Von Neumann makinesinin şeması. Von Neumann mimarisi: terimin tarihi. İşlemlerin sıralı yürütülmesi ilkesi

Turing makinesi

Turing Makinesi (MT)- soyut yürütücü (soyut bilgisayar). Alan Turing tarafından 1936'da algoritma kavramını resmileştirmek için önerildi.

Turing makinesi, sonlu durum makinesinin bir uzantısıdır ve Church-Turing tezine göre, tüm sanatçıları taklit edebilir(geçiş kurallarını belirleyerek) hesaplamanın her adımının oldukça temel olduğu adım adım hesaplama sürecini bir şekilde uygulayan.

Turing makinesinin aygıtı[

Turing makinesinin bileşimi, her iki yönde de sınırsız içerir kurdele(birden çok sonsuz banta sahip olası Turing makineleri) hücrelere bölünmüş ve kontrol cihazı(olarak da adlandırılır okuma/yazma kafası(GZCH) ), birinde olma yeteneğine sahip durum kümeleri. Kontrol cihazının olası durumlarının sayısı sonludur ve tam olarak verilmiştir.

Kontrol cihazı bant boyunca sola ve sağa hareket edebilir, hücrelere bazı sonlu alfabenin karakterlerini okuyabilir ve yazabilir. Özel bir boş giriş verilerinin kaydedildiği hücreler (sonlu bir sayı) hariç, bandın tüm hücrelerini dolduran bir sembol.

Kontrol cihazı buna göre çalışır geçiş kuralları algoritmayı temsil eden, gerçekleştirilebilir Turing makinesi verildi. Her geçiş kuralı, mevcut duruma ve mevcut hücrede gözlenen sembole bağlı olarak makineye bu hücreye yeni bir sembol yazması, yeni duruma gitmesi ve bir hücreyi sola veya sağa kaydırması talimatını verir. Turing makinesinin bazı durumları şu şekilde etiketlenebilir: terminal, ve bunlardan herhangi birine geçiş, işin sonu, algoritmanın durması anlamına gelir.

Turing makinesi denir deterministik tablodaki her durum ve şerit sembolü kombinasyonu en fazla bir kuralla eşleşirse. 2 veya daha fazla talimat içeren bir "şerit sembolü - durum" çifti varsa, böyle bir Turing makinesine denir. kararsız.

Turing makinesinin açıklaması

Belirli bir Turing makinesi, A alfabesinin harf kümesinin, Q durum kümesinin ve makinenin çalıştığı kurallar kümesinin öğeleri numaralandırılarak belirtilir. Şuna benziyorlar: q i a j →q i1 a j1 d k üç seçenek: bir hücre sola (L), bir hücre sağa (R), yerinde kal (N)). Her olası yapılandırma için tam olarak bir kural vardır (belirleyici olmayan bir Turing makinesi için daha fazla kural olabilir). Yalnızca makinenin durduğu son durum için hiçbir kural yoktur. Ayrıca, bitiş ve başlangıç ​​durumlarını, bant üzerindeki ilk yapılandırmayı ve makine kafasının konumunu belirtmelisiniz.

Bir Turing makinesi örneği[

Tekli sayı sisteminde sayıları çarpmak için bir MT örneği verelim. “q i a j →q i1 a j1 R/L/N” kuralının girişi şu şekilde anlaşılmalıdır: q i - bu kuralın yürütüldüğü durum, a j - kafanın bulunduğu hücredeki veriler, q i1 - gitmek istediğiniz durum, a j1 - hücreye yazılması gerekenler, R/L/N - hareket komutu.

john von neumann tarafından bilgisayar mimarisi

Von Neumann mimarisi- bilgisayar belleğinde komutların ve verilerin ortak depolanmasının iyi bilinen ilkesi. Bu tür hesaplama sistemlerine genellikle "von Neumann makinesi" adı verilir, ancak bu kavramların karşılığı her zaman açık değildir. Genel olarak, insanlar von Neumann mimarisi hakkında konuştuklarında, veri ve talimatların aynı bellekte saklanması ilkesini kastediyorlar.

Von Neumann ilkeleri

Von Neumann ilkeleri[

Bellek homojenliği ilkesi

Komutlar ve veriler aynı bellekte saklanır ve bellekte harici olarak ayırt edilemez. Yalnızca kullanılış biçimleriyle tanınabilirler; yani, bir bellek hücresindeki aynı değer, yalnızca erişim şekline bağlı olarak hem veri hem komut hem de adres olarak kullanılabilir. Bu, komutlarda sayılarla aynı işlemleri gerçekleştirmenize izin verir ve buna göre bir dizi olasılık açar. Böylece komutun adres kısmını çevrimsel olarak değiştirerek, veri dizisinin ardışık elemanlarına erişim sağlamak mümkündür. Bu tekniğe komut modifikasyonu denir ve modern programlama açısından hoş karşılanmaz. Homojenlik ilkesinin bir başka sonucu daha kullanışlıdır, burada bir programın talimatları başka bir programın yürütülmesi sonucunda alınabilir. Bu olasılık çevirinin altında yatar - program metninin yüksek seviyeli bir dilden belirli bir bilgisayarın diline çevirisi.

Hedefleme ilkesi

Yapısal olarak, ana bellek numaralandırılmış hücrelerden oluşur ve herhangi bir hücre herhangi bir zamanda işlemci tarafından kullanılabilir. Komutların ve verilerin ikili kodları, kelime adı verilen ve bellek hücrelerinde depolanan bilgi birimlerine bölünür ve bunlara erişmek için karşılık gelen hücrelerin numaraları - adresler kullanılır.

Program kontrol prensibi

Algoritma tarafından problemi çözmek için sağlanan tüm hesaplamalar, bir dizi kontrol kelimesi - komutlardan oluşan bir program şeklinde sunulmalıdır. Her talimat, bilgisayar tarafından uygulanan işlemler kümesinden bazı işlemleri belirtir. Program komutları bilgisayarın sıralı bellek hücrelerinde saklanır ve doğal bir sırayla, yani programdaki konumlarına göre yürütülür. Gerekirse özel komutlar yardımıyla bu sıra değiştirilebilir. Program komutlarının yürütme sırasını değiştirme kararı, önceki hesaplamaların sonuçlarının analizi temelinde veya koşulsuz olarak verilir.

İşlemci türleri

mikroişlemci- bu, bir bilgisayar işlemcisinin işlevlerini yerine getiren bir veya daha fazla büyük entegre devre (LSI) olan bir cihazdır.Klasik bir bilgi işlem cihazı, bir aritmetik birim (AU), bir kontrol birimi (CU), bir depolama cihazından (RAM) oluşur. ) ve bir giriş-çıkış aygıtı (UVV ).

Plastik bir PPGA paketinde Intel Celeron 400 Soket 370, üstten görünüm.

Çeşitli mimarilerde işlemciler vardır.

CISC(eng. ComplexInstructionSetComputing) - aşağıdaki özelliklerle karakterize edilen bir işlemci tasarımı kavramı:

çeşitli biçim ve uzunluklarda çok sayıda komut;

çok sayıda farklı adresleme modunun tanıtılması;

Karmaşık bir talimat kodlamasına sahiptir.

Bir CISC işlemcisi, eşit olmayan uzunluktaki daha karmaşık talimatlarla uğraşmak zorundadır. Tek bir CISC komutunun yürütülmesi daha hızlı olabilir, ancak bu tür birkaç komutu paralel olarak işlemek daha zordur.

Montajcıda programların hata ayıklamasını kolaylaştırmak, mikroişlemci birimini düğümlerle karıştırmayı gerektirir. Hızı artırmak için saat frekansı ve entegrasyon derecesi arttırılmalıdır, bu da gelişmiş teknoloji ihtiyacına ve bunun sonucunda daha pahalı üretime neden olur.

CISC mimarisinin avantajları[göstermek]

CISC mimarisinin dezavantajları[göstermek]

RISC(Azaltılmış Komut Seti Hesaplama). Azaltılmış komut seti işlemcisi. Komut sistemi basitleştirilmiştir. Tüm komutlar, basit kodlamayla aynı biçimdedir. Belleğe yükleme ve yazma komutları ile erişilir, geri kalanı kayıt-kayıt tipi komutlardır. CPU'ya gelen komut zaten alanlara bölünmüştür ve ek şifre çözme gerektirmez.

Kristalin bir kısmı ek bileşenler içerecek şekilde serbest bırakılır. Entegrasyon derecesi önceki mimari tasarıma göre daha düşüktür, bu nedenle daha yüksek hızlarda daha düşük saat hızlarına tolerans gösterilebilir. Komut RAM'i daha az karıştırır, CPU daha ucuzdur. Bu mimarilerin yazılım uyumluluğu yoktur. RISC programlarında hata ayıklamak daha zordur. Bu teknoloji, yazılım uyumlu CISC teknolojisinde (örneğin, süperskalar teknoloji) uygulanabilir.

RISC komutları basit olduğundan, bunları yürütmek için daha az mantık geçidi gerekir, bu da sonuçta işlemcinin maliyetini düşürür. Ancak günümüzde çoğu yazılım, özellikle Intel'in CISC işlemcileri için yazılır ve derlenir. RISC mimarisini kullanmak için mevcut programların yeniden derlenmesi ve bazen de yeniden yazılması gerekir.

Saat frekansı

Saat frekansı, merkezi işlemci tarafından talimatların yürütülme hızının bir göstergesidir.
Tact - temel bir işlemi gerçekleştirmek için gereken süre.

Yakın geçmişte, merkezi işlemcinin saat frekansı, performansı ile doğrudan tanımlanırdı, yani CPU'nun saat frekansı ne kadar yüksek olursa, o kadar verimli olur. Pratikte, farklı frekanslara sahip işlemcilerin aynı performansa sahip olduğu bir durumla karşı karşıyayız, çünkü bunlar bir döngüde farklı sayıda komut çalıştırabiliyorlar (çekirdek tasarımına, veri yolu bant genişliğine, önbelleğe bağlı olarak).

İşlemci saat hızı, sistem veri yolu frekansıyla orantılıdır ( aşağıya bakınız).

Bit derinliği

İşlemci bit derinliği - merkezi işlemcinin bir saat döngüsünde işleyebileceği bilgi miktarını belirleyen bir değer.

Örneğin, işlemci bit derinliği 16 ise, bu, bir döngüde 16 bit bilgiyi işleyebildiği anlamına gelir.

Sanırım herkes işlemcinin bit derinliği ne kadar yüksek olursa, işleyebileceği bilgi miktarının o kadar büyük olduğunu anlıyor.

Genellikle, işlemcinin bit derinliği ne kadar büyük olursa, performansı da o kadar yüksek olur.

Şu anda 32 ve 64 bit işlemciler kullanılmaktadır. İşlemcinin bit olması, komutları aynı bitlikte yürütmesi gerektiği anlamına gelmez.

önbellek

Öncelikle önbellek nedir sorusuna cevap verelim.

Önbellek, merkezi işlemci tarafından ihtiyaç duyulan bilgilerin (çalıştırılabilir programların ve verilerin kodu) geçici olarak depolanması için tasarlanmış yüksek hızlı bir bilgisayar belleğidir.

Önbellekte hangi veriler saklanır?

En sık kullanılan.

Önbellek belleğinin amacı nedir?

Gerçek şu ki, RAM'in performansı CPU'nun performansına kıyasla çok daha düşük. İşlemcinin RAM'den veri gelmesini beklediği ortaya çıkıyor - bu da işlemcinin performansını ve dolayısıyla tüm sistemin performansını düşürüyor. Önbellek, işlemci tarafından en sık erişilen yürütülebilir programların verilerini ve kodunu depolayarak işlemcinin bekleme süresini azaltır (önbellek ile bilgisayar RAM'i arasındaki fark, önbellek hızının on kat daha yüksek olmasıdır).

Önbellek belleği, geleneksel bellek gibi bir kapasiteye sahiptir. Önbelleğin bit derinliği ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla veri ile çalışabilir.

Üç önbellek seviyesi vardır: önbellek ilk (L1) ikinci (L2) ve üçüncü (L3). Çoğu zaman modern bilgisayarlarda ilk iki seviye kullanılır.

Üç önbellek düzeyinin tümüne daha yakından bakalım.

Önce Önbellek düzeyi en hızlı ve en pahalı bellektir.

L1 önbellek, işlemci ile aynı çip üzerinde bulunur ve CPU frekansında (dolayısıyla en yüksek performans) çalışır ve doğrudan işlemci çekirdeği tarafından kullanılır.

Birinci seviye önbellek kapasitesi küçüktür (yüksek maliyet nedeniyle) ve kilobayt olarak hesaplanır (genellikle 128 KB'den fazla değildir).

L2 önbellek- Bu, L1 önbelleği ile aynı işlevleri yerine getiren yüksek hızlı bir bellektir. L1 ve L2 arasındaki fark, ikincisinin daha düşük bir hıza, ancak daha büyük bir hacme (128 KB'den 12 MB'ye) sahip olmasıdır, bu da kaynak yoğun görevleri gerçekleştirmek için çok faydalıdır.

L3 önbellek anakart üzerinde bulunur. L3, L1 ve L2'den önemli ölçüde daha yavaştır, ancak RAM'den daha hızlıdır. L3'ün hacminin L1 ve L2'nin hacminden daha büyük olduğu açıktır. L3 önbelleği çok güçlü bilgisayarlarda bulunur.

Çekirdek sayısı

Modern işlemci üretim teknolojileri, birden fazla çekirdeğin tek bir pakete yerleştirilmesine izin verir. Birden fazla çekirdeğin varlığı, işlemcinin performansını önemli ölçüde artırır, ancak bu, işlemcinin varlığının n çekirdekler performans artışı sağlar n bir Zamanlar. Ek olarak, çok çekirdekli işlemcilerin sorunu, bugün işlemcide birkaç çekirdeğin varlığı dikkate alınarak yazılmış nispeten az program olması gerçeğinde yatmaktadır.

Çok çekirdekli işlemci, her şeyden önce, çoklu görev işlevini uygulamanıza izin verir: uygulamaların çalışmasını işlemci çekirdekleri arasında dağıtmak. Bu, her bir çekirdeğin “kendi” uygulamasıyla çalıştığı anlamına gelir.

Anakart yapısı

Bir anakart seçmeden önce, yapısını en azından yüzeysel olarak düşünmeniz gerekir. Burada, soketlerin ve anakartın diğer parçalarının konumunun özel bir rol oynamadığını belirtmekte fayda var.

Dikkat etmeniz gereken ilk şey işlemci soketidir. Bu, montajlı küçük bir kare girintidir.

"Overlok" (bilgisayar hız aşırtması) terimine aşina olanlar için, çift radyatörün varlığına dikkat etmelisiniz. Çoğu zaman, anakartlarda çift soğutucu bulunmaz. Bu nedenle, gelecekte bilgisayarlarına hız aşırtmayı düşünenler için, bu öğenin kartta mevcut olduğundan emin olunması tavsiye edilir.

Dikdörtgen PCI-Express yuvaları video kartları, TV alıcıları, ses ve ağ kartları için tasarlanmıştır. Video kartları daha fazla bant genişliğine ihtiyaç duyar ve PCI-Express X16 konektörlerini kullanır. Diğer adaptörler PCI-Express X1 konektörlerini kullanır.

Uzman tavsiyesi!Farklı bant genişliklerine sahip PCI yuvaları neredeyse aynı görünüyor. Video kartlarını kurarken evde ani hayal kırıklıklarını önlemek için özellikle konektörleri dikkatlice düşünmeli ve altındaki yazıları okumalısınız.

Daha küçük konektörler RAM çubukları için tasarlanmıştır. Genellikle siyah veya mavi boyanırlar.

Kartın yonga seti genellikle bir soğutucunun altına gizlenir. Bu eleman, işlemcinin ve sistem biriminin diğer bölümlerinin ortak çalışmasından sorumludur.

Kartın kenarındaki küçük kare konektörler, bir sabit sürücüyü bağlamak için kullanılır. Diğer tarafta giriş ve çıkış cihazları (USB, fare, klavye vb.) için konektörler bulunur.

Üretici firma

Anakartlar birçok firma tarafından üretilmektedir. Bunların en iyisini veya en kötüsünü ayırt etmek neredeyse imkansızdır. Herhangi bir şirketin ödemesine yüksek kalite denilebilir. Genellikle bilinmeyen üreticiler bile iyi bir ürün sunar.

İşin sırrı, tüm anakartların iki şirketin yonga setleriyle donatılmış olmasıdır: AMD ve Intel. Ayrıca, yonga setleri arasındaki farklar önemsizdir ve yalnızca derinlemesine uzmanlaşmış görevleri çözerken rol oynar.

Form faktörü

Anakartlar söz konusu olduğunda, boyut önemlidir. Standart ATX form faktörü çoğu ev bilgisayarında bulunur. Büyük boyut ve dolayısıyla çok çeşitli yuvaların varlığı, bilgisayarın temel özelliklerini iyileştirebilir.

mATX'in daha küçük bir versiyonu daha az yaygındır. İyileştirme olanakları sınırlıdır.

Bir de mITX var. Bu form faktörü, bütçe ofis bilgisayarlarında bulunur. Performansı iyileştirmek ya imkansızdır ya da mantıklı değildir.

Çoğu zaman, işlemciler ve kartlar set olarak satılır. Ancak işlemci daha önce satın alındıysa, anakartla uyumlu olduğundan emin olmak önemlidir. Sokete bakılarak işlemci ve anakartın uyumluluğu anlık olarak belirlenebilir.

yonga seti

Sistemin tüm bileşenlerinin bağlantı halkası yonga setidir. Yonga setleri iki şirket tarafından yapılır: Intel ve AMD. Aralarında özel bir fark yoktur. En azından ortalama bir kullanıcı için.

Standart yonga setleri kuzey köprüsü ve güney köprüsünden oluşur. En yeni Intel modelleri yalnızca kuzeyden oluşur. Bu tasarruf etmek için yapılmadı. Bu faktör, yonga setinin performansını hiçbir şekilde düşürmez.

En modern Intel yonga setleri, tek bir köprüden oluşur, çünkü DD3 RAM denetleyicisi, PCI-Express 3.0 ve diğerleri de dahil olmak üzere denetleyicilerin çoğu artık işlemcidedir.

AMD'nin analogları, geleneksel iki köprülü şema üzerine inşa edilmiştir. Örneğin, 900 serisi SB950 güney köprüsü ve 990FX kuzey köprüsü (990X, 970) ile donatılmıştır.

Bir yonga seti seçerken kuzey köprüsünün yeteneklerinden başlamalısınız. Northbridge 990FX, CrossFire modunda aynı anda 4 video kartını destekleyebilir. Çoğu durumda, bu güç gereksizdir. Ancak ağır oyunların hayranları veya zorlu grafik editörleriyle çalışanlar için bu yonga seti en uygunu olacaktır.

990X'in biraz sadeleştirilmiş bir versiyonu aynı anda iki ekran kartını desteklemeye devam edebilir, ancak 970 modeli yalnızca bir ekran kartıyla çalışır.

Anakart düzeni

veri işleme alt sistemi;

güç kaynağı alt sistemi;

Yardımcı (servis) blokları ve düğümleri.

Anakartın veri işleme alt sisteminin ana bileşenleri, Şek. 1.3.14.

1 – işlemci soketi; 2 - ön lastik; 3 - kuzey köprüsü; 4 - saat üreteci; 5 – bellek veriyolu; 6 – RAM konektörleri; 7 – IDE (ATA) konektörleri; 8 - SATA konektörleri; 9 - güney köprüsü; 10 – IEEE 1394 konnektörler; 11 – USB konektörleri; 12 – Ethernet ağ konektörü; 13 - ses konektörleri; 14 - veri yolu LPC'si; 15 – Süper G/Ç denetleyicisi; 16 – PS/2 bağlantı noktası;

17 - paralel bağlantı noktası; 18 - seri bağlantı noktaları; 19 - bağlayıcı Disket;

20 - BIOS; 21 - PCI veri yolu; 22 - PCI yuvaları; 23 – AGP veya PCI Express konektörleri;

24 - iç lastik; 25 – AGP/PCI Ekspres veri yolu; 26 - VGA konektörü

FPM (Hızlı Sayfa Modu) bir tür dinamik bellektir.
Modül, önceki döngü sırasında aktarılan verilerle aynı sayfada bulunan verilere hızlı bir şekilde erişmenizi sağladığından, adı çalışma prensibine karşılık gelir.
Bu modüller, 1995 dolaylarında çoğu 486 tabanlı bilgisayarda ve erken Pentium tabanlı sistemlerde kullanıldı.

EDO (Genişletilmiş Veri Çıkışı) modülleri, 1995 yılında Pentium işlemcili bilgisayarlar için yeni bir bellek türü olarak ortaya çıktı.
Bu, FPM'nin değiştirilmiş bir sürümüdür.
Öncüllerinden farklı olarak, EDO, önceki bloğu CPU'ya gönderirken bir sonraki bellek bloğunu almaya başlar.

SDRAM (Senkronize DRAM), bekleme modları hariç, işlemci hızıyla senkronize edilecek kadar hızlı çalışan bir tür rastgele erişimli bellektir.
Mikro devreler iki hücre bloğuna bölünür, böylece bir bloktaki bit'e erişildiğinde, diğer bloktaki bit'e erişim için hazırlıklar yapılır.
İlk bilgi parçası için erişim süresi 60 ns ise, sonraki tüm aralıklar 10 ns'ye düşürülebilir.
1996'dan başlayarak, çoğu Intel yonga seti bu tür bellek modülünü desteklemeye başladı ve 2001 yılına kadar çok popüler hale geldi.

SDRAM, FPM'den neredeyse üç kat ve EDO'dan iki kat daha hızlı olan 133 MHz'de çalışabilir.
1999'da piyasaya sürülen Pentium ve Celeron işlemcili bilgisayarların çoğu bu tür bellek kullanıyordu.

DDR (Çift Veri Hızı), SDRAM'ın evrimiydi.
Bu tür bellek modülleri ilk olarak 2001 yılında piyasaya çıktı.
DDR ve SDRAM arasındaki temel fark, işleri hızlandırmak için saat hızını iki katına çıkarmak yerine, bu modüllerin verileri bir saat döngüsünde iki kez aktarmasıdır.
Şimdi bu ana bellek standardıdır, ancak şimdiden DDR2'ye yer vermeye başlamıştır.

DDR2 (Çift Veri Hızı 2), DDR'nin teorik olarak iki kat daha hızlı olması gereken daha yeni bir sürümüdür.
DDR2 bellek ilk olarak 2003'te ve onu destekleyen yonga setleri 2004'ün ortalarında ortaya çıktı.
Bu bellek, DDR gibi, saat başına iki dizi veri aktarır.
DDR2 ve DDR arasındaki temel fark, tasarım iyileştirmeleri nedeniyle önemli ölçüde daha yüksek saat hızlarında çalışma yeteneğidir.
Ancak, yüksek saat frekanslarının elde edilmesini sağlayan değiştirilmiş çalışma şeması, aynı zamanda bellekle çalışırken gecikmeleri artırır.

DDR3 SDRAM (Çift Veri Hızlı Senkronize Dinamik Rastgele Erişimli Bellek, Üçüncü Nesil), hem RAM hem de video belleği olarak bilgi işlemde kullanılan bir ana bellek türüdür.
DDR2 SDRAM belleğin yerini aldı.

DDR3, bellek hücresi besleme voltajının daha düşük olması nedeniyle (DDR2 için 1,8 V ve DDR için 2,5 V ile karşılaştırıldığında 1,5 V) DDR2 modüllerine kıyasla güç tüketiminde %40'lık bir azalmaya sahiptir.
Besleme voltajındaki azalma, mikro devrelerin üretiminde 90 nm (başlangıçta 65-, 50-, 40-nm) işlem teknolojisinin kullanılması ve Çift kapılı transistörlerin (sızıntıyı azaltmaya yardımcı olan) kullanılmasıyla elde edilir. akımlar).

DDR3 DIMM'ler, aynı DDR2 bellek modülleriyle mekanik olarak uyumlu değildir (anahtar farklı bir yerde bulunur), bu nedenle DDR2, DDR3 yuvalarına takılamaz (bu, bazı modüllerin diğerlerinin yerine hatalı takılmasını önlemek için yapılır - bu türler bellek miktarı elektriksel parametrelerle eşleşmiyor).

RAMBUS (RIMM)

RAMBUS (RIMM), 1999 yılında piyasaya giren bir bellek türüdür.
Geleneksel DRAM'a dayanır, ancak kökten değiştirilmiş bir mimariye sahiptir.
RAMBUS tasarımı, bellek erişimini daha "akıllı" hale getirerek, CPU'yu biraz boşaltırken verilere önceden erişilmesine izin verir.
Bu bellek modüllerinde kullanılan temel fikir, verileri küçük patlamalar halinde ancak çok yüksek bir saat hızında almaktır.
Örneğin, SDRAM 100 MHz'de 64 bit bilgi aktarabilirken, RAMBUS 800 MHz'de 16 bit aktarabilir.
Bu modüller, Intel'in bunları uygulamada pek çok sorunu olduğu için başarılı olamadı.
RDRAM modülleri Sony Playstation 2 ve Nintendo 64 oyun konsollarında ortaya çıktı.

RAM, Random Access Memory - Random Access Memory - adresle erişilen bellek anlamına gelir. Sıralı adresler herhangi bir değer alabilir, böylece herhangi bir adrese (veya "hücre") bağımsız olarak erişilebilir.

Statik bellek, statik anahtarlardan oluşturulmuş bir bellektir. Güç sağlandığı sürece bilgileri depolar. Bir SRAM devresinde bir biti depolamak için genellikle en az altı transistör gerekir. SRAM, küçük sistemlerde (birkaç yüz KB RAM'e kadar) kullanılır ve erişim hızının kritik olduğu yerlerde (işlemcilerin içinde veya ana kartlarda önbellek olarak) kullanılır.

Dinamik bellek (DRAM) 70'lerin başında ortaya çıktı. Kapasitif elemanlara dayanmaktadır. DRAM'i, anahtarlamalı transistörler tarafından çalıştırılan bir kapasitörler topluluğu olarak düşünebiliriz. Bir biti depolamak için yalnızca bir "kapasitör transistörü" gereklidir, bu nedenle DRAM, SRAM'den daha fazla kapasiteye sahiptir (ve daha ucuzdur).
DRAM, dikdörtgen bir hücre dizisi olarak düzenlenmiştir. Bir hücreye atıfta bulunmak için hücrenin bulunduğu satırı ve sütunu seçmemiz gerekir. Bu genellikle, adresin üst kısmı bir satırı, adresin alt kısmı ise satırdaki bir hücreyi ("sütun") gösterecek şekilde uygulanır. Tarihsel olarak (70'lerin başındaki yavaş hız ve küçük IC paketleri nedeniyle) adres DRAM yongasına iki aşamada beslenir - sütun adresi aynı satırlarda olan satır adresi Önce çip satır adresini alır ve ardından birkaç nanosaniye sonra Sütun adresi aynı satırda iletilir Çip verileri okur ve çıkışa gönderir Yazma döngüsü sırasında, veriler çip tarafından sütun adresiyle birlikte alınır Kontrol etmek için çoklu kontrol hatları kullanılır satır adresini ileten ve ayrıca yapılan erişimin bir yazma erişimi OE (Çıkış) olduğunu belirten WE (Write Enable) sütununun adresini ileten tüm chip CAS (Column Address Strobe) sinyallerini etkinleştiren chip RAS (Row Address Strobe) sinyalleri Etkinleştir), verileri bellek yongasından "ana bilgisayara" (işlemci) aktarmak için kullanılan arabellekleri açar.
FP DRAM'i

Klasik DRAM'e her erişim iki adresin transferini gerektirdiğinden, 25 MHz makineler için çok yavaştı. FP (Hızlı Sayfa) DRAM, her erişim döngüsünde bir satır adresi iletmeye gerek olmayan klasik DRAM'ın bir çeşididir. RAS satırı aktif olduğu sürece, satır seçili kalır ve sadece sütun adresi iletilerek o satırdan tek tek hücreler seçilebilir. Bu nedenle, bellek konumu aynı kalırken, çoğu durumda yalnızca bir adres aktarım aşaması gerektiğinden erişim süresi daha kısadır.

EDO (Genişletilmiş Veri Çıkışı) DRAM, FP DRAM'in bir çeşididir. FP DRAM'de sütun adresi tüm veri aktarım süresi boyunca geçerli kalmalıdır. Veri arabellekleri, yalnızca sütun adresi iletim döngüsü sırasında, CAS sinyalinin aktivite seviyesinin sinyalinde etkinleştirilir. Çip için yeni bir sütun adresi mevcut olmadan önce, veriler bellek veri yolundan okunmalıdır. EDO belleği, CAS sinyali etkin olmayan duruma döndükten ve sütun adresi temizlendikten sonra verileri çıkış arabelleklerinde depolar. Bir sonraki sütunun adresi, verilerin okunmasına paralel olarak iletilebilir. Bu, okurken kısmi bir eşleşme kullanma yeteneği sağlar. EDO RAM bellek hücreleri, FP DRAM ile aynı hızdayken sıralı erişim daha hızlı olabilir. Bu nedenle EDO, özellikle büyük erişim için (grafik uygulamalarda olduğu gibi) FP'den daha hızlı bir şey olmalıdır.

Video RAM, yukarıda listelenen DRAM mimarilerinden herhangi birine dayalı olabilir. Aşağıda açıklanan "normal" erişim mekanizmasına ek olarak, VRAM'de bir veya iki ayrılmış seri bağlantı noktası bulunur. VRAM, genellikle iki bağlantı noktalı veya üç bağlantı noktalı bellek olarak adlandırılır. Seri bağlantı noktaları, tüm bir dizinin içeriğini depolayabilen kayıtlar içerir. Bir erişim döngüsünde tüm bir bellek dizisi satırından bir kayıt defterine (veya tam tersi) veri aktarmak mümkündür. Veriler daha sonra herhangi bir uzunluktaki parçalar halinde seri erişim kaydından okunabilir veya yazılabilir. Bir kayıt, hızlı, statik hücrelerden oluştuğu için, ona erişim çok hızlıdır, tipik olarak bir bellek dizisine erişmekten birkaç kat daha hızlıdır. Çoğu tipik uygulamada VRAM, ekran belleği arabelleği olarak kullanılır. Paralel bağlantı noktası (standart arabirim) işlemci tarafından kullanılır ve seri bağlantı noktası ekrandaki nokta verilerini iletmek (veya bir video kaynağından veri okumak) için kullanılır.

WRAM, Matrox ve (başka kim, hatırlayayım...- Samsung?, MoSys?...) tarafından geliştirilen tescilli bir bellek mimarisidir. VRAM'a benzer ancak ana bilgisayarın daha hızlı erişmesine izin verir. WRAM, Matrox'un Millenium ve Millenium II grafik kartlarında kullanıldı (ancak mevcut Millenium G200'de değil).

SDRAM, 90'larda tanıtılan DRAM'ın tamamen yeniden tasarımıdır. "S", Senkron (Senkron) anlamına gelir, çünkü SDRAM tamamen senkronize (ve dolayısıyla çok hızlı) bir arayüz uygular. Dahili olarak, SDRAM (genellikle iki) DRAM dizisi içerir. (biraz) VRAM'deki seri erişim kaydına benzeyen kendi Sayfa Kaydı.SDRAM normal DRAM'den çok daha akıllı çalışır. Tüm devre harici bir saat sinyali ile senkronize edilir. Her saat döngüsünde, çip bir komut satırları üzerinden iletilen komut.Komut satırlarının adları klasik DRAM yongaları ile aynıdır, ancak işlevleri yalnızca orijinaline benzer.Bellek dizisi ile sayfa kayıtları arasında veri aktarımı ve verilere erişim için komutlar vardır. Sayfa kayıtlarında.Sayfa kaydına erişim çok hızlıdır - modern SDRAM'ler her 6..10 ns'de yeni bir veri kelimesi iletebilir.

Senkronize Grafik RAM, grafik uygulamaları için tasarlanmış bir SDRAM çeşididir. Donanım yapısı hemen hemen aynıdır, bu nedenle çoğu durumda SDRAM ve SGRAM'ı değiştirebiliriz (bkz. Matrox G200 kartları - bazıları SD, diğerleri SG kullanır). Fark, sayfa kaydı tarafından gerçekleştirilen işlevlerdedir. SG, tek bir döngüde birden çok konum yazabilir (bu, çok hızlı renk doldurma ve ekran temizlemeye olanak tanır) ve sözcük başına yalnızca birkaç bit yazabilir (bitler, arabirim döngüsü tarafından depolanan bir bit maskesi tarafından seçilir). Bu nedenle, "normal" kullanımda fiziksel olarak SD'den daha hızlı olmasa da, SG grafik uygulamalarda daha hızlıdır. SG'nin ek özellikleri, grafik hızlandırıcılar tarafından kullanılır. Özellikle ekran temizleme ve Z-buffer özelliklerinin çok faydalı olduğunu düşünüyorum.

RAMBUS (RDRAM)

RAMBUS (RAMBUS, Inc.'in ticari markası) 80'li yıllardan beri geliştirilmiştir, bu nedenle yeni değildir.Modern RAMBUS teknolojileri eski ama çok iyi fikirleri ve günümüzün bellek teknolojilerini birleştirir.RAMBUS basit bir fikre dayanmaktadır: iyi bir DRAM alırız, gömülürüz. çip üzerinde statik bir arabellek (VRAM ve SGRAM'de olduğu gibi) ve 250..400 MHz'de çalışan özel, elektronik olarak yapılandırılabilir bir arayüz sağlar. Arayüz, SDRAM'de kullanılandan en az iki kat daha hızlıdır ve rastgele erişim süresi genellikle daha yavaştır, seri erişim çok, çok, çok hızlıdır. 250MHz RDRAM'ler piyasaya sürüldüğünde, çoğu DRAM'in 12..25MHz'de çalıştığını unutmayın.RDRAM, özel bir arabirim ve PCB üzerinde çok dikkatli bir fiziksel yerleştirme gerektirir.Çoğu RDRAM yongası çok farklı görünür. diğer DRAM'lerden farklıdır: hepsinde tüm sinyal hatları kasanın aynı tarafında bulunur (böylece aynı uzunlukta olurlar) ve sadece 4 güç hattı diğer taraf. RDRAM'ler, Cirrus 546x yongalarına dayalı grafik kartlarında kullanılır. Yakında RDRAM'lerin PC'lerde ana bellek olarak kullanıldığını göreceğiz.

Sabit sürücü aygıtı.

Sabit sürücü, çoğunlukla manyetik bir malzeme ile kaplanmış metal diskler olan bir plaka seti içerir - bir plaka (gama-ferrit oksit, baryum ferrit, krom oksit ...) ve bir mil (mil, eksen) kullanılarak birbirine bağlanır.

Disklerin kendileri (yaklaşık 2 mm kalınlığında) alüminyum, pirinç, seramik veya camdan yapılmıştır. (resme bakın)

Disklerin her iki yüzeyi de kayıt için kullanılır. 4-9 plaka kullanılır. Mil, yüksek sabit hızda (3600-7200 rpm) döner

Disklerin dönüşü ve kafaların radikal hareketi 2 elektrik motoru kullanılarak gerçekleştirilir.

Veriler, her disk yüzeyi için bir tane olmak üzere, yazma/okuma kafaları kullanılarak yazılır veya okunur. Kafa sayısı, tüm disklerin çalışma yüzeylerinin sayısına eşittir.

Diske bilgi kaydı, kesin olarak tanımlanmış yerlerde gerçekleştirilir - eşmerkezli izler (izler). Parçalar sektörlere ayrılmıştır. Bir sektör 512 bayt bilgi içerir.

RAM ve NMD arasındaki veri alışverişi, bir tamsayı (küme) ile sırayla gerçekleştirilir. Küme - ardışık sektör zincirleri (1,2,3,4,…)

Bir braket kullanan özel bir motor, okuma/yazma kafasını belirli bir iz üzerinde konumlandırır (radyal yönde hareket ettirir).

Disk döndürüldüğünde, kafa istenen sektör üzerinde bulunur. Tüm kafaların aynı anda hareket ettiği ve veri kafalarının aynı anda hareket ettiği ve farklı sürücülerdeki aynı izlerden farklı disklerdeki aynı izlerden gelen bilgileri okuduğu açıktır.

Farklı sabit sürücü disklerinde aynı seri numarasına sahip sabit sürücü parçalarına silindir denir.

Okuma/yazma kafaları tablanın yüzeyi boyunca hareket eder. Kafa diskin yüzeyine dokunmadan ne kadar yakınsa, izin verilen kayıt yoğunluğu o kadar yüksek olur. .

sabit sürücü arayüzleri.

IDE (ATA - Gelişmiş Teknoloji Eklentisi) - sürücüleri bağlamak için paralel bir arayüz, bu yüzden (SATA çıkışlı) PATA (Paralel ATA) olarak değiştirildi. Eskiden sabit sürücüleri bağlamak için kullanılıyordu, ancak SATA arabirimi yerini aldı. Şu anda optik sürücüleri bağlamak için kullanılıyor.

SATA (Seri ATA), sürücülerle veri alışverişi için bir seri arabirimdir. Bağlantı için 8 pinli bir konektör kullanılır. PATA durumunda olduğu gibi, artık kullanılmamaktadır ve yalnızca optik sürücülerle çalışmak için kullanılmaktadır. SATA standardı (SATA150), 150 MB/sn (1.2 Gb/sn) bir verim sağladı.

SATA2 (SATA300). SATA 2 standardı, verimi 300 MB/sn'ye (2,4 Gb/sn) iki katına çıkardı ve 3 GHz'de çalışmaya izin verdi. Standart SATA ve SATA 2 birbiriyle uyumludur, ancak bazı modellerde, atlama tellerini yeniden düzenleyerek modları manuel olarak ayarlamanız gerekir.

SATA 3, spesifikasyonların gereksinimleri hakkında SATA 6Gb / s'yi aramak doğru olsa da. Bu standart, veri aktarım hızını ikiye katlayarak 6 Gb/sn'ye (600 MB/sn) çıkardı. Ayrıca olumlu yenilikler arasında NCQ program kontrol işlevi ve yüksek öncelikli bir süreç için sürekli veri aktarımı için komutlar bulunur. Arayüz 2009 yılında tanıtılmış olmasına rağmen, henüz üreticiler arasında çok popüler değil ve mağazalarda çok yaygın değil. Sabit sürücülere ek olarak, bu standart SSD'lerde (Katı Hal Sürücüleri) kullanılır. Pratikte SATA arabirimlerinin bant genişliğinin veri aktarım hızında farklılık göstermediğini belirtmekte fayda var. Pratikte disk yazma ve okuma hızı 100 Mb/s'yi geçmez. Değerleri artırmak, yalnızca denetleyici ile sürücünün önbelleği arasındaki bant genişliğini etkiler.

SCSI (Küçük Bilgisayar Sistemi Arayüzü) - standart, artan veri aktarım hızının gerekli olduğu sunucularda kullanılır.

SAS (Seri Bağlı SCSI), seri veri aktarımı kullanarak SCSI standardının yerini alan bir nesildir. SCSI gibi iş istasyonlarında kullanılır. SATA arayüzü ile tam uyumlu.

CF (Kompakt Flaş) - Bellek kartlarının yanı sıra 1,0 inç sabit sürücüler için bağlantı arabirimi. 2 standart vardır: Compact Flash Type I ve Compact Flash Type II, fark kalınlıktadır.

FireWire, daha yavaş USB 2.0'a alternatif bir arabirimdir. Taşınabilir sabit sürücüleri bağlamak için kullanılır. 400 Mb/s'ye kadar hızları destekler, ancak fiziksel hız gelenekselden daha düşüktür. Okurken ve yazarken, maksimum porg 40 Mb / s'dir.

Video kartı türleri

Modern bilgisayarlar (dizüstü bilgisayarlar), grafik programlarında, video oynatmada vb. performansı doğrudan etkileyen çeşitli video kartlarıyla üretilir.

Şu anda birleştirilebilen 3 tip adaptör vardır.

Video kartı türlerine daha yakından bakalım:

• Birleşik;
• ayrık;
• melez;
• iki ayrık;
• Hibrit SLI.

Entegre grafikler ucuz bir seçenektir. Video belleği ve grafik işlemcisi yoktur. Yonga seti yardımıyla grafikler merkezi işlemci tarafından işlenir, video belleği yerine RAM kullanılır. Böyle bir cihaz sistemi, genel olarak bilgisayarın performansını ve özellikle grafik işlemeyi önemli ölçüde azaltır.

Genellikle bütçe PC veya dizüstü bilgisayar yapılandırmalarında kullanılır. Ofis uygulamalarıyla çalışmanıza, fotoğrafları ve videoları görüntülemenize ve düzenlemenize izin verir, ancak modern oyunları oynamak imkansızdır. Yalnızca minimum sistem gereksinimlerine sahip eski seçenekler mevcuttur.

Von Neumann mimarisi, programların ve verilerin bilgisayar belleğinde ortak depolanması için iyi bilinen bir ilkedir. Bu tür hesaplama sistemlerine genellikle "von Neumann makinesi" adı verilir, ancak bu kavramların karşılığı her zaman açık değildir. Genel olarak, insanlar von Neumann mimarisi hakkında konuştuklarında, işlemci modülünün programdan ve veri depolama cihazlarından fiziksel olarak ayrılmasını kastediyorlar.

Belirli bir dizi yürütülebilir komut ve programın varlığı, ilk bilgisayar sistemlerinin karakteristik bir özelliğiydi. Bugün, bir bilgisayar cihazının tasarımını basitleştirmek için benzer bir tasarım kullanılmaktadır. Bu nedenle, masaüstü hesap makineleri, prensip olarak, sabit bir dizi yürütülebilir programa sahip cihazlardır. Matematiksel hesaplamalar için kullanılabilirler, ancak kelime işleme ve bilgisayar oyunları için, grafik görüntüleri veya videoları görüntülemek için kullanılamazlar. Bu tür cihazlar için bellenimi değiştirmek, neredeyse tamamen yeniden tasarım gerektirir ve çoğu durumda imkansızdır. Bununla birlikte, erken bilgisayar sistemlerinin yeniden programlanması hala gerçekleştirildi, ancak yeni belgelerin hazırlanması, blokların ve cihazların yeniden kablolanması ve yeniden inşası vb. için büyük miktarda manuel çalışma gerektiriyordu. Her şey bilgisayar programlarını depolama fikrini değiştirdi. paylaşılan hafızada. Tanıtıldığı zaman, yürütülebilir komut setlerine dayalı mimarilerin kullanımı ve bir hesaplama sürecinin bir programda yazılmış talimatları yürütme süreci olarak temsil edilmesi, bilgi işlem sistemlerinin veri işleme açısından esnekliğini büyük ölçüde artırmıştı. Verileri ve talimatları dikkate almaya yönelik aynı yaklaşım, programların kendilerinin değiştirilmesini kolaylaştırdı.

Şu anda, von Neumann mimarisi, bir bilgisayarın iki ana bölümden oluştuğu bir bilgisayarın organizasyonudur - kelimeleri komutları ve veri öğelerini depolayan doğrusal olarak adreslenebilir bir bellek ve bu komutları yürüten bir işlemci. Von Neumann'ın hesaplama modeli, kontrolün sıralı transferi (program sayacı) ilkesine ve bir değişken kavramına (tanımlayıcı) dayanmaktadır.

John von Neumann'ın fotoğrafı. biyografi

Janos Lajos Neumann, o zamanlar Avusturya-Macaristan İmparatorluğu'nun bir şehri olan Budapeşte'de varlıklı bir Yahudi ailenin üç oğlunun en büyüğü olarak dünyaya geldi. Babası Max Neumann (Hung. Neumann Miksa, 1870-1929), 1880'lerin sonlarında taşra kasabası Pécs'ten Budapeşte'ye taşındı, hukuk alanında doktora yaptı ve bir bankada avukat olarak çalıştı. Annesi Margaret Kann (Macar Kann Margit, 1880-1956), bir ev hanımıydı ve başarılı bir iş adamı olan Jacob Kann'ın en büyük kızıydı (ikinci evliliğinde), Kann-Heller şirketinin ortağı, değirmen taşı ticaretinde uzmanlaşmış ve diğer tarım ekipmanları.

Janos veya basitçe Jansi, alışılmadık derecede yetenekli bir çocuktu. Daha 6 yaşındayken, zihninde sekiz basamaklı iki sayıyı bölebilir ve babasıyla eski Yunanca konuşabilirdi. Janos her zaman matematikle, sayıların doğasıyla ve etrafındaki dünyanın mantığıyla ilgilendi. Sekiz yaşında, matematiksel analizde zaten ustaydı. 1911'de Lutheran Gymnasium'a girdi. 1913'te babası bir soyluluk unvanı aldı ve Janos, Avusturya ve Macar soyluluk sembolleriyle birlikte - Avusturya soyadına von (von) öneki ve Macar adına Margittai (Margittai) unvanı - Janos olarak tanındı. von Neumann veya Neumann Margittai Janos Lajos. Berlin ve Hamburg'da öğretmenlik yaparken adı Johann von Neumann oldu. Daha sonra 1930'larda Amerika Birleşik Devletleri'ne taşındıktan sonra İngilizce adı John olarak değiştirildi. Kardeşlerinin ABD'ye taşındıktan sonra tamamen farklı soyadları alması ilginç: Vonneumann ve Newman. İlki, görebileceğiniz gibi, soyadının bir "alaşımı" ve "fon" ön ekidir, ikincisi ise soyadının Almanca'dan İngilizce'ye tam anlamıyla çevirisidir.

Von Neumann, doktorasını matematik alanında (deneysel fizik ve kimya unsurlarıyla) 23 yaşında Budapeşte Üniversitesi'nden aldı. Aynı zamanda İsviçre, Zürih'te kimya mühendisliği okudu (Max von Neumann, oğlu için güvenli bir gelecek sağlamak için bir matematikçinin mesleğini yetersiz gördü). 1926'dan 1930'a kadar John von Neumann, Berlin'de Privatdozent idi.

1930'da von Neumann, Amerikan Princeton Üniversitesi'nde bir öğretim pozisyonuna davet edildi. 1930'da kurulan ve yine Princeton'da bulunan ve 1933'ten ölümüne kadar profesörlük yaptığı Institute for Advanced Study'de çalışmaya davet edilen ilk kişilerden biriydi.

1936-1938'de Alan Turing, doktora tezini enstitüde Alonzo Church'ün rehberliğinde savundu. Bu, Turing'in, mantıksal tasarım ve evrensel bir makine kavramlarını içeren Entscheidungs ​​Problemine Bir Uygulama ile Hesaplanabilir Sayılar Üzerine 1936 makalesinden kısa bir süre sonra oldu. Von Neumann, Turing'in fikirlerine kuşkusuz aşinaydı, ancak on yıl sonra bunları IAS makinesinin tasarımına uygulayıp uygulamadığı bilinmiyor.

1937'de von Neumann ABD vatandaşı oldu. 1938'de analiz alanındaki çalışmaları nedeniyle M. Bocher Ödülü'ne layık görüldü.

Von Neumann iki kez evlendi. İlk olarak 1930'da Mariette Kövesi ile evlendi. Evlilik 1937'de dağıldı ve 1938'de Clara Dan (Klara Dan) ile evlendi. İlk karısından von Neumann'ın daha sonra tanınmış bir ekonomist olan Marina adında bir kızı vardı.

1946'da John von Neumann, ikili birleşik üstel konumsal sayı sistemlerinde sayılar için yoğunluk teoremini kanıtladı. İlk başarılı sayısal hava tahmini, 1950 yılında, John von Neumann ile işbirliği içinde Amerikalı meteorologlardan oluşan bir ekip tarafından ENIAC bilgisayarı kullanılarak yapıldı.

1957'de von Neumann, muhtemelen Pasifik'teki atom bombasını araştırırken radyasyona maruz kalmanın veya muhtemelen daha sonra Los Alamos, New Mexico'daki çalışmasından kaynaklanan kemik kanserine yakalandı (meslektaşı, nükleer öncü Enrico Fermi, 1954'te mide kanserinden öldü) . Teşhisten birkaç ay sonra von Neumann büyük bir acı içinde öldü. Kanser beynine de zarar vermiş, onu neredeyse düşünemez hale getirmişti. Walter Reed Hastanesinde ölmek üzereyken, bir Katolik rahiple konuşma talebiyle arkadaşlarını ve tanıdıklarını şoke etti.

Hikaye

1940'ların ortalarında, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Moore Elektrik Mühendisliği Okulu'nda programlarını ortak bellekte depolayan bir bilgisayar projesi geliştirildi.Bu süreçte, meslektaşları G. Goldstein ve A. Berks ile sayısız tartışmalar sırasında. , von Neumann temelde yeni bir bilgisayar fikrini dile getirdi. 1946'da bilim adamları, artık klasik olan “Bir elektronik bilgi işlem cihazının mantıksal tasarımının ön değerlendirmesi” başlıklı makalede bilgisayar inşa etme ilkelerini özetlediler. Yazarlar, teknik uygulama için ikili bir sistemin avantajlarını, içinde aritmetik ve mantıksal işlemler gerçekleştirmenin rahatlığını ve basitliğini ikna edici bir şekilde gösterdiler (daha sonra bilgisayarlar sayısal olmayan bilgi türlerini işlemeye başladı - metinsel, grafik, ses ve diğerleri, ancak ikili veriler kodlama hala herhangi bir modern bilgisayarın bilgi temelini oluşturur). Önemi fazla tahmin edilemeyen bir başka gerçekten devrimci fikir, Neumann'ın "depolanmış program" ilkesidir. Başlangıçta, program özel bir patch panele jumper takılarak kuruldu. Neumann, bir programın sıfırlar ve birler kümesi olarak ve işlediği sayılarla aynı bellekte saklanabileceğini ilk tahmin eden kişiydi. Program ve veriler arasında temel bir farkın olmaması, bilgisayarın kendisinin hesaplama sonuçlarına göre kendisi için bir program oluşturmasını mümkün kılmıştır.

Von Neumann mimarisi, o sırada yaratılmakta olan ENIAC bilgisayarında bulunan sorunları, bilgisayar programını kendi belleğinde saklayarak çözdü. Projeyle ilgili bilgiler, 1946'da Eniak'ın kuruluşunun duyurulmasından kısa bir süre sonra diğer araştırmacılara sunuldu. Plana göre, Moore Okulu tarafından projeyi EDVAC makinesinde gerçekleştirmesi gerekiyordu, ancak 1951 yılına kadar güvenilir bir bilgisayar belleği oluşturmadaki teknik zorluklar nedeniyle EDVAC başlatılmadı. Projenin kopyalarını alan diğer araştırma enstitüleri, bu sorunları Moore School geliştirici ekibinden çok daha önce çözebildi ve bunları kendi bilgisayar sistemlerinde uyguladı. Von Neumann mimarisinin ana özelliklerini uygulayan ilk beş bilgisayar şunlardı:

Manchester Mark I. Prototip - Manchester küçük deney makinesi. Manchester Üniversitesi, Birleşik Krallık, 21 Haziran 1948;

EDSAC. Cambridge Üniversitesi, Birleşik Krallık, 6 Mayıs 1949;

Binak. ABD, Nisan veya Ağustos 1949;

CSIR Mk 1. Avustralya, Kasım 1949;

John von Neumann ile birlikte çalışan Norbert Wiener, karmaşık bir elektronik sistemi kontrol eden süreçlerin, canlıların amaçlı faaliyetlerini inceleyen nörofizyoloji süreçlerine benzer olduğuna dikkat çekti. Bu tür sistemlerin verimliliğini korumak geri bildirim yoluyla sağlanır, halihazırda başlamış ancak henüz tamamlanmamış eylemi izlemenize ve düzeltmenize olanak tanır. Geri bildirimin varlığı, çeşitli nitelikteki karmaşık sistemleri - fiziksel, sosyal, biyolojik - tek bir bakış açısıyla değerlendirmeyi mümkün kılar. Sibernetiğin temeli budur. 1948'de N. Wiener'in "Yaşayan Dünya ve Makinelerde Sibernetik veya Kontrol ve İletişim" adlı kitabı yayınlandı.

Von Neumann'ın ilkeleri

1946'da D. von Neumann, G. Goldstein ve A. Berks ortak makalelerinde bilgisayarların yapımı ve işletimi için yeni ilkelerin ana hatlarını çizdiler. Daha sonra, ilk iki nesil bilgisayarlar bu ilkeler temelinde üretildi. Neumann'ın ilkeleri bugün hala geçerli olsa da, sonraki nesillerde bazı değişiklikler olmuştur.

Aslında Neumann, diğer birçok bilim insanının bilimsel gelişmelerini ve keşiflerini genelleştirmeyi ve temel olarak yeni bir tane formüle etmeyi başardı.

1. Bilgisayarlarda ikili sayı sisteminin kullanımı. Ondalık sisteme göre avantajı, cihazların oldukça basit hale getirilebilmesi, ikili sistemde aritmetik ve mantıksal işlemlerin de oldukça basit olmasıdır.

2. Bilgisayar yazılım kontrolü. Bilgisayarın çalışması, bir dizi komuttan oluşan bir program tarafından kontrol edilir. Komutlar birbiri ardına sırayla yürütülür. Hafızada kayıtlı bir programa sahip bir makinenin yaratılması, bugün programlama dediğimiz şeyin başlangıcıydı.

3. Bilgisayar belleği sadece veri depolamak için değil aynı zamanda programları da depolamak için kullanılır. Bu durumda, hem program komutları hem de veriler ikili sayı sisteminde kodlanmıştır, yani. onların yazış tarzı aynı. Bu nedenle, belirli durumlarda, komutlar üzerinde verilerle aynı eylemleri gerçekleştirebilirsiniz.

4. Bilgisayar bellek hücrelerinin sıralı olarak numaralandırılmış adresleri vardır. Herhangi bir zamanda, herhangi bir hafıza hücresine adresinden erişebilirsiniz. Bu ilke, programlamada değişkenleri kullanma olasılığını açtı.

5. Program yürütme sürecinde koşullu geçiş imkanı. Komutların sırayla yürütülmesine rağmen, programlar kodun herhangi bir bölümüne atlama yeteneğini uygulayabilir.

Bu ilkelerin en önemli sonucu, programın artık makinenin kalıcı bir parçası olmadığı gerçeği olarak adlandırılabilir (örneğin, bir hesap makinesinde olduğu gibi). Programı değiştirmek kolaylaştı. Ancak ekipman elbette değişmeden ve çok basit kalır.

Buna karşılık, ENIAC bilgisayarının programı (bellekte saklanan hiçbir programın olmadığı) paneldeki özel jumper'lar tarafından belirlendi. Makineyi yeniden programlamak bir günden fazla sürebilir (atlatıcıları farklı şekilde ayarlayın). Ve modern bilgisayarlar için programların yazılması yıllar alabilse de, bir sabit sürücüye birkaç dakikalık kurulumdan sonra milyonlarca bilgisayarda çalışırlar.

Von Neumann makinesi

Von Neumann ilkelerine göre, bir bilgisayar aritmetik bir mantık biriminden oluşur - aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştiren ALU (İngilizce ALU, Aritmetik ve Mantık Birimi); programların yürütülmesini organize etmek için tasarlanmış kontrol cihazı; depolama aygıtları (bellek), dahil. rastgele erişimli bellek (RAM) ve harici depolama aygıtı (VSD); veri giriş-çıkış için harici cihazlar. Bir bilgisayarın von Neumann mimarisi klasik olarak kabul edilir; çoğu bilgisayar bunun üzerine kuruludur. Genel olarak, insanlar von Neumann mimarisi hakkında konuştuklarında, işlemci modülünün programdan ve veri depolama cihazlarından fiziksel olarak ayrılmasını kastediyorlar.

İlk bilgisayar sistemleri, kodlanmış bir dizi yürütülebilir komut ve programla ayırt edildi. Bu tür bilgi işlem cihazlarının bir örneği hesap makineleridir. Bilgisayar programlarını paylaşılan bellekte saklama fikri, bilgisayarları çok çeşitli görevleri yerine getirebilen evrensel cihazlara dönüştürmeyi mümkün kıldı.

Programlar ve veriler, giriş cihazından aritmetik mantık birimi aracılığıyla belleğe girilir. Tüm program komutları komşu bellek hücrelerine yazılır ve işleme için veriler isteğe bağlı hücrelerde bulunabilir. Herhangi bir program için son komut bir kapatma komutu olmalıdır.

Komut, hangi işlemin yapılması gerektiğinin (bu donanım üzerindeki olası işlemler dışında) ve belirtilen işlemin gerçekleştirileceği verilerin saklandığı bellek hücrelerinin adreslerini ve hücrenin adresini içerir. sonucun nereye yazılması gerektiği (eğer bellekte saklanması gerekiyorsa).

Aritmetik mantık biriminden, sonuçlar belleğe veya bir çıkış aygıtına gönderilir. Bellek ile çıktı aygıtı arasındaki temel fark, verilerin bellekte bilgisayar işlemeye uygun bir biçimde saklanması ve çıktı aygıtlarının (yazıcı, monitör vb.) kişinin işine yarayacak şekilde işlenmesidir. .

CU, bilgisayarın tüm parçalarını kontrol eder. Kontrol cihazından diğer cihazlara “ne yapılması gerektiği” sinyalleri gönderilir ve diğer cihazlardan kontrol ünitesi durumları hakkında bilgi alır.

Kontrol cihazı, "program sayacı" adı verilen özel bir kayıt (hücre) içerir. Program ve veriler belleğe yüklendikten sonra program sayacına programdaki ilk komutun adresi yazılır. CU, adresi program sayacında bulunan bellek hücresinin içeriğini bellekten okur ve onu özel bir cihaza yerleştirir - "Komutların kaydı". CU, komutun çalışmasını belirler, adresleri komutta belirtilen verileri bellekte "işaretler" ve komutun yürütülmesini kontrol eder. İşlem ALU veya bilgisayar donanımı tarafından gerçekleştirilir.

Herhangi bir komutun yürütülmesinin bir sonucu olarak, program sayacı birer birer değişir ve bu nedenle bir sonraki program komutuna işaret eder. Mevcut komutu takip etmeyen, ancak verilenden belirli sayıda adresle ayrılan bir komutun yürütülmesi gerektiğinde, özel atlama komutu, kontrolün aktarılacağı hücrenin adresini içerir.

Günümüzde bilgisayarların büyük çoğunluğu von Neumann makineleridir. Tek istisna, program sayacının olmadığı, klasik değişken kavramının uygulanmadığı ve klasik modelden başka önemli temel farklılıkların bulunduğu (örnekler akış ve indirgeme bilgisayarlarıdır) paralel hesaplama için belirli sistem türleridir. Görünüşe göre, bilgi işlemenin hesaplamalara değil, mantıksal sonuçlara dayandığı beşinci nesil makineler fikrinin geliştirilmesinin bir sonucu olarak von Neumann mimarisinden önemli bir sapma meydana gelecektir.

Devlet eğitim kurumu

Tyumen bölgesinde yüksek mesleki eğitim

TYUMEN DEVLET AKADEMİ

DÜNYA EKONOMİSİ, YÖNETİM VE HUKUK

Matematik ve Bilişim Bölümü

disipline göre

"BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ, AĞLAR VE TELEKOMÜNİKASYON"

"VON NEYMANN'IN İLKELERİ"

1. Giriş……………………………………………………………....2

2. John von Neumann tarafından mimarlığın temel ilkeleri…………….3

3. Bilgisayarın yapısı……………………………………………………………3

4. John von Neumann'ın makinesi nasıl çalışır………………………………4

5. Sonuç…………………………………………………………...6

Kaynaklar………………………………………………………...8

giriiş

1960'ların ortalarından bu yana, bilgisayar yaratma yaklaşımı çok değişti. Donanım ve yazılım geliştirmek yerine, donanım (donanım) ve yazılım (yazılım) sentezinden oluşan bir sistem tasarlanmaya başlandı. Aynı zamanda etkileşim kavramı da ön plana çıkmıştır. Böylece yeni bir kavram ortaya çıktı - bilgisayar mimarisi.

Bir bilgisayarın mimarisi altında, donanım ve yazılımı düzenlemek için bir dizi genel ilkeyi ve bir bilgisayarın ilgili sorun türlerini çözmedeki işlevselliğini belirleyen ana özelliklerini anlamak gelenekseldir.

Bilgisayar mimarisi, bir donanım ve yazılım kompleksinin oluşturulması ve çok sayıda belirleyici faktörün dikkate alınmasıyla ilgili önemli bir dizi sorunu kapsar. Bu faktörlerin başlıcaları şunlardır: maliyet, kapsam, işlevsellik, kullanım kolaylığı ve donanım, mimarinin ana bileşenlerinden biri olarak kabul edilir.

Bir hesaplama aracının yapısı, bir hesaplama aracının yapısı, mevcut bileşimini belirli bir ayrıntı düzeyinde belirlediği ve araç içindeki ilişkileri tanımladığı için, bir hesaplama aracının mimarisi yapıdan ayırt edilmelidir. Mimari, açıklaması, etkileşim kurallarını oluşturmak için gerekli olduğu ölçüde gerçekleştirilen, bilgi işlem aracının kurucu öğelerinin etkileşimi için temel kuralları tanımlar. Tüm bağlantıları kurmaz, sadece kullanılan araçların daha yetkin kullanımı için bilinmesi gereken en gerekli bağlantıları kurar.

Bu nedenle, elektronik devrelerin hangi elemanlar üzerinde yapıldığı, komutların devre veya yazılım tarafından yürütüldüğü ve benzerleri bir bilgisayar kullanıcısı için önemli değildir. Bilgisayar mimarisi, bilgisayarların ve yazılımlarının genel tasarımı ve yapımı ile ilgili sorunları gerçekten yansıtır.

Bir bilgisayarın mimarisi, hem bir PC'nin bileşimini yansıtan bir yapı hem de yazılım ve matematiksel yazılım içerir. Bir bilgisayarın yapısı, bir dizi öğe ve aralarındaki bağlantıdır. Tüm modern bilgisayarları inşa etmenin temel prensibi yazılım kontrolüdür.

Bilgisayar mimarisi teorisinin temelleri John von Neumann tarafından atılmıştır. Bu ilkelerin birleşimi, klasik (von Neumann) bilgisayar mimarisini ortaya çıkardı.

John von Neumann tarafından mimarlığın temel ilkeleri

John von Neumann (1903 - 1957) - İlk bilgisayarların yaratılmasına ve uygulamaları için yöntemlerin geliştirilmesine büyük katkı sağlayan Amerikalı matematikçi. 1944'te tasarımının çoktan seçildiği dünyanın ilk tüp bilgisayarı ENIAC'ın yaratılmasına katılarak bilgisayar mimarisi doktrininin temellerini atan oydu. Çalışma sürecinde, meslektaşları G. Goldstein ve A. Berks ile çok sayıda tartışma sırasında John von Neumann, temelde yeni bir bilgisayar fikrini dile getirdi. 1946'da bilim adamları, artık klasik olan "Bir elektronik bilgisayar cihazının mantıksal tasarımının ön değerlendirmesi" adlı makalesinde bilgisayar inşa etme ilkelerini özetlediler. O zamandan bu yana yarım yüzyıldan fazla bir süre geçti, ancak burada öne sürülen hükümler bugün de geçerliliğini koruyor.

Makale, daha önce tüm bilgisayarlar işlenmiş sayıları ondalık biçimde sakladığından, sayıları temsil etmek için ikili sistemin kullanımını ikna edici bir şekilde doğrulamaktadır. Yazarlar, teknik uygulama için ikili sistemin avantajlarını, içinde aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştirmenin rahatlığını ve kolaylığını gösterdi. Gelecekte, bilgisayarlar sayısal olmayan bilgi türlerini - metinsel, grafik, ses ve diğerleri - işlemeye başladı, ancak ikili veri kodlaması hala herhangi bir modern bilgisayarın bilgi temelini oluşturuyor.

Önemi fazla tahmin edilemeyen bir başka devrimci fikir, Neumann'ın "depolanmış program" ilkesidir. Başlangıçta, program özel bir patch panele jumper takılarak kuruldu. Bu çok zaman alan bir işti: örneğin, ENIAC makinesinin programını değiştirmek birkaç gün alırken, gerçek hesaplama birkaç dakikadan fazla sürmedi - çok sayıda olan lambalar başarısız oldu. . Neumann, bir programın sıfırlar ve birler kümesi olarak ve işlediği sayılarla aynı bellekte saklanabileceğini ilk tahmin eden kişiydi. Program ve veriler arasında temel bir farkın olmaması, bilgisayarın kendisinin hesaplama sonuçlarına göre kendisi için bir program oluşturmasını mümkün kılmıştır.

bilgisayar yapısı

John von Neumann, yalnızca bilgisayarın mantıksal aygıtının temel ilkelerini ortaya koymakla kalmadı, aynı zamanda ilk iki bilgisayar nesli sırasında yeniden üretilen yapısını da önerdi. Neumann'a göre ana birimler, genellikle bir merkezi işlemcide birleştirilen kontrol birimi (CU) ve aritmetik mantık birimidir (ALU), bu da bir dizi genel amaçlı kayıt (RON) içerir - süreçteki bilgilerin ara depolanması için işlenmesinden; bellek, harici bellek, giriş ve çıkış aygıtları. Harici belleğin giriş ve çıkış cihazlarından farklı olduğu, verilerin bir bilgisayara uygun, ancak doğrudan insan algısı için erişilemeyen bir biçimde girildiğine dikkat edilmelidir.

John von Neumann ilkelerine dayanan bilgisayar mimarisi.

Oklu düz çizgiler bilgi akışının yönünü, noktalı çizgiler kontrol sinyallerini gösterir.

John von Neumann'ın makinesi nasıl çalışır?

Şimdi bu mimari üzerine kurulu bir makinenin nasıl çalıştığı hakkında daha detaylı konuşalım. Von Neumann makinesi, bir depolama aygıtı (bellek) - bellek, bir aritmetik mantık birimi - ALU, bir kontrol aygıtı - CU'nun yanı sıra devrelerinde görülebilen ve daha önce tartışıldığı gibi giriş ve çıkış aygıtlarından oluşur.

Programlar ve veriler, giriş cihazından aritmetik mantık birimi aracılığıyla belleğe girilir. Tüm program komutları komşu bellek hücrelerine yazılır ve işleme için veriler isteğe bağlı hücrelerde bulunabilir. Herhangi bir program için son komut bir kapatma komutu olmalıdır.

Komut, hangi işlemin yapılması gerektiğini ve belirtilen işlemin yapılacağı verilerin saklandığı bellek hücrelerinin adreslerini ve gerekirse sonucun yazılacağı hücrenin adresini belirtmekten oluşur. bellekte saklanır.

Aritmetik mantık birimi, belirtilen veriler üzerinde komutlar tarafından belirtilen işlemleri gerçekleştirir. Ondan, sonuçlar belleğe veya bir çıkış aygıtına çıktılanır.

Kontrol ünitesi (CU) bilgisayarın tüm parçalarını kontrol eder. Ondan, diğer cihazlar “ne yapılması gerektiği” sinyallerini alır ve diğer cihazlardan CU, durumları hakkında bilgi alır. "Program sayacı" adı verilen özel bir kayıt (hücre) içerir. Program ve veriler belleğe yüklendikten sonra, programın ilk komutunun adresi program sayacına yazılır ve kontrol ünitesi, adresi program sayacında bulunan bellek hücresinin içeriğini bellekten okur ve özel bir cihaza yerleştirir - "Komutlar Kaydı". CU, komutun çalışmasını belirler, adresleri komutta belirtilen verileri bellekte "işaretler" ve komutun yürütülmesini kontrol eder.

ALU - iki değişkenin aritmetik ve mantıksal işlenmesini sağlar, bunun sonucunda bir çıktı değişkeni oluşur. ALU işlevleri genellikle basit aritmetik, mantıksal ve kaydırma işlemlerine indirgenir. Ayrıca, elde edilen sonucu ve alınmasının bir sonucu olarak meydana gelen olayları (sıfıra eşitlik, işaret, parite, taşma) karakterize eden bir dizi sonuç özniteliği (bayrak) üretir. Bayraklar, komut yürütmenin sonraki sırasına karar vermek için CU tarafından analiz edilebilir.

Herhangi bir komutun yürütülmesinin bir sonucu olarak, program sayacı birer birer değişir ve bu nedenle bir sonraki program komutuna işaret eder. Mevcut komutu takip etmeyen, ancak verilenden belirli sayıda adresle ayrılan bir komutun yürütülmesi gerektiğinde, özel atlama komutu, kontrolün aktarılacağı hücrenin adresini içerir.

Çözüm

O halde, von Neumann tarafından önerilen temel ilkeleri bir kez daha vurgulayalım:

· İkili kodlama ilkesi.İkili sayı sistemi, verileri ve komutları temsil etmek için kullanılır.

· Belleğin homojenliği ilkesi. Hem programlar (komutlar) hem de veriler aynı bellekte saklanır (ve aynı sayı sisteminde kodlanır - çoğu zaman ikili). Verilerde olduğu gibi komutlarda da aynı eylemleri gerçekleştirebilirsiniz.

· Bellek adreslenebilirliği ilkesi. Yapısal olarak ana bellek, numaralandırılmış hücrelerden oluşur; herhangi bir hücre herhangi bir zamanda işlemci tarafından kullanılabilir.

1946'da D. von Neumann, G. Goldstein ve A. Berks ortak makalelerinde bilgisayarların yapımı ve işletimi için yeni ilkelerin ana hatlarını çizdiler. Daha sonra, ilk iki nesil bilgisayarlar bu ilkeler temelinde üretildi. Neumann'ın ilkeleri bugün hala geçerli olsa da, sonraki nesillerde bazı değişiklikler olmuştur.

Aslında Neumann, diğer birçok bilim insanının bilimsel gelişmelerini ve keşiflerini genelleştirmeyi ve temel olarak yeni bir tane formüle etmeyi başardı.

Von Neumann'ın ilkeleri

1. Bilgisayarlarda ikