиплекстелген деп атайды. Шинаға қосылған құрылғылар екі негізгі типке бөлінеді – басқарушыжәне бағынушы. Адрестік шина. Бұл шина арқылы оперативті жады ұяшықтарының адрестері ретінде қарастырылады. Осы шинадан процессор орындалуға тиіс командалар адрестерін оқиды. Қазіргі заманғы процессорларда адрестік шина 32-рарядты, яғни ол 32 параллельді өткізгіштерден құрылады. Мәліметтер шинасы. Бұл шина арқылы оперативті жадыдан регистрлерге және керісіннше мәліметтерді көшіру процесі жүреді. Intel Pentium негізіндегі процессорларда мәліметтер шинасы 64-разрядты. Командалық шина. Процессорда орындалатын командалар осы шинамен оперативтік жадыдан келеді. Командалар байттар түрінде көрсетіледі. Қарапайым командалар бір байтқа сыйады, бірақ екі немесе оданда көп байтты сыйымдылықты қажет ететін командалар да болады. Қазіргі заманғы процессорлардың көп бөлігінде 32-разрядты командалар шинасы бар, сонымен қатар 64-разрядты командалық шинасы бар процессорлар да кездеседі. Аналық тақшадағы шиналар тек процессормен байланыс орнату үшін ғана қолданылмайды. Аналық тақшадағы ішкі құрылғылар және де оған тікелей қосылатын құрылғылар бір-бірімен шналар арқылы байланысады, әрекеттеседі.

 

 

 

 

 

 

 

 

  2.6. Аналық тақшалардың  негізгі шиналық интерфейстері

 

 

 

2.5.- сурет Аналық тақшалардың  негізгі шиналық интерфейстері

 

ISA (Industry Standard Architecture). Жүйелік блоктың  барлық құрылғыларын байланыстыруға  рұқсат береді, сонымен қатар  жаңа құрылғыларды стандартты слоттар арқылы жеңіл қосуға мүмкіндіктер тудырады. Қазіргі заманғы компьютерлерде жоғары өткізгішті керек етпейтін сыртқы құрылғылар да қолданылады (дыбыстық карталар, модемдер және т.б.). PCI (Peripherial Component Interconnect). Pentium процессорының негізінде дербес компьютерлерге енгізілген сыртқы құрылғыларды қосудың стандарты. Бұл сыртқы компоненттерді қосу үшін арналған бөліктеушілер мен локальді шина интерфейсі. Осы стандарттың жаңалығы ол plug-and-play механизмі. Оның негізгі PCI шинасының ажыралынатын қосылысына сыртқы құрылғы физикалық қосылғаннан кейін осы құрылғының автоматикалық конфигурациясы жүзеге асырылады.FSB (Front Side Bus). Pentium Pro процессорынан бастап, оперативті жадымен байланыс орнату үшін арнайы FSB шинасының жүйелілігі негізгі параметр болыптабылады, дәл осы параметр аналық тақшаның спецификасын көрсетеді. AGP (Advanced Graphic Port). Бейнеадаптерлерді қосу үшін арналған арнайы шиналық интерфейс. USB (Universal Serial Bus). Бұл компьютерлердің перифириялық құрылғылармен байланысын анықтайтын бірінен кейін бірі орындалатын универсалды шина стандарты. Ол әр түрлі жүйелі интерфейсі бар 256 құрылғыға дейін қосу мүмкіндігі бар, осы құрылғылар бір-бірімен тізбек арқылы қосыла алады. Шиналардың 3 типін атап көрсетуге болады:

Жоғары жылдамдықты – 480 Мбит/cек.

Орта жылдамдықты – 12 Мбит/cек.

Төмен жылдамдықты – 1.5 Мбит/cек.

Осы стандарттың ерекшеліктері  ретінде мыналарды атап көрсетуге  болады:бұл құрылғыларды «ыстық режимде» (яғни, компьютерді қайта қоспай) қосу және өшіру, сонымен қатар бірнеше компьютерді арнайы аппараттық және программалық жабдықтаусыз қарапайым желіге біріктіру.

 

2.7. Жады

 

2.6.- сурет Жады

 

Кез келген компьютердің ең негізгі құрамдас бөлігі ол –  жады. Жоғарғы қабат орталық процессордың ішкі регистрлерінен құралады. Олар процессор жасалған материалдан жасалады және олар процессор сияқты өте жылдам жұмыс істейді. Ішкі регистрлер 32-разрядтық процессорда 23×23 битті сақтауға, ал 64-разрядты процессорда 64×64 битті сақтауға мүмкіндік бар. Программалар аппаратураның қатысуынсыз регистрлерді басқаруға алады. Келесі қабатта құрал-жабдықтармен байланысатын кэш-жады орналасқан. Оперативті жады кэш-жолдарға бөлінген, әдетте ол 64 байт болады, ал адресация мен нөлдік жолда 0-дан 63-ке дейін, ал бірінші жолда 64-тен 127-ге дейін және т.б. Кэштің көп қолданылатын жолдары орталық процессорлардың ішінде немесе оған өте жақын орналасқан жоғары жылдамдықты кэш-жадыда сақталады. Программаға жадыдан бір сөзді оқу керек болатын болса, онда кэш-микроүрді, кэшта осындай жол бар ма, әлде ондай жол жоқ па екендігін тексереді. Егер осындай жол болатын болса, онда кэш-жадыға тиімді хабарласу болады, берілген сұранысымыз кэштан түгелімен қанағаттандырылады. Кэшке тиімді хабарласу екі такт уақытты алады, ал тиімді емес хабарласу кезінде уақыт көп жұмсалады. Кэш-жадының көлемі өте шектеулі, сол себептен оның бағасы өте жоғары болады. Кейбір машиналарда кэштің екі немесе үш деңгейі бар, әдетте олардың кейінгілері алдыңғылардан баяу және үлкендеу болып келеді.

Негізгі жады – бұл ақпараттарды сақтау құрылғысы. Ол оперативті және тұрақты есте сақтап отыратын құрылғылардан құралады. Оперативті еске сақтайтын құрылғы (орысша баламасы ОЗУ), белгілі бір уақытта орындалатын программаларды дискіден көшіріп отырады. Оны көбінесе оперативті жады деп те атайды. Тұрақты есте сақтау құрылғысы (ТЕСҚ) – ол компьютерді құрастырған кезде жазылатын тұрақты ақпараттар сақталуының жері. Тұрақты жады (ROM, Read Only Memory – тек оқуға ғана арналған жады) – энергияға тәуелсіз жады, бұл өзгертулерді қажет етпейтін мәліметтерді сақтау үшін қолданылады. ТЕСҚ оқуға ғана болады. Қайта программаланатын тұрақты жады (ҚПТЖ, Flash Memory). Өзінің мазмұнын қайта жазуға болатын энергияға тәуелсіз жады. Тұрақты жадыға процессордың жұмысын басқару программасы жазылады. ҚПТЖ-да дисплейді, пернетақтаны, принтерді, сыртқы жадыны басқару, компьютерді іске қосу және тоқтату, құрылғыларды тестілеу программалары орналасқан. BIOS (Basic Input/Output System – енгізу және шығару базалық жүйесі) – компьютер іске қосылғаннан кейін құрылғыларды автоматты түрде тестілеу; операциялық жүйені жадыға қосу үшін арналған программалар жиынтығы. BIOS-тың ролі екі түрлі: бір жағынан бұл апппаратураның (Hardware) ажырамас элементі, ал екінші жағынан бұл кез келген операциялық жүйенің (Software) негізгі модулі. Тұрақты есте сақтау құрылғыларының түрлері – CMOSRAM. CMOSRAM – бұл жоғары жылдамдықты әрекет ететін және батарейкадан аз энергияны қамтамасыз ететін жады. Бұл компьютерлер конфигурациясы туралы ақпараттарды және компьютерлер құрамындағы құрылғыларды, сонымен қатар оның жұмыс істеу режимдері туралы мәліметтерді сақтау үшін қолданылады. CMOS-та ағымдағы күн мен уақыт сақталынады. Уақыт үшін жауап беретін CMOS-жады және уақыт микроүрдісі кішкентай аккумулятордан қорек алады. CMOS-тың мазмұнын өзгерту BIOS-та орналасқан арнайы Setup программасымен өзгертіледі. Графикалық ақпараттарды сақтау үшін бейне жадысы қолданылады. Бейне жадысы (VRAM) – кодталған бейнелер сақтайтын оперативті есте сақтаудың (ЕВ) бір түрі. Осы ЕС-тің құрылуы екі құрылғыға а бір уақытта қызмет көрсетеді – процессор және дисплей. Сол себептен экрандағы бейне жадыда видео мәліметтердің жаңартылуымен сәйкес өзгертіліп отырады.

 

2.7.- сурет Оперативті  жады модульдері

 

Жадының ең алғашқы модульдерінің  бірі SIMM (Single In-line Memory Module – бір тізбекті контактілі жады) болып табылады. Кезінде 32 контактілі 8 битті модульдер шығарылған. Кейіннен 72 контактілі 23-битті модульдер  шығарыла бастады. 486 машиналарда мұндай модульдер бір-біріне орналастырылған, ал Pentium-де 2 топпен орналасқан модульдер бар. Осындай орналасудың басты себебі Pentium-дағы жады шинасы 64-разрядты. Келесі даму барысында 64-разрядты 168-контактілі модуль DIMM (Dual In-line Memory Module – 2 тізбекті контактілі жады). Rambus жадысына арнайы RIMM модулі жасалды. Модульге қойылған талаптар өте қатал. Ол үшін келесі суретте көрсетілген жеке жылу өткізгіш қарастырылған. 
Екінші реттік жады

Қатты диск – компьютермен жұмыс барысында қолданылатын ақпараттарды сақтап отыру құрылғысы. Қатты магнит дискілерінің жинақтаушысы бір немесе одан да көп магниті қабаты бар пластиналардан, бүркеншіктен, позиционерлейтін құрылғысынан және контроллерден құрастырылады. Пластиналар – жинақтаушының негізгі элементі,оларда ақпараттар орналасады. Бүркеншік пластинадағы ақпараттарды оқу немесе жазу үшін орналасады. Позиционерлейтін құрылғысы пластиналар бойымен бүркеншіктердің керекті жеріне орын ауыстыруын қамтамасыз етеді. Корпус конструкциялардың қалған элементтерін бекітеді және пластиналар мен бүркеншіктердің механикалық зақымдануынан, шаңнан қорғайды. Контроллер жинақтаушының барлық электрлік және компьютерден керісінше, ақпараттардың берілуін қамтамасыз етеді.

 

2.8. Қатты диск геометриясы

 

Жинақтаушының пластиналары металдан немесе әйнектен жасалады және екі жағынан да ақпараттарды жазуға болатын магнитті қабаттан құралады. Магнитті беттері өңделеді және феромагнитті қабықпен қапталады. Өңдеу материалдары және оның көлемі әр жинақтаушыда әр түрлі болады. Әр жұмыс бетіне бір бүркеншік сай келеді. Пластина беті өте жіңішке концептрлік сақиналы зонаға бөлінеді, ол дорожка деп аталады. Ал әр дорожка бірнеше сектор деп аталатын учаскілерге бөлінеді. Секторды екі облысқа бөлуге болады. Мәліметтер облысы және көмекші ақпараттар облысы. Көмекші ақпараттар өндіруші зауытта пластина бетіне бір рет қана жазылады да, әрмен қарай оны түзетуге болмайды. Көмекші аймақ жинақтаушыдағы сектордың уникалды адресі болады, ол арқылы контроллер жазу кезінде немесе ақпараттарды оқу кезінде оны тез таниды. Мәліметтер облысы жинақтаушығажазылған пайдалы ақпараттарды сақтайды. Бұл облыс қолдану уақытының барысында өзгетулерге ұшырауы мүмкін. Сектордың мәліметтер облысы түгелімен ғана жаңартылады. Барлық бүркеншіктер синхронды түрде орындарын ауыстырады және бұл процесс біраз уақытты талап етеді. Бүркеншіктердің өзгермейтін кезіндегі дорожкалардың жиынтығы цилиндр деп аталады. Дискілік жүйенің өндіргіштігінің көқарасы жағынан бірінен кейін бірі мәліметтерді бір цилиндр шеңберінде орналастырылғаны дұрыс.

 

 

 

2.8.- сурет   Қатты дискінің негізгі мінездемелері

 

Қатты дискінің негізгі  мінездемелері

Қатты дискінің көлемі оның қолданушылары үшін ең негізгі мінездемесі  болып табылады. Ол қатты дискінің корпусындағы пластиналар санына және бір пластинаға жазылатын информация тығыздығына тікелей байланысты. Пластина жазылатын ақпараттардың тығыздығы қатты дискілердің бағасын төмендетуге алып келеді. Қазіргі заманғы пластиналар алюминийден немесе әйнектен жасалады. Жылдамдық. Қатты дискінің 2 негізгі параметрі – ол ақпараттарды оқу, жазу жылдамдығы (Transfer Rate). Ол ең біріншіден дискідегі пластиналардың айналым жылдамдығына байланысты ақпараттарды оқудың жылдамдығына жоғарыдағы қарастырылып кеткен жазылудың тығыздығы да әсер етеді. Қол жеткізу уақыты. Бұл ақпаратқа қол жеткізу уақыты (Access Time). Бұл дискідегі дорожкаларды іздеу мерзімі болып табылады. Ол негізінен дискінің айналу жиілігіне тығыз байланысты. Интерфейстер. Дискілердің интерфейстерінің дамуы 2 түрлі жолмен жүріп отырады: арзан және қымбат. Бұл дискімен тікелей жұмыс істейтін тақшада винчестерді орнату. Осының нәтижесі ретінде SCSI интерфейсі пайда болды, бұл серверлер нарығында үлкен жетістіктерге жеткен болатын. Оның басты ерекшелігі, ол компьютерге бірнеше құрылғылардың бірден құрылуы. Ал екінші жасалған интерфейстің түрі IDE. Оған сәйкес стандарттар ATA/33, ATA/66, ATA/100 және ATA/133 деп аталады. Қазіргі уақытта Parallel ATA-ның Serial ATA-ға ауыстырылу процесі жүзеге асырылуда. Интерфейстің өткізгіштік қабілеті 1.5 Гбит/сек-ті құраса, ал қуаттылық 5-тен 3.3 В-қа дейін төмендейді.

 

2.9. Сыртқы қатты  диск

 

Қазіргі уақытта сыртқы құрылғыларды қосуда бірнеше шешімдер қолдануда. Біріншіден, USB-портына қосылған қатты дискілер, олар көбінесе цифрлік камера, басқа да ұялы құрылғылармен ақпарат алмасу үшін қолданылады. Ақпараттарды сақтау жүйесінің басқа бағыты ол магнитті-оптикалық бүркеншік көмегімен атқарылады. Лазер сәулесі магниттің жазылуға тиісті микроскопиялық облысы, Кюри нүктесіне дейін жылытады да, әрекеттесу зонасынан шыққан кезде салқындайды, осы жерде магнитті өріс тұрақталады. Осының нәтижесінде дискіге жазылған мәліметтер үлкен магнитті өрістерден және температуралық өзгерулерге шыдайды. Дискілердің барлық функционалдық қасиеттері – 20-дан +50 градус Цельсий аралығындағы диапазонда сақталады.

Иілгіш магнитті дискілердегі жинақтауыш.

Иілгіш магнитті дискілердегі жинақтаушылар немесе дисковод жүйелік  блокқа енгізіліп жазылады. Иілгіш жинақтауыштар да, көбінесе, дискеталар түрінде жасалады. Жинақтауыш –  бұл жоғары жағында жылжымалы  ысырмасы бар, қорғаушы конвертте орналастырылған ферромагнитті қабаты бар диск. Дискеталар, көбінесе, бір компьютерден екінші компьютерге кіші көлемді ақпараттарды жедел түрде тасымалдау үшін қолданылады. Қатты дискідегідей бұнда да олар тағы да секторларға бөлінеді. Секторлар мен жолдар дискеталарды негізгі параметрлері технологиялық негізгі мөлшері (дюйммен есептеледі), жазудың тығыздығы және толық сыйымдылығы. Жазу тығыздығы қарапайым SD (Single Density), екілік DD (Double Density) және жоғары HD (High Density) болады. Қазіргі таңда стардартты дискеталар 3.5 дюйм, жоғары тығыздықты HD, 1.44 Мбайт сыйымдылығы бар.