Компьютерлік жүйелер архитектурасы

 

 

 

 

Компьютерлік 

 

жүйелер 

 

архитектурасы

 

 

 

 

• Көпсатылы компьютерлер құрылымы
• Компьютерлер архитектурасының дамуы
• Компьютерлер типі
• Компьютерлердің жіктелуі

 

Сұрақтар

 

 

 

 

Mⁿ виртуалды машана

Яⁿ машиналық тілмен

 

M³ виртуалды машана

Я³ машиналық тілмен

 

M² виртуалды машана

Я² машиналық тілмен

 

M¹ виртуалды машана

 Я¹ машиналық тілмен

 

M⁰ виртуалды машана

Я⁰ машиналық тілмен

 

N саты

 

3 саты

 

2 саты

 

1 саты

 

0 саты

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

0-ші саты: сандық-логикалық

1-саты: микроархитектуралық

2-саты: командалар архитектурасы

3-саты: операциялық жүйелер

4 саты: ассемблер тілі

5-саты: жоғары сатылы программалау                        

                    тілдері

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

0-ші саты: сандық-логикалық

Компьютердің ең төменгі сандық-логикалық сатыдағы аппараттық жабдықтамалары. Бұл сатыдағы объектілер “вентильдер” деп аталады. Әр вентиль қарапайым функция қызметін атқарады (И, ИЛИ, НЕ).

 

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

1-саты: микроархитектуралық

1 сатыдағы электронды схемалар машинаға тәуелді программаларды орындайды. Бұл саты объектісі 8 немесе 32 биттік регистрлардан жасалғаен жергілікті жады және арифметико-логикалық құрылғы (АЛУ). 

 

 

 

 

2-саты: командалар архитектурасы. Машинадағы мәліметтер ағынын бақылайтын программалық жабдықтама, микропрограмма – командалар интерпретаторы.

Микропрограмма командаларды жадыдан шақырып, мәліметтер ағынын қолдана отырып кезегімен орындайды. Кез келген машинаның техникалық құжаттарымен бірге осы машинаның микропрограмма-интерпретаторы орындайтын командалар жиынтығы беріледі.

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

3-саты: операциялық жүйелер

 Бұл саты командаларының алдыңғы саты командаларынан және қосымша командалардан тұрады.

Ерекшелігі: жаңа командалар жиынтығы, жадының ұйымдастырылуы, бір мезгілде бірнеше программа-ларды орындауы.

Бұл сатыдағы жаңа құрылғылар алдыңғы сатыдағы интерпретатор көмегімен жұмыс жасайды.

3 саты командалары 2 саты командаларына ұқсас, олардың бір бөлігі микропрограмма көмегімен, екінші бөлігі операциялық жүйе көмегімен орындалады. Сол себепті бұл саты - аралас саты болап саналады. 

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

4 саты: ассемблер тілі

 

Бұл сатығы дайінгі сатылар жұмысы негізінен интерпретаторлар және жоғары сатылы қолдайтын трансляторларға негізделген. 

4-ші және бұдан жоғары сатылар арнайы есептерді шығарушы қолданбалы программистерге арналған.

 

 

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

 

 

 

Көпсатылы компьютерлер құрылымы

 

5-саты: жоғары сатылы программалау тілдері

 

Қолданбалы программистерге арналған программалау тілдерінен тұрады. Бұндай программалау тілдері жоғары сатылы программалау тілдері деп аталады. Кең таралған жоғары сатылы программалау тілдері: С, C++, Java, LISP және Prolog.

 

 

 

 

Компьютер - негізгі сатылардың иерархиялық құрылымы ретінде жобаланады.

Әр сатының өз объектілері және орындайтын операциялар жиынтығы бар.

 

Әр сатының операцияларының, мәліметтер типінің жиынтығы және сипаттамасы – архитектура деп аталады.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Машиналық тілде жазылған программаларды (1 саты) компьютердің электронды схемалары (0 саты) бірден, интерпретатор және трансляторлардың көмегінсіз орындай алады.

Электронды схемалар, жады және енгізу/шығару құрылғылары аппараттық жабдықтамаларды құрайды.

 

Аппараттық жабдықтамалар нақты объектілерден тұрады  – интегралды схемалар, печатты платалар, кабелдер, электрқоректенгіштер көзі, жады модулдері.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Алгоритмдер және осы алгоритмдердің негізінде жазылған программалар компьютердің программалық жабдықтамаларын құрайды.

 

Микропрограммалаудың пайда болуы

1940 жылдары пайда болған алғашқы компьютерлер архитектурасы тек екі сатыдан:

- командалар жиынтығы архитектура сатысы;

- сандық логикалық саты.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Микропрограммалаудың дамуына байланысты жаңа машиналық командалар енгізу мүмкіндігі пайда болды.

