Fon Neumanın proqram nəzarəti prinsipləri. Kompüterlərin yaranması, fon Neymanın prinsipləri

Von Neuman modeli və ya Prinston memarlığı kimi də tanınır, o, 1945-ci ildə riyaziyyatçı və fizik Con fon Neumann EDVAC kompüterində "İlk Dizayn" hesabatının bir hissəsi kimi təsvir etdiyi texnikaya əsaslanır.

Memarlıq diaqramı

Von Neumann'ın hesabatında emal bölmələrindən ibarət hissələri olan elektron rəqəmsal kompüter üçün bir arxitektura diaqramı təsvir edilmişdir:

• arifmetik-məntiqi vahid;
• qeydiyyat prosessoru;
• komanda registrini və proqram sayğacını ehtiva edən idarəetmə bloku;
• məlumatların saxlanması üçün saxlama cihazı;
• xarici yaddaş cihazı;
• giriş və çıxış mexanizmləri.

Dizaynın mahiyyəti ondan ibarət idi ki, kompüterdə saxlanılan hər hansı bir məlumat, seçilmiş əməliyyat məlumatlarının eyni vaxtda oxunması mümkün olmayan bir proqram tərəfindən istifadə edilə bilər, çünki onlar ümumi bir avtobusu paylaşırlar. Bu barədə alimin memarlığın necə olması barədə fikirlərini əks etdirən “Birinci layihə”də qeyd olunur. Von Neumann bu vəziyyəti tez-tez sistemin işini məhdudlaşdıran "darboğaz" adlandırdı.

Rəqəmsal kompüter, proqram təlimatlarını ehtiva edən, məlumatları oxuyan, məlumat yazan, həmçinin təsadüfi giriş yaddaşını (RAM) ehtiva edən bir proqramı saxlayan kompüterdir. Con fon Neymanın memarlığının prinsipləri onun “Birinci Layihə” əsərində də öz əksini tapmışdır. Onun sözlərinə görə, saxlanılan proqram kompüterləri ENIAC kimi idarəetmə kompüterləri ilə müqayisədə təkmilləşdi. Sonuncu, açarları təyin etməklə və məlumat və idarəetmə siqnallarının müxtəlif funksional bloklar arasında yönləndirilməsinə səbəb olan yamağı daxil etməklə proqramlaşdırılmışdır. Müasir kompüterlərin böyük əksəriyyəti yaddaşdan da bu şəkildə istifadə edir. Eyni zamanda, von Neumann, məsələn, Harvarddan fərqlənir ki, o, əsas yaddaşdan çox keş yaddaşdan istifadə edir.

Fon

Birincilərin əvvəlcədən müəyyən edilmiş sabit proqramları var idi. Bəzi çox sadə kompüterlər hələ də sadəlik və ya təhsil məqsədləri üçün bu dizayndan istifadə edirlər. Məsələn, masa üstü kalkulyator da sabit proqramlı kompüterdir. Əsas riyaziyyatla işləyə bilər, lakin oyun konsolu kimi istifadə edilə bilməz. Bir maşının sabit proqramını dəyişdirmək üçün cihazın yenidən qurulması, yenidən qurulması və ya yenidən təşkili tələb olunur. İlk kompüterlər ilk dəfə və elmi məqsədlər üçün işlənib hazırlandıqları üçün o qədər də dar diqqət mərkəzində deyildilər. Yenidən proqramlaşdırma daha sonra gəldi və blok-sxemlərdən və kağız qeydlərdən başlayaraq təfərrüatlı texniki dizaynlarla bitən əmək tutumlu proses idi. Avtomobilin bərpa kanallarının fiziki cəhətdən təkmilləşdirilməsi prosesi xüsusilə çətin idi. Proqramı ENIAC-da quraşdırmaq və onu işə salmağa çalışmaq üç həftə çəkə bilər.

Yeni fikir

Proqramları yaddaşda saxlayan kompüterlərin tətbiqi ilə hər şey dəyişdi. Yaddaşda saxlanılır, onlar bir sıra təlimatları olan bir quruluşdur. Bu o deməkdir ki, maşın hesablamaları yerinə yetirmək üçün dərhal bir sıra əmrlər ala bilər.

Belə proqramların dizaynı özünü dəyişdirən kodlara aiddir. Belə bir obyekt üçün ilk mülahizələrdən biri təlimatların ünvan hissəsini artırmaq və ya başqa şəkildə dəyişdirmək üçün alqoritmə ehtiyac idi. Erkən dizaynlarda əl ilə hazırlanmışdır. İndeks registrləri və dolayı ünvanlama John von Neumann maşın arxitekturasında tapılan ümumi xüsusiyyətlərə çevrildikdə bu, daha az əhəmiyyət kəsb etdi. Başqa bir istifadə, dərhal həll yolu ilə əmr axınına tez-tez istifadə olunan məlumatları daxil etməkdir. Ancaq özünü dəyişdirən kod əsasən tənqid edilmişdir, çünki onu başa düşmək və sazlamaq çətin olur. Bundan əlavə, müasir prosessorların dövrələrinin təkrar istehsalı və keşləşdirilməsi baxımından da təsirsiz olduğu ortaya çıxdı.

Ümumiyyətlə, təlimatları məlumat kimi qəbul etmək bacarığı assemblerləri, kompilyatorları, montajçıları, yükləyiciləri və digər alətləri kompüter dəstəkli proqramlaşdırma obyektləri kimi mümkün edir. Belə desək, proqram yazan proqramlar yazın. Daha kiçik miqyasda, müasir 3D qrafikasında primitiv və ya piksel və təpə şeyderlərinin BitBlt manipulyasiyası kimi təkrarlanan intensiv giriş və çıxış əməliyyatlarının xüsusi aparat olmadan işləmək üçün səmərəsiz olduğu aşkar edilmişdir.

Saxlanılan proqram konsepsiyasının işlənməsi

Maks Nyumanın Kembric Universitetindəki mühazirəsindən sonra riyazi məntiq problemi ilə maraqlanan bir riyaziyyatçı 1936-cı ildə London Riyaziyyat Cəmiyyətinin nəşrində bir məqalə yazdı. Orada o, "universal hesablama maşını" adlandırdığı və hazırda universal Turinq maşını kimi tanınan hipotetik maşını təsvir etdi. Bu arxitekturanın yaradıldığı həm təlimatları, həm də məlumatları ehtiva edən sonsuz bir yaddaşa (müasir terminologiyada - yaddaş) sahib idi. Von Neumann Türinqlə 1935-ci ildə Kembricdə qonaq professor olarkən və 1936-1937-ci illərdə Nyu-Cersi ştatının Prinston şəhərindəki Qabaqcıl Tədqiqatlar İnstitutunda Türinqin doktorluq dissertasiyası zamanı tanış olub.

Müstəqil olaraq Pensilvaniya Dövlət Universitetinin Elektrik Mühəndisliyi Məktəbində ENIAC-ı hazırlayan Gee Presper Eckert və Con Mauchly 1943-cü ilin dekabrında proqramı yaddaşda saxlayan maşın konsepsiyası haqqında yazmışdılar. Yeni maşını, EDVAC-ı planlaşdırarkən, Eckert 1944-cü ilin yanvarında məlumat və proqramları civə metal gecikməsindən istifadə edərək yaddaş ünvanlı yeni bir cihazda saxlayacağını yazdı. Proqramı yaddaşda saxlayan maşının qurulması təcrübədə ilk dəfə olaraq təklif edildi. Eyni zamanda, o və Mauchli Türinqin işindən xəbərsiz idilər (aşağıdakı foto).