Микропропрограммаларға көптеген жаңа программалар қосылды. Мысалы:

• бүтін сандарды көбейту және бөлу;
• жылжымалы сандармен арифметикалық амалдарды орындау;
• процедураларды шақыру және процедура жұмысын аяқтау;
• цикл жұмысын жылдамдату;
• жолдармен жұмыс жасау.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Микропрограммалар мүмкіндіктері:

-массивтермен жұмысты жылдамдату (индексті және жанама адрестеу);

-программа іске қосылғаннан кейін оны жадының бір бөлігінен екінші бөлігіне ауыстыру;

- енгізіу немесе шығару операциялары аяқталған кезде процессорға арнайы сигнал беретін үзілістер жүйесі;

- шағын командалар жиынтығының көмегімен орындалып жатқан программаны тоқтатып, басқа программаны орындау;

- бейнелерді, дыбысты және мультимедиалық мәліметтерді өңдейтін арнайы командалар.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Операциялық жүйенің пайда болуы

 

1960 жылдары оператордың жұмысын автоматтандыру үшін алғашқы операциялық жүйелер ойлап шығарылды.

Алғашқы операциялық жүйелер мәліметті перфокартадан оқып, принтерге басып шығарды. Есептеу жұмысының бұл режимі - пакеттік режим деп аталды.

 

Көпсатылы машиналардың дамуы

 

 

 

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

Нөлінші буын (электромеханикалық реле)

Блез Паскаль (1623 - 1662)

1642 – Механикалық санау машинасы (2 операция)

 

Готфрид Лейбниц (1646 - 1716)

Механикалық санау машинасы (4 операция, 12 разрядты ондық сан, көбейту нәтижесі 16 разряд)

 

Чарльз Бэббидж (1792 - 1871)

Механикалық айырманы есептеу машинасы (2операция, метод конечных разностей)

 

Механикалық аналитикалық машина (ЗУ, ВУ, УВВ, 4 операции, память – 1000 слов по 50 разрядов)

Ада Ловлейс

 

 

 

 

Бірінші буын (электронды лампа) – 1937-1953

АВС (1939-1942) арнайы калькулятор

Джон Атанасов, Клиффордом Берри

 

COLOSSUS (1943) – бірінші электрондық сандық компьютер

Алан Тьюринг (2400 ламп, 5000 сим./сек)

 

ENIAC (1946)  

Джон Моушли, Дж. Эскерт.

18000 ламп, 1500 реле, 30 тонн, 140 кВТ, 20 регистр (10 разрядты ондық сан)

 

EDSAC (1949), Морис Уилкс

JOHNIAC, Rand corp.  ILLIAC, Illinois  university

MANIAC, Лос-Аламос

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

 

 

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

Бірінші буынның программалық жабдықтамасы:

Программа машиналық кодта жазылады.

50-жылдардан бастап ассемблер тілі қолданыла бастады.

 

 

 

 

Екінші буын (жартылайөткізгіштер) – 1954-1962

• Индекстік регистрлер;
• Жылжымалы сандарды өңдеу блогы;
• Енгізу/шығару процессоры.

 

TRADIC, 1956, Bell Laboratories, Джон Бардин, Уолтер Браттейн, Уильям Шокли (борттық компьютер прототипі, 700тран., 10000 диод)

 

PDP-1 (1961), DEC corp. 
ОЗУ – 18 биттік 4 кБ сөз, циклдың айналу уақыты 5 мкрсек, «Война миров» - алғашқы компьютерлік ойын.

 

Фортран (1956), Алгол (1958), Кобол (1959)

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

 

 

 

Үшінші буын (ис) – 1963-1972 

• 1958, Роберт Нойс, кремни негізінде жасалған интегралды схема
• Жартылай өткізгіштерден жасалған есте сақтау құрылғысы;
• Көпқабатты печатты платалар.
• Микропрограммалау, конвейрлеу және параллельді өңдеу;
• Операциялық жүйелер, уақытты бөлу режимі;
• ІВМ360:команданы таңдау, бекітілген нүктелі және жылжымалы нүктелі сандардың жеке блоктары, командалар конвейрі, кеш-жады.

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

 

 

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

Төртінші буын (бис, сбис) – 1972-1984

• Жартылай өткізгіштерден жасалған есте сақтау құрылғысы;
• Векторлық есептеу жүйелері;
• Жаңа параллель архитектуралар;
• ДК және жұмыс станциялары;
• С тілі және UNIX
• Apple (Стив Джоб, Стив Возняк)
• Microsoft

 

 

 

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

Бесінші буын – 1984-1990

• ортақ қолданыстағы негізгі жадысы бар архитектура;
• таратылған жадысы бар архитектура;
• RISC архитектура;
• Жергілікті және ауқымды желілер технологиялары;

 

 

 

 

Есептеу техникасының даму тарихы

 

Алтыншы буын – 1990-

• Параллель есептеулер;
• Жұмыс станцияларының дамуы (RISC-архитектура, конвейрлеу, параллель өңдеу);
• Ауқымды желі;

 

 

 

 

Фон-Нейман архитектурасы

 

 

 

 

Фон-Нейман  қағидалары

 

Компьютер бірнеше негізгі құрылғылардан тұрады (арифметико-логикалық құрылғы, басқару құрылғысы, жады, сыртқы жады, енгізу/шығару құрылғысы)

 

Арифметико-логикалық құрылғы – жадыда сақталатын мәліметтерді өңдеуге қажет логикалық және арифметикалық амалдарды орындайды

 

Басқару құрылғысы – компьютердің барлық құрылғыларын басқарады

 

Жадыда мәліметтер екілік санау жүйесінде сақталады

 

 

 

 

Фон-Нейман  қағидалары

 

Компьютердің жұмысын басқаратын программалар және мәліметтер бір есте сақтау құрылғысында сақталады

 

Мәліметтерді енгізу/шығару, енгізу/шығару құрылғысының көмегімен іске асырылады 

 

Негізгі қағида – программаның сақталу қағидасы – программа жадыға бастапқы мәліметтер ретінде енгізіледі.

 

 

 

 

Гарвард архитектурасы

 

 

 

 

Түрлендірілген Гарвард архитектурасы

 

 

 

 

Архитектураларды салыстыру

 

• Гарвард архитектурасында:

  - программалар жадысына жазу операциясын орындау мүмкін емесе, бұл басқару программасының кездейсоқ бұзылуына сақтайды;

 - прграммалар жадысы мен мәліметтер жадысы мәлімет алмасу үшін арнайы шина бөлінген.

• Гарвард архитектурасы:

- жоғары сенімділікті  талап ететін микроконтроллерлерде;     - бір мезгілде басқару командасын және өңделетін мәліметтерді оқып, алынған нәтижені мәліметтер жадысына жазудың жоғары жылдамдығын қамтамасыз ететін процессор сигналдарында қолданылады.  

 

 

 

 

Архитектураларды салыстыру

 

Фон Нейман архитектурасынан айырмашылығы:

Басқару программаларымен жұмыс жасау мәліметтермен жұмыс жасаумен бірдей.

Жады бір тұтас болғандықтан басқару программасын жадының кез келген бос жеріне жүктеуге және ол жерден алуға мүмкіндік береді.

Жадының кез келген бөлігін басқарушы программа немесе мәліметтер үшін қолдануға болады.

 

 

 

 

Қазіргі заманғы дербес компьютер архитектурасы

 

 

 

 

Компьютерлер типі

 

• “Бір рет қолданылатын” компьютерлер
• Кіріктірілген компьютерлер
• Ойын компьютерлері
• Дербес компьютерлер
• Серверлер
• Жұмыс станциялары
• Үлкен компьютерлер
• Суперкомпьютер

 

 

 

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

Мәліметтердің берілуіне қарай:

• Үздіксіз (аналогтық ЕМ);
• Дискретті  (сандық ЕМ);
• Гибридті (аралас типті).

 

Мамандандырылуы бойынша:

• Жалпы қызмет көрсететін ЕМ (әмбебап);
• Арнайы ЕМ.

 

 

 

 

 

 

Мәліметтерді кодтау және өңдеу, бейнелуі бойынша:

• электронды ЕМ;
• магниттік ЕМ;
• механикалық ЕМ;
• электромеханикалық;
• криогенді ЕМ;
• оптикалық ЕМ;
• пневматикалық ЕМ;
• гидравликалық ЕМ.

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Есептеу құрылғыларының саны және таратылу дәрежесі (степени распределенности) бойынша:

• автономды;
• есептеу жүйелері;
• есептеу кешендері;
• есептеу желілері.

 

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Есептеу жүйелері – ішкі шиналар арқылы байланысқан, ортақ есептеу программаларын іске асыратын аппараттық құрылғылардың бірлестігі (мысалы, параллель ЭЕМ).

Есептеу кешені – сыртқы жады немесе енгізу/шығару каналдары арқылы байланысқан екі немесе оданда көп ЭЕМ (мысалы, бір массивтер дискіне қосылған екі ЭЕМ).

Есептеу желілері – стандартты телекоммуникациялық байланыс каналдары немесе мәліметтер тасмалдау каналдары арқылы байланысқан компьютерлер жиыны (мысалы, жергілікті желі).

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Қолдану аймағына байланысты:

• Ғылыми-инженерлік есептерді шығаруға арналған ЕМ;
• Басқарушы және индустриальды ЕМ;
• Кіріктірілген ЕМ; 
• Арнайы сигналдарды өңдеуші ЕМ;
• Дербес ЕМ.

 

Процессорлардың санына байланысты:

• Бірпроцессорлық;
• Көппроцессорлық ЕМ.

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Атқаратын қызметіне байланысты:

• Үлкен электрондық есептеу машиналары (ЭЕМ);
• миниЭЕМ;
• микроЭЕМ;
• дербес компьютерлер.

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Көлемдеріне қарай:

• үстелге қойылатын (desktop) компьютерлер;
• алып жүруге ыңғайлы портативті (notebook) компьютерлер;
• қалтаға салынатын (palmtop) компьютерлер.

 

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Үйлесімділігі бойынша (по совместимости):

• аппараттық үйлесімділік;
• әр түрлі операциялық жүйелер үйлесімділігі;
• программалық үйлесімділік; 
• мәліметтер деңгейіндегі үйлесімділік.

 

Компьютерлердің жіктелуі

 

 

 

 

Назарларыңызға рахмет