Kompüter Memarlığı: Von Neuman Prinsipi

Von Neumann Los Alamos Milli Laboratoriyasında böyük miqdarda hesablama tələb edən "Manhetten Layihəsi"ndə iştirak edirdi. Bu, onu 1944-cü ilin yayında ENIAC layihəsinə cəlb etdi. Orada EDVAC kompüterinin inkişafı ilə bağlı müzakirələrə başladı. Bu qrupun bir hissəsi olaraq, o, Eckert və Mauchly-nin işi əsasında "EDVAC üzrə Birinci Hesabat Layihəsi" adlı məqalə yazdı. Həmkarı Qoldşteyn fon Neyman adı ilə layihəni yayanda (yeri gəlmişkən, Ekkert və Mauchli belə xəbərlərdən məəttəl qaldılar) iş bitməmişdi. Bu sənəd Amerika və Avropada fon Neymanın onlarla həmkarı tərəfindən oxunmuş və kompüterin inkişafının növbəti mərhələsinə böyük təsir göstərmişdir.

"Birinci Layihə"də qeyd olunan fon Neymanın memarlığının əsas prinsipləri Türinq mühəndislik və proqramlaşdırmada ətraflı təsvir edilmiş elektron kalkulyator haqqında hesabatını vurğulayarkən geniş şöhrət qazanırdı. O, həmçinin müəllifin Avtomatik Hesablama Mühərriki (ACE) adlı bir maşın ideyasını təsvir etdi. O, 1946-cı ildə Britaniya Milli Fizika Laboratoriyasının icraiyyə komitəsinə təqdim edib. Zamanla, hətta ACE dizaynının müxtəlif uğurlu tətbiqləri də olmuşdur.

Layihələrin icrasına başlanılması

Həm von Neumann layihəsi, həm də Turing sənədləri yaddaşda müəyyən bir proqramı saxlayan kompüterləri təsvir etdi, lakin fon Neumanın məqaləsi cəmiyyətdə daha çox tiraj əldə etdi və kompüter arxitekturası Con fon Neyman memarlığı kimi tanındı.

1945-ci ildə ilk ENIAC-ın qurulduğu Filadelfiya Mühəndislik Məktəbində olan professor Neumann, bir qrup həmkarı adından rəqəmsal kompüterlərin məntiqi dizaynı haqqında məqalə dərc etdi. Hesabatda o vaxtdan bəri EDVAC kimi tanınan maşının dizaynı üçün kifayət qədər ətraflı təklif var idi. Amerikada bu yaxınlarda yaradılmışdı, lakin hesabat fon Neumanı EDSAC yaratmağa ruhlandırdı.

Manyaklar və Jonyaklar

1947-ci ildə Burks, Qoldşteyn və fon Neumann başqa bir hesabat dərc etdilər və bu, son dərəcə sürətli, bəlkə də saniyədə 20.000-ə qədər əməliyyat yerinə yetirə biləcək başqa bir növ maşının (bu dəfə paralel) dizaynını vurğuladılar. Onlar qeyd etdilər ki, onun qurulmasında həll olunmamış problem bütün məzmunu dərhal əlçatan olmalı olan uyğun yaddaşın layihələndirilməsidir. Onlar ilk olaraq Princeton Laboratoriyasında icad edilən Selectron adlı xüsusi vakuum borusundan istifadə etməyi təklif etdilər. Belə borular bahalı idi və düzəltmək çox çətin idi, xüsusən də bu arxitekturadan istifadə olunarsa. Von Neumann sonradan Williams yaddaşına əsaslanan maşın yaratmağa qərar verdi. 1952-ci ilin iyununda Princetonda tamamlanan bu maşın MANIAC (və ya sadəcə olaraq manyaklar) kimi tanındı. Onun dizaynı hazırda Amerikada tikilməkdə olan və zarafatla Johniacs adlanan yarım onlarla və ya daha çox oxşar cihazın qurulmasına ilham verdi.

Yaradılış prinsipləri

Avtomatik elektron hesablama texnikasında təkmilləşdirmələri və təkmilləşdirmələri özündə cəmləşdirən ən müasir rəqəmsal kompüterlərdən biri Teddinqtondakı Milli Fizika Laboratoriyasında nümayiş etdirildi, burada o, kiçik bir riyaziyyatçı, elektronika və tədqiqat mühəndisi qrupu tərəfindən layihələndirilib və inşa edilib. English Electric Company Ltd-dən bir sıra istehsal mühəndisləri. Avadanlıq hələ də laboratoriyadadır, lakin yalnız Avtomatik Hesablama Mühərriki kimi tanınan daha böyük bölmənin prototipi kimi. Lakin nisbətən az çəkiyə və cəmi 800 termion klapandan ibarət olmasına baxmayaraq, bu, çox sürətli və çox yönlü hesablama maşınıdır.

Maşından istifadə edərək hesablamanın əsas anlayışları və mücərrəd prinsipləri hələ 1936-cı ildə həmin London Riyaziyyat Cəmiyyətinin bazasında doktor Türinq tərəfindən tərtib edilmişdi, lakin Böyük Britaniyada belə maşınlar üzərində iş müharibə ilə gecikdirildi. 1945-ci ildə Milli Fizika Laboratoriyasında bu cür cihazların yaradılması problemlərinin nəzərdən keçirilməsi Riyaziyyat kafedrasının laboratoriya müdiri Dr.Vormsli tərəfindən davam etdirilmişdir. O, kiçik mütəxəssis heyəti ilə Türinqə qoşuldu və 1947-ci ilə qədər ilkin planlaşdırma xüsusi qrupun yaradılmasını əsaslandırmaq üçün kifayət qədər inkişaf etdi.

Fon Neuman memarlığına əsaslanan ilk kompüterlər

Birinci layihə bir çox universitet və korporasiyaların kompüterlərini qurmaq üçün istifadə etdiyi dizaynı təsvir edir. Onların arasında yalnız ILLIAC və ORDVAC uyğun təlimat dəstlərinə malik idi.

Klassik fon Neuman memarlığı 21 iyun 1948-ci ildə proqram yaddaş cihazı kimi ilk uğurlu işini Mançester Universitetinin Baby ləqəbli Mançester Kiçik Eksperimental Maşınında (SSEM) təcəssüm etdirdi.

Kembric Universitetinin EDSAC tipli ilk praktik elektron kompüteri ilk dəfə 1949-cu ilin mayında uğurla istifadəyə verilmişdir.

Yaradılmış modellərin inkişafı

IBM SSEC təlimatları məlumat kimi qəbul etmək qabiliyyətinə malik idi və 27 yanvar 1948-ci ildə ictimaiyyətə nümayiş etdirildi. Bu qabiliyyət ABŞ patentində iddia edildi. Bununla belə, o, tam elektron deyil, qismən elektromexaniki maşın idi. Təcrübədə yaddaş məhdud olduğuna görə təlimatlar kağız lentdən oxunurdu.

Baby saxlanan proqramları işlədən ilk tam elektron kompüter idi. O, 21 iyun 1948-ci ildə sadə bölgü və iki ədədin bir-birinə uyğun olduğunu göstərən hesablama apardıqdan sonra faktorinq proqramını 52 dəqiqə işlətdi.

ENIAC ibtidai yalnız oxunan kompüter kimi işləmək üçün dəyişdirildi, lakin eyni arxitekturadan istifadə edildi və 16 sentyabr 1948-ci ildə Adele Qoldşteyn fon Neumanın köməyi ilə proqramı işə salmaqla nümayiş olundu.

BINAC 1949-cu ilin sentyabrına qədər tamamlanmasa da, 1949-cu ilin fevral, mart və aprel aylarında bir neçə sınaq proqramı həyata keçirdi. Bundan əlavə, bu arxitektura ilə xarakterizə olunan digər elektron kompüterlərin sınaq sınaqları (bəzi uğurlu) həyata keçirilmişdir. Von Neumann, yeri gəlmişkən, Manhetten Layihəsi üzərində işləməyə davam etdi. Belə bir universal insan.

Avtobus sisteminin arxitekturasının təkamülü

Onilliklər sonra, artıq 60-70-ci illərdə kompüterlər daha kiçik və daha sürətli oldu, bu da fon Neumanın kompüter arxitekturasının bəzi təkamüllərinə səbəb oldu. Məsələn, giriş və çıxışın yaddaş xəritələşdirilməsi sistemə inteqrasiya üçün verilənləri və təlimatları emal ediləcək müvafiq cihazların yaddaşda qalmasına imkan verir. Bir avtobus sistemi modul sistemini daha kiçik olanlarla təmin etmək üçün istifadə edilə bilər. Buna bəzən memarlığın “rasionallaşdırılması” da deyirlər. Sonrakı onilliklərdə sadə mikrokontrollerlər qiyməti və ölçüsünü azaltmaq üçün bəzən tipik modelin bəzi xüsusiyyətlərini buraxırlar. Digər tərəfdən, daha böyük kompüterlər, performansı yaxşılaşdırmaq üçün əlavə xüsusiyyətlər əlavə etdikləri üçün qurulmuş arxitekturaya əməl edirlər.

1946-cı ildə D. von Neumann, G. Goldstein və A. Berks birgə məqalələrində kompüterlərin qurulması və istismarının yeni prinsiplərini qeyd etdilər. Sonradan bu prinsiplər əsasında kompüterlərin ilk iki nəsli istehsal edildi. Sonrakı nəsillərdə bəzi dəyişikliklər baş verdi, baxmayaraq ki, Neumann prinsipləri bu gün də aktualdır.

Əslində, Neumann bir çox digər alimlərin elmi inkişaflarını və kəşflərini ümumiləşdirməyə və onların əsasında əsaslı şəkildə yeni bir şey formalaşdırmağa müvəffəq oldu.

Von Neumann prinsipləri

1. Kompüterlərdə ikilik say sistemindən istifadə. Onluq say sistemindən üstünlüyü ondan ibarətdir ki, cihazları kifayət qədər sadə etmək olar və ikilik say sistemində hesab və məntiqi əməliyyatlar da kifayət qədər sadə yerinə yetirilir.
2. Kompüter proqram təminatına nəzarət. Kompüterin işləməsi əmrlər toplusundan ibarət proqram tərəfindən idarə olunur. Əmrlər bir-birinin ardınca ardıcıl olaraq yerinə yetirilir. Saxlanılan proqramı olan maşının yaradılması bu gün proqramlaşdırma dediyimiz işin başlanğıcı idi.
3. Kompüter yaddaşı yalnız məlumatların saxlanması üçün deyil, həm də proqramlar üçün istifadə olunur.. Bu halda həm proqram əmrləri, həm də verilənlər ikilik say sistemində kodlaşdırılır, yəni. onların qeyd üsulu eynidir. Buna görə də, müəyyən hallarda, verilənlərdə olduğu kimi əmrlərdə də eyni hərəkətləri edə bilərsiniz.
4. Kompüter yaddaş hüceyrələrinin ardıcıl nömrələnmiş ünvanları var. İstənilən vaxt istənilən yaddaş hüceyrəsinə ünvanı ilə daxil ola bilərsiniz. Bu prinsip proqramlaşdırmada dəyişənlərdən istifadə imkanını açdı.
5. Proqramın icrası zamanı şərti keçidin mümkünlüyü. Əmrlərin ardıcıl olaraq yerinə yetirilməsinə baxmayaraq, proqramlar kodun istənilən bölməsinə keçid imkanını həyata keçirə bilər.

Bu prinsiplərin ən mühüm nəticəsi ondan ibarətdir ki, indi proqram artıq maşının daimi hissəsi deyildi (məsələn, kalkulyator kimi). Proqramı asanlıqla dəyişdirmək mümkün oldu. Ancaq avadanlıq, əlbəttə ki, dəyişməz və çox sadə olaraq qalır.

Müqayisə üçün qeyd edək ki, ENIAC kompüterinin proqramı (saxlanılan proqramı olmayan) paneldəki xüsusi keçidlər vasitəsilə müəyyən edilirdi. Maşını yenidən proqramlaşdırmaq üçün bir gündən çox vaxt lazım ola bilər (jumperləri fərqli təyin edin). Müasir kompüterlər üçün proqramların yazılması illərlə tələb olunsa da, onlar sabit diskdə bir neçə dəqiqə quraşdırıldıqdan sonra milyonlarla kompüterdə işləyir.

von Neumann maşını necə işləyir?

Fon Neyman maşını yaddaş qurğusundan (yaddaşdan) - yaddaşdan, arifmetik-məntiqi vahiddən - ALU-dan, idarəetmə qurğusundan - CU-dan, həmçinin giriş və çıxış qurğularından ibarətdir.

Proqramlar və verilənlər giriş qurğusundan arifmetik məntiq vahidi vasitəsilə yaddaşa daxil edilir. Bütün proqram əmrləri bitişik yaddaş hüceyrələrinə yazılır və emal üçün məlumatlar ixtiyari hüceyrələrdə ola bilər. İstənilən proqram üçün sonuncu əmr bağlanma əmri olmalıdır.

Komanda hansı əməliyyatın yerinə yetirilməli olduğu (müəyyən bir aparatda mümkün əməliyyatlardan) və göstərilən əməliyyatın yerinə yetirilməli olduğu məlumatların saxlandığı yaddaş hüceyrələrinin ünvanlarından, həmçinin xananın ünvanından ibarətdir. nəticənin yazılmalı olduğu yer (əgər onu yaddaşda saxlamaq lazımdırsa).

Arifmetik məntiq vahidi göstərilən məlumatlar üzərində təlimatlarla müəyyən edilmiş əməliyyatları yerinə yetirir.

Arifmetik məntiq vahidindən nəticələr yaddaşa və ya çıxış cihazına verilir. Yaddaşın çıxış qurğusundan əsas fərqi ondan ibarətdir ki, yaddaşda verilənlər kompüter tərəfindən emal üçün əlverişli formada saxlanılır və çıxış qurğularına (printer, monitor və s.) rahat şəkildə göndərilir. bir şəxs üçün.

İdarəetmə bloku kompüterin bütün hissələrini idarə edir. İdarəetmə qurğusundan digər qurğular “nə etməli” siqnallarını alır və digər cihazlardan idarəetmə bloku onların vəziyyəti haqqında məlumat alır.

İdarəetmə qurğusunda “proqram sayğacı” adlanan xüsusi registr (hüceyrə) var. Proqram və verilənlər yaddaşa yükləndikdən sonra proqramın sayğacına proqramın birinci əmrinin ünvanı yazılır. İdarəetmə bloku, ünvanı proqram sayğacında olan yaddaş hüceyrəsinin məzmununu yaddaşdan oxuyur və onu xüsusi bir cihazda - "Komanda Reyestrində" yerləşdirir. İdarəetmə bloku əmrin işini müəyyən edir, əmrdə ünvanları göstərilən məlumatları yaddaşda "qeyd edir" və əmrin yerinə yetirilməsinə nəzarət edir. Əməliyyat ALU və ya kompüter avadanlığı tərəfindən həyata keçirilir.

İstənilən əmrin yerinə yetirilməsi nəticəsində proqram sayğacı bir dəfə dəyişir və deməli, proqramın növbəti əmrini göstərir. Cari əmrin yanında olmayan, lakin veriləndən müəyyən sayda ünvanla ayrılan əmri yerinə yetirmək lazım olduqda, xüsusi keçid əmri idarəetmənin ötürülməli olduğu xananın ünvanını ehtiva edir. .

Von Neumann Prinsipləri (Von Neumann Arxitektura)

Kompüter arxitekturası

1946-cı ildə D. von Neumann, G. Goldstein və A. Berks birgə məqalələrində kompüterlərin qurulması və istismarının yeni prinsiplərini qeyd etdilər. Sonradan bu prinsiplər əsasında kompüterlərin ilk iki nəsli istehsal edildi. Sonrakı nəsillərdə bəzi dəyişikliklər baş verdi, baxmayaraq ki, Neumann prinsipləri bu gün də aktualdır.

Əslində, Neumann bir çox digər alimlərin elmi inkişaflarını və kəşflərini ümumiləşdirməyə və onların əsasında əsaslı şəkildə yeni bir şey formalaşdırmağa müvəffəq oldu.

Von Neumann prinsipləri

Kompüterlərdə ikilik say sistemindən istifadə. Onluq say sistemindən üstünlüyü ondan ibarətdir ki, cihazları kifayət qədər sadə etmək olar və ikilik say sistemində hesab və məntiqi əməliyyatlar da kifayət qədər sadə yerinə yetirilir.

Kompüter proqram təminatına nəzarət. Kompüterin işləməsi əmrlər toplusundan ibarət proqram tərəfindən idarə olunur. Əmrlər bir-birinin ardınca ardıcıl olaraq yerinə yetirilir. Saxlanılan proqramı olan maşının yaradılması bu gün proqramlaşdırma dediyimiz işin başlanğıcı idi.

Kompüter yaddaşı yalnız məlumatların saxlanması üçün deyil, həm də proqramlar üçün istifadə olunur.. Bu halda həm proqram əmrləri, həm də verilənlər ikilik say sistemində kodlaşdırılır, yəni. onların qeyd üsulu eynidir. Buna görə də, müəyyən hallarda, verilənlərdə olduğu kimi əmrlərdə də eyni hərəkətləri edə bilərsiniz.

Kompüter yaddaş hüceyrələrinin ardıcıl nömrələnmiş ünvanları var. İstənilən vaxt istənilən yaddaş hüceyrəsinə ünvanı ilə daxil ola bilərsiniz. Bu prinsip proqramlaşdırmada dəyişənlərdən istifadə imkanını açdı.

Proqramın icrası zamanı şərti keçidin mümkünlüyü. Əmrlərin ardıcıl olaraq yerinə yetirilməsinə baxmayaraq, proqramlar kodun istənilən bölməsinə keçid imkanını həyata keçirə bilər.

Bu prinsiplərin ən mühüm nəticəsi ondan ibarətdir ki, indi proqram artıq maşının daimi hissəsi deyildi (məsələn, kalkulyator kimi). Proqramı asanlıqla dəyişdirmək mümkün oldu. Ancaq avadanlıq, əlbəttə ki, dəyişməz və çox sadə olaraq qalır.

Müqayisə üçün qeyd edək ki, ENIAC kompüterinin proqramı (saxlanılan proqramı olmayan) paneldəki xüsusi keçidlər vasitəsilə müəyyən edilirdi. Maşını yenidən proqramlaşdırmaq üçün bir gündən çox vaxt lazım ola bilər (jumperləri fərqli təyin edin). Müasir kompüterlər üçün proqramların yazılması illərlə tələb olunsa da, onlar sabit diskdə bir neçə dəqiqə quraşdırıldıqdan sonra milyonlarla kompüterdə işləyir.

von Neumann maşını necə işləyir?

Fon Neyman maşını yaddaş qurğusundan (yaddaşdan) - yaddaşdan, arifmetik-məntiqi vahiddən - ALU-dan, idarəetmə qurğusundan - CU-dan, həmçinin giriş və çıxış qurğularından ibarətdir.

Proqramlar və verilənlər giriş qurğusundan arifmetik məntiq vahidi vasitəsilə yaddaşa daxil edilir. Bütün proqram əmrləri bitişik yaddaş hüceyrələrinə yazılır və emal üçün məlumatlar ixtiyari hüceyrələrdə ola bilər. İstənilən proqram üçün sonuncu əmr bağlanma əmri olmalıdır.

Komanda hansı əməliyyatın yerinə yetirilməli olduğu (müəyyən bir aparatda mümkün əməliyyatlardan) və göstərilən əməliyyatın yerinə yetirilməli olduğu məlumatların saxlandığı yaddaş hüceyrələrinin ünvanlarından, həmçinin xananın ünvanından ibarətdir. nəticənin yazılmalı olduğu yer (əgər onu yaddaşda saxlamaq lazımdırsa).

Arifmetik məntiq vahidi göstərilən məlumatlar üzərində təlimatlarla müəyyən edilmiş əməliyyatları yerinə yetirir.

Arifmetik məntiq vahidindən nəticələr yaddaşa və ya çıxış cihazına verilir. Yaddaşın çıxış qurğusundan əsas fərqi ondan ibarətdir ki, yaddaşda verilənlər kompüter tərəfindən emal üçün əlverişli formada saxlanılır və çıxış qurğularına (printer, monitor və s.) rahat şəkildə göndərilir. bir şəxs üçün.

İdarəetmə bloku kompüterin bütün hissələrini idarə edir. İdarəetmə qurğusundan digər qurğular “nə etməli” siqnallarını alır və digər cihazlardan idarəetmə bloku onların vəziyyəti haqqında məlumat alır.

İdarəetmə qurğusunda “proqram sayğacı” adlanan xüsusi registr (hüceyrə) var. Proqram və verilənlər yaddaşa yükləndikdən sonra proqramın sayğacına proqramın birinci əmrinin ünvanı yazılır. İdarəetmə bloku, ünvanı proqram sayğacında olan yaddaş hüceyrəsinin məzmununu yaddaşdan oxuyur və onu xüsusi bir cihazda - "Komanda Reyestrində" yerləşdirir. İdarəetmə bloku əmrin işini müəyyən edir, əmrdə ünvanları göstərilən məlumatları yaddaşda "qeyd edir" və əmrin yerinə yetirilməsinə nəzarət edir. Əməliyyat ALU və ya kompüter avadanlığı tərəfindən həyata keçirilir.

İstənilən əmrin yerinə yetirilməsi nəticəsində proqram sayğacı bir dəfə dəyişir və deməli, proqramın növbəti əmrini göstərir. Cari əmrin yanında olmayan, lakin veriləndən müəyyən sayda ünvanla ayrılan əmri yerinə yetirmək lazım olduqda, xüsusi keçid əmri idarəetmənin ötürülməli olduğu xananın ünvanını ehtiva edir. .

Von Neumann prinsipləri[redaktə | mənbə mətni redaktə et]

Yaddaşın homojenliyi prinsipi

Əmrlər və verilənlər eyni yaddaşda saxlanılır və yaddaşda xaricdən fərqlənmir. Onları yalnız istifadə üsulu ilə tanımaq olar; yəni yaddaş xanasındakı eyni dəyər yalnız ona daxil olma üsulundan asılı olaraq verilənlər, əmr və ünvan kimi istifadə edilə bilər. Bu, nömrələrdə olduğu kimi əmrlər üzərində də eyni əməliyyatları yerinə yetirməyə imkan verir və müvafiq olaraq, bir sıra imkanlar açır. Beləliklə, əmrin ünvan hissəsini tsiklik olaraq dəyişdirməklə verilənlər massivinin ardıcıl elementlərinə daxil olmaq mümkündür. Bu texnika komanda modifikasiyası adlanır və müasir proqramlaşdırma baxımından tövsiyə edilmir. Daha faydalı olan homojenlik prinsipinin başqa bir nəticəsidir, o zaman bir proqramdan göstərişlər başqa bir proqramın icrası nəticəsində əldə edilə bilər. Bu imkan tərcümənin əsasını təşkil edir - proqram mətninin yüksək səviyyəli dildən konkret kompüterin dilinə tərcüməsi.

Hədəf prinsipi

Struktur olaraq əsas yaddaş nömrələnmiş xanalardan ibarətdir və istənilən xana istənilən vaxt prosessor üçün əlçatan olur. Əmrlərin və verilənlərin ikili kodları söz adlanan və yaddaş xanalarında saxlanılan informasiya vahidlərinə bölünür və onlara daxil olmaq üçün müvafiq xanaların - ünvanların nömrələrindən istifadə olunur.

Proqrama nəzarət prinsipi

Problemin həlli üçün alqoritmdə nəzərdə tutulmuş bütün hesablamalar idarəetmə sözlərinin ardıcıllığından - əmrlərdən ibarət proqram şəklində təqdim edilməlidir. Hər bir əmr kompüter tərəfindən həyata keçirilən əməliyyatlar toplusundan bəzi əməliyyatları təyin edir. Proqram əmrləri kompüterin ardıcıl yaddaş xanalarında saxlanılır və təbii ardıcıllıqla, yəni proqramda yerləşmə ardıcıllığı ilə yerinə yetirilir. Lazım gələrsə, xüsusi əmrlərdən istifadə edərək, bu ardıcıllığı dəyişdirmək olar. Proqram əmrlərinin yerinə yetirilməsi qaydasının dəyişdirilməsi haqqında qərar ya əvvəlki hesablamaların nəticələrinin təhlili əsasında, ya da qeyd-şərtsiz qəbul edilir.

Binar kodlaşdırma prinsipi

Bu prinsipə əsasən, həm verilənlər, həm də əmrlər olan bütün informasiyalar 0 və 1 binar rəqəmləri ilə kodlaşdırılır. Hər bir informasiya növü ikili ardıcıllıqla təmsil olunur və öz formatına malikdir. Müəyyən məna daşıyan formatda bitlərin ardıcıllığına sahə deyilir. Rəqəmsal məlumatda adətən işarə sahəsi və əhəmiyyətli rəqəmlər sahəsi olur. Komanda formatında iki sahəni ayırd etmək olar: əməliyyat kodu sahəsi və ünvanlar sahəsi.

Əhəmiyyətini həddən artıq qiymətləndirmək çətin olan başqa bir həqiqətən inqilabi ideya Neumann tərəfindən təklif olunan “saxlanan proqram” prinsipidir. Başlanğıcda, proqram xüsusi patch paneldə jumpers quraşdıraraq quruldu. Bu, çox əmək tələb edən bir iş idi: məsələn, ENIAC maşınının proqramını dəyişdirmək bir neçə gün çəkdi (hesablamanın özü bir neçə dəqiqədən çox davam edə bilmədi - lampalar uğursuz oldu). Neumann ilk dəfə başa düşdü ki, proqram həm də sıfırlar və birlər silsiləsi kimi, emal etdiyi nömrələrlə eyni yaddaşda saxlanıla bilər. Proqramla verilənlər arasında əsaslı fərqin olmaması hesablamaların nəticələrinə uyğun olaraq kompüterin özü üçün proqram yaratmasına şərait yaratdı.

Von Neumann təkcə kompüterin məntiqi quruluşunun fundamental prinsiplərini irəli sürmədi, həm də onun strukturunu təklif etdi və bu, kompüterlərin ilk iki nəsli zamanı təkrarlandı. Neumanna görə əsas bloklar idarəetmə bloku (CU) və arifmetik-məntiqi vahid (ALU) (adətən mərkəzi prosessorda birləşir), yaddaş, xarici yaddaş, giriş və çıxış cihazlarıdır. Belə bir kompüterin dizayn diaqramı Şek. 1. Qeyd etmək lazımdır ki, xarici yaddaş giriş və çıxış qurğularından ona görə fərqlənir ki, ona verilənlər kompüter üçün əlverişli, lakin insanın birbaşa qavraması üçün əlçatmaz formada daxil edilir. Beləliklə, maqnit disk sürücüsü xarici yaddaşa, klaviatura isə daxiletmə qurğusuna, displey və çap çıxış qurğularına aiddir.

düyü. 1. Fon Neyman prinsipləri əsasında qurulmuş kompüter arxitekturası. Oxları olan bərk xətlər məlumat axınının istiqamətini, nöqtəli xətlər prosessordan digər kompüter qovşaqlarına nəzarət siqnallarını göstərir.

Müasir kompüterlərdə idarəetmə qurğusu və arifmetik-məntiqi vahid bir vahiddə - yaddaşdan və xarici qurğulardan gələn məlumatların çeviricisi olan prosessorda birləşdirilmişdir (buraya yaddaşdan təlimatların alınması, kodlaşdırma və dekodlaşdırma, müxtəlif, o cümlədən arifmetik əməliyyatların yerinə yetirilməsi daxildir. , əməliyyatlar, kompüter qovşaqlarının işinin koordinasiyası). Prosessorun funksiyaları aşağıda daha ətraflı müzakirə olunacaq.

Yaddaş (yaddaş) məlumat (məlumat) və proqramları saxlayır. Müasir kompüterlərdə saxlama qurğusu “çoxsəviyyəlidir” və kompüterin müəyyən bir zamanda bilavasitə işlədiyi məlumatı (icra olunan proqram, onun üçün lazım olan məlumatların bir hissəsi, bəziləri) saxlayan təsadüfi giriş yaddaşını (RAM) ehtiva edir. nəzarət proqramları) və xarici yaddaş qurğuları (ESD). ) RAM-dan daha böyük tutum. lakin əhəmiyyətli dərəcədə yavaş girişlə (və saxlanılan məlumatın 1 baytı üçün əhəmiyyətli dərəcədə aşağı qiymət). Yaddaş qurğularının təsnifatı RAM və VRAM ilə bitmir - müəyyən funksiyalar həm SRAM (super təsadüfi giriş yaddaşı), ROM (yalnız oxumaq üçün yaddaş), həm də kompüter yaddaşının digər alt növləri tərəfindən yerinə yetirilir.

Təsvir edilən sxemə uyğun qurulmuş kompüterdə təlimatlar ardıcıl olaraq yaddaşdan oxunur və yerinə yetirilir. Növbəti yaddaş xanasının nömrəsi (ünvanı). növbəti proqram əmrinin çıxarılacağı xüsusi bir cihaz - idarəetmə blokunda bir əmr sayğacı ilə göstərilir. Onun olması da sözügedən memarlığın xarakterik xüsusiyyətlərindən biridir.

Fon Neumann tərəfindən hazırlanmış hesablama cihazlarının arxitekturasının əsasları o qədər fundamental oldu ki, ədəbiyyatda "von Neumann memarlığı" adını aldılar. Bu gün kompüterlərin böyük əksəriyyəti fon Neuman maşınlarıdır. Yeganə istisnalar paralel hesablamalar üçün proqram sayğacının olmadığı, dəyişənin klassik konsepsiyasının həyata keçirilmədiyi və klassik modeldən digər əhəmiyyətli fundamental fərqlərin olduğu müəyyən tip sistemlərdir (nümunələrə axın və reduksiya kompüterləri daxildir).

Göründüyü kimi, fon Neuman arxitekturasından əhəmiyyətli bir sapma, məlumat emalının hesablamalara deyil, məntiqi nəticələrə əsaslandığı beşinci nəsil maşınlar ideyasının inkişafı nəticəsində baş verəcəkdir.

.

Kompüter arxitekturasının doktrinasının əsasları görkəmli Amerika riyaziyyatçısı Con fon Neyman tərəfindən qoyulmuşdur. O, 1944-cü ildə dünyanın ilk boru kompüteri ENIAC-ın yaradılmasında, onun dizaynı artıq seçildiyi zaman iştirak etdi. İşi zamanı həmkarları G. Goldstein və A. Berks ilə çoxsaylı müzakirələr zamanı fon Neumann prinsipcə yeni kompüter ideyasını ifadə etdi. 1946-cı ildə elm adamları "Elektron hesablama qurğusunun məntiqi dizaynının ilkin nəzərdən keçirilməsi" adlı klassik məqalədə kompüterlərin qurulması prinsiplərini açıqladılar. O vaxtdan yarım əsr keçsə də, orada irəli sürülən müddəalar bu gün də öz aktuallığını saxlayır.

Məqalə rəqəmləri təmsil etmək üçün ikili sistemin istifadəsini inandırıcı şəkildə əsaslandırır (xatırlatmaq lazımdır ki, əvvəllər bütün kompüterlər işlənmiş ədədləri onluq formada saxlayırdılar). Müəlliflər ikili sistemin texniki həyata keçirilməsi üçün üstünlüklərini, onda hesab və məntiqi əməliyyatların yerinə yetirilməsinin rahatlığını və sadəliyini inandırıcı şəkildə nümayiş etdirmişlər. Sonralar kompüterlər qeyri-rəqəmli informasiya növlərini - mətn, qrafik, səs və başqalarını emal etməyə başladılar, lakin ikili verilənlərin kodlaşdırılması hələ də istənilən müasir kompüterin informasiya əsasını təşkil edir.

Əhəmiyyətini həddən artıq qiymətləndirmək çətin olan başqa bir həqiqətən inqilabi ideya Neumann tərəfindən təklif olunan “saxlanan proqram” prinsipidir. Başlanğıcda, proqram xüsusi patch paneldə jumpers quraşdıraraq quruldu. Bu, çox əmək tələb edən bir iş idi: məsələn, ENIAC maşınının proqramını dəyişdirmək bir neçə gün çəkdi (faktiki hesablama bir neçə dəqiqədən çox davam edə bilmədiyi halda lampalar uğursuz oldu). Neumann ilk dəfə başa düşdü ki, proqram həm də sıfırlar və birlər silsiləsi kimi, emal etdiyi nömrələrlə eyni yaddaşda saxlanıla bilər. Proqramla verilənlər arasında əsaslı fərqin olmaması hesablamaların nəticələrinə uyğun olaraq kompüterin özü üçün proqram yaratmasına şərait yaratdı.

Von Neumann təkcə kompüterin məntiqi quruluşunun fundamental prinsiplərini irəli sürmədi, həm də onun strukturunu təklif etdi və bu, kompüterlərin ilk iki nəsli zamanı təkrarlandı. Neumanna görə əsas bloklar idarəetmə bloku (CU) və arifmetik-məntiqi vahid (ALU) (adətən mərkəzi prosessorda birləşir), yaddaş, xarici yaddaş, giriş və çıxış cihazlarıdır. Belə bir kompüterin dizayn diaqramı Şek. 1. Qeyd etmək lazımdır ki, xarici yaddaş giriş və çıxış qurğularından ona görə fərqlənir ki, ona verilənlər kompüter üçün əlverişli, lakin insanın birbaşa qavraması üçün əlçatmaz formada daxil edilir. Beləliklə, maqnit disk sürücüsü xarici yaddaş, klaviatura isə daxiletmə qurğusu, displey və çap çıxış qurğularıdır.

düyü. 1. Fon Neyman prinsipləri əsasında qurulmuş kompüter arxitekturası. Oxları olan bərk xətlər məlumat axınının istiqamətini, nöqtəli xətlər prosessordan digər kompüter qovşaqlarına nəzarət siqnallarını göstərir.

Müasir kompüterlərdə idarəetmə qurğusu və arifmetik-məntiqi blok yaddaşdan və xarici qurğulardan gələn məlumatların çeviricisi olan bir blok prosessorunda birləşdirilmişdir (buraya yaddaşdan təlimatların alınması, kodlaşdırma və dekodlaşdırma, müxtəlif, o cümlədən hesab əməliyyatlarının yerinə yetirilməsi daxildir) , kompüter qovşaqlarının işinin koordinasiyası). Prosessorun funksiyaları aşağıda daha ətraflı müzakirə olunacaq.

Yaddaş (yaddaş) məlumat (məlumat) və proqramları saxlayır. Müasir kompüterlərdə saxlama qurğusu “çoxsəviyyəlidir” və kompüterin müəyyən bir zamanda bilavasitə işlədiyi məlumatı (icra olunan proqram, onun üçün lazım olan məlumatların bir hissəsi, bəziləri) saxlayan təsadüfi giriş yaddaşını (RAM) ehtiva edir. nəzarət proqramları) və xarici yaddaş qurğuları (ESD). ) RAM-dan daha böyük tutum. lakin əhəmiyyətli dərəcədə yavaş girişlə (və saxlanılan məlumatın 1 baytı üçün əhəmiyyətli dərəcədə aşağı qiymət). Yaddaş qurğularının təsnifatı RAM və VRAM ilə bitmir, müəyyən funksiyaları həm SRAM (təsadüfi giriş yaddaşı), ROM (yalnız oxumaq üçün yaddaş), həm də kompüter yaddaşının digər alt növləri yerinə yetirir.

Təsvir edilən sxemə uyğun qurulmuş kompüterdə təlimatlar ardıcıl olaraq yaddaşdan oxunur və yerinə yetirilir. Növbəti yaddaş xanasının nömrəsi (ünvanı). növbəti proqram əmrinin çıxarılacağı xüsusi bir cihaz - idarəetmə blokunda bir əmr sayğacı ilə göstərilir. Onun olması da sözügedən memarlığın xarakterik xüsusiyyətlərindən biridir.

Fon Neumann tərəfindən hazırlanmış hesablama cihazlarının arxitekturasının əsasları o qədər fundamental oldu ki, ədəbiyyatda "von Neumann memarlığı" adını aldılar. Bu gün kompüterlərin böyük əksəriyyəti fon Neuman maşınlarıdır. Yeganə istisnalar paralel hesablamalar üçün proqram sayğacının olmadığı, dəyişənin klassik konsepsiyasının həyata keçirilmədiyi və klassik modeldən digər əhəmiyyətli fundamental fərqlərin olduğu müəyyən tip sistemlərdir (nümunələrə axın və reduksiya kompüterləri daxildir).

Göründüyü kimi, fon Neumann memarlığından əhəmiyyətli bir sapma, məlumat emalının hesablamalara deyil, məntiqi nəticələrə əsaslandığı beşinci nəsil maşınlar ideyasının inkişafı nəticəsində baş verəcəkdir.

Nostalji kimi bir şey: Von Neumann Prinsipləri

Kompüter arxitekturasından mühazirələrin birinci hissəsi olan notebooku tapa bilmədim, ona görə də məlumatları başqa mənbələrdən götürməli oldum.
1945-ci ildə ABŞ-da ENIAC layihəsi üzərində işləyən macar əsilli fizik və riyaziyyatçı Con von Neumann kompüterin qurulmasının əsas prinsiplərini əks etdirən hesabat dərc etdi. Hesabatda ifadə olunan müddəalar “Von Neymanın Prinsipləri” adlanırdı.

1. Proqrama nəzarət prinsipi.
Proqram prosessor tərəfindən ardıcıl olaraq yerinə yetirilən təlimatlar toplusundan ibarətdir. Proqram sayğacdan istifadə edərək proqram yaddaşdan çıxarılır. “Stop” əmrinə çatdıqda və yerinə yetirildikdə yaddaşdan əmrlərin alınması dayanır.

Bu onu göstərir ki, proqramdakı əmrlər və proqramların özləri bir-birinin ardınca ardıcıl olaraq yerinə yetirilir. Həmçinin, von Neumann arxitekturası, icra edilənə dərhal əməl etməyən, lakin başqa bir yaddaş yerində yerləşən əmri yerinə yetirmək lazımdırsa, şərti və qeyd-şərtsiz budaqlar yaratmağa imkan verir. Lakin bu, əmrin icrasının ardıcıl prinsipini pozmur, çünki bir anda yalnız bir əmr yerinə yetirilə bilər.

2. Yaddaşın homojenliyi prinsipi.
Proqramlar və verilənlər ikili kodla kodlanır və eyni yaddaşda saxlanılır. Məlumatlarda olduğu kimi əmrlərdə də eyni hərəkətləri edə bilərsiniz.

Beləliklə, yaddaş üçün müəyyən bir hüceyrədə nəyin saxlanmasının əhəmiyyəti yoxdur - verilənlər və ya əmrlər. Həmçinin, bu prinsip proqramın icra zamanı özünü emala məruz qoymasına imkan verir (proqramda sikllərin və alt proqramların icrası belə təşkil olunur). Bir proqramın əmrləri digər proqramın icrası nəticəsində əldə edilə bilər. Tərcümə üsulları — proqram mətninin yüksək səviyyəli proqramlaşdırma dilindən konkret maşının əmr dilinə tərcüməsi — bu prinsipə əsaslanır.

Fərqli məlumat növləri öz növbəsində formatlara görə fərqlənə bilər.

3. Məqsədlilik prinsipi.

Struktur olaraq əsas yaddaş (RAM) nömrələnmiş hüceyrələrdən ibarətdir. İstənilən hüceyrə istənilən vaxt prosessor üçün əlçatandır.

RAM, olduğu kimi, sabit uzunluqdakı hüceyrələrə bölünür. Hər bir belə hüceyrənin bir ünvanı (və əslində bir nömrə) var, onunla əlaqə quraraq hüceyrənin məzmununu əldə edə bilərsiniz.

Bu prinsiplər uzun müddət kompüterlərin inkişafında həlledici oldu. Yalnız 60-cı illərdə fon Neymanın prinsiplərindən kənara çıxan hesablama sistemləri nəzəriyyəsi meydana çıxdı (əsas fərq hesablamaların paralelliyi idi). Lakin bu, böyük peşəkar kompüterlərə şamil edilirdi və fərdi kompüterlər son vaxtlara qədər bu prinsiplərdən istifadə edirdilər. Kompüter arxitekturası müəllimimiz İqor Yusupoviç bizə dedi ki, Von Neumann kompüteri praktiki olaraq tükənib. Onda bunun nə ilə nəticələnəcəyini bilmirdim, amma indi iki və dörd nüvəli prosessorlar adi hala çevrilib

Kompüter memarlığı və fon Neyman prinsipləri

"Arxitektura" termini kompüterin əsas məntiqi qovşaqlarının iş prinsipini, konfiqurasiyasını və qarşılıqlı əlaqəsini təsvir etmək üçün istifadə olunur. Memarlıq kompüterin qurulduğu çoxsəviyyəli aparat və proqram təminatı iyerarxiyasıdır.

Kompüter arxitekturasının doktrinasının əsasları görkəmli Amerika riyaziyyatçısı Con fon Neyman tərəfindən qoyulmuşdur. İlk Eniak kompüteri 1946-cı ildə ABŞ-da yaradılmışdır. Yaradıcılar qrupuna daxildir fon Neumann, kim təklif etdi kompüter quruluşunun əsas prinsipləri: məlumatı təmsil etmək üçün ikilik say sisteminə keçid və saxlanılan proqramın prinsipi.

Hesablama proqramının kompüterin yaddaş qurğusunda yerləşdirilməsi təklif edilmişdir ki, bu da komandaların avtomatik icrasını təmin edəcək və nəticədə kompüterin sürətini artıracaqdır. (Xatırladaq ki, əvvəllər bütün kompüterlər işlənmiş ədədləri onluq formada saxlayırdılar və proqramlar xüsusi patç paneldə keçidlər quraşdırmaq yolu ilə müəyyən edilirdi.) Neumann ilk olaraq proqramın sıfırlar və birlər dəsti kimi də saxlanıla biləcəyini təxmin etdi. eyni yaddaş və onun emal etdiyi nömrələr.

Kompüterin qurulmasının əsas prinsipləri:

1. İstənilən kompüter üç əsas komponentdən ibarətdir: prosessor, yaddaş və qurğu. giriş-çıxış (I/O).

2. Kompyuterin işlədiyi informasiya iki növə bölünür:

emal əmrləri (proqramları) dəsti; emal ediləcək məlumatlar.

3. Həm əmrlər, həm də məlumatlar yaddaşa (RAM) daxil edilir – saxlanan proqram prinsipi .

4. Emalı prosessor idarə edir, onun idarəetmə bloku (İB) operativ yaddaşdan əmrləri seçir və onların icrasını təşkil edir, hesab-məntiqi vahid (ALU) isə verilənlər üzərində arifmetik və məntiqi əməliyyatları yerinə yetirir.

5. Giriş/çıxış qurğuları (giriş/çıxış) prosessor və operativ yaddaşa qoşulur.

Von Neumann təkcə kompüterlərin məntiqi quruluşunun fundamental prinsiplərini irəli sürmədi, həm də kompüterlərin ilk iki nəsli ərzində təkrar istehsal olunan bir quruluş təklif etdi.

Xarici yaddaş cihazı (ESD)

düyü. 1. Kompüter arxitekturası Formanın sonu,

Təsadüfi Giriş Yaddaş (RAM)

prinsiplər üzərində qurulmuşdur

fon Neumann

- informasiya axınlarının istiqaməti; - prosessordan digər kompüter qovşaqlarına idarəetmə siqnallarının istiqaməti

Fon Neumann tərəfindən hazırlanmış hesablama cihazlarının arxitekturasının əsasları o qədər fundamental oldu ki, ədəbiyyatda "von Neumann memarlığı" adını aldılar. Bu gün VM-lərin böyük əksəriyyəti belədir von Neumann maşınları.

Üçüncü nəsil kompüterlərin meydana çıxması tranzistorlardan inteqral sxemlərə keçidlə bağlı olub ki, bu da prosessorun sürətinin artmasına səbəb olub. İndi prosessor daha yavaş giriş/çıxış qurğularından məlumat gözləyərək boş işləməyə məcbur oldu və bu, bütövlükdə bütün kompüterin səmərəliliyini aşağı saldı. Bu problemi həll etmək üçün xarici cihazların işini idarə etmək üçün xüsusi sxemlər yaradıldı və ya sadəcə olaraq nəzarətçilər.

Müasir fərdi kompüterlərin arxitekturasına əsaslanır magistral-modul prinsipi. Kompüter qurğuları arasında informasiya əlaqəsi vasitəsilə həyata keçirilir sistem avtobusu(digər adı sistemli magistraldır).

Avtobus çoxlu keçiricilərdən ibarət kabeldir. Bir qrup dirijor - məlumat avtobusu emal edilmiş məlumat ötürülür, digər tərəfdən - ünvan avtobusu- prosessorun daxil olduğu yaddaşın və ya xarici cihazların ünvanları. Magistral yolun üçüncü hissəsi - nəzarət avtobusu, onun vasitəsilə idarəetmə siqnalları ötürülür (məsələn, cihazın işə hazır olması siqnalı, cihazın işə başlaması üçün siqnal və s.).

Sistem avtobusu necə işləyir? Artıq dedik ki, bir və sıfır bitlər yalnız proqramçıların başlarında mövcuddur. Bir prosessor üçün yalnız kontaktlarındakı gərginliklər realdır. Hər bir pin bir bitə uyğundur və prosessor yalnız iki gərginlik səviyyəsini ayırd etməlidir: bəli/yox, yüksək/aşağı. Buna görə də, prosessorun ünvanı ünvan şini adlanan xüsusi kontaktlardakı gərginliklər ardıcıllığıdır. Təsəvvür edə bilərsiniz ki, ünvan avtobusunun kontaktlarında gərginliklər təyin edildikdən sonra, göstərilən ünvanda saxlanılan nömrəni kodlaşdıraraq məlumat avtobusunun kontaktlarında gərginliklər görünür. Bu şəkil çox kobuddur, çünki məlumatların yaddaşdan çıxarılması üçün vaxt lazımdır. Qarışıqlığın qarşısını almaq üçün prosessorun işləməsi xüsusi saat generatoru tərəfindən idarə olunur. O, prosessorun işini ayrı-ayrı addımlara bölən impulslar istehsal edir. Prosessor vaxtının vahidi bir takt dövrü, yəni takt generatorunun iki impulsları arasındakı intervaldır.

Prosessorun ünvan avtobusunda görünən gərginliklərə fiziki ünvan deyilir. Real rejimdə prosessor yalnız fiziki ünvanlarla işləyir. Əksinə, prosessorun qorunan rejimi maraqlıdır, çünki proqram məntiqi ünvanlarla işləyir və prosessor onları görünməz şəkildə fiziki ünvanlara çevirir. Windows sistemi prosessor üçün qorunan rejimdən istifadə edir. Müasir əməliyyat sistemləri və proqramları o qədər yaddaş tələb edir ki, prosessorun qorunan rejimi onun real rejimindən qat-qat "real" olub.

Sistem avtobusu xarakterizə olunur saat tezliyi və bit dərinliyi. Avtobusda eyni vaxtda ötürülən bitlərin sayı deyilir avtobus eni. Saat tezliyi 1 saniyədə elementar məlumat ötürmə əməliyyatlarının sayını xarakterizə edir. Avtobusun eni bitlərlə, saat tezliyi megahertzlə ölçülür.

Prosessordan digər cihazlara verilənlər avtobusu vasitəsilə ötürülən hər hansı məlumat müşayiət olunur ünvanıünvan avtobusu ilə ötürülür. Bu yaddaş xanasının ünvanı və ya periferik cihazın ünvanı ola bilər. Avtobus eninin yaddaş xanasının ünvanını ötürməyə imkan verməsi lazımdır. Beləliklə, sözlə desək, avtobusun eni kompüterin operativ yaddaşının miqdarını məhdudlaşdırır, o, -dən çox ola bilməz, burada n avtobusun enidir. Avtobusa qoşulmuş bütün cihazların performansının ardıcıl olması vacibdir. Sürətli prosessor və yavaş yaddaş və ya sürətli prosessor və yaddaşa sahib olmaq ağıllı deyil, yavaş sabit diskə sahib olmaqdır.

düyü. 2. Magistral prinsip əsasında qurulmuş kompüterin diaqramı

Müasir kompüterlərdə bu həyata keçirilir açıq memarlıq prinsipi, istifadəçiyə ehtiyac duyduğu kompüter konfiqurasiyasını yığmağa və lazım olduqda onu təkmilləşdirməyə imkan verir.

Konfiqurasiya Kompüter kompüteri təşkil edən kompüter komponentlərinin faktiki toplusuna aiddir. Açıq arxitektura prinsipi kompüter cihazlarının tərkibini dəyişməyə imkan verir. Əlavə periferik qurğular informasiya magistralına qoşula bilər və bəzi cihaz modelləri başqaları ilə əvəz edilə bilər.

Periferik cihazın fiziki səviyyədə onurğaya aparat bağlantısı xüsusi bir blok vasitəsilə həyata keçirilir - nəzarətçi(digər adlar - adapter, lövhə, kart). Anakartda nəzarətçiləri quraşdırmaq üçün xüsusi bağlayıcılar var - yuvalar.

Periferik cihazın işinə proqram nəzarəti proqram vasitəsilə həyata keçirilir - sürücüəməliyyat sisteminin tərkib hissəsi olan . Kompüterdə quraşdırıla bilən çoxlu sayda cihazlar olduğundan, hər bir cihaz adətən bu cihazla birbaşa əlaqə saxlayan bir sürücü ilə gəlir.

Kompüter xarici qurğularla əlaqə qurur limanlar– kompüterin arxa panelindəki xüsusi bağlayıcılar. fərqləndirmək ardıcıl Və paralel limanlar. Serial (COM – portlar) manipulyatorları, modemi birləşdirmək və uzun məsafələrə kiçik miqdarda məlumat ötürmək üçün istifadə olunur. Paralel (LPT - portlar) printerləri, skanerləri birləşdirmək və qısa məsafələrə böyük həcmdə məlumat ötürmək üçün istifadə olunur. Son zamanlarda müxtəlif cihazları birləşdirə biləcəyiniz universal serial portlar (USB) geniş yayılmışdır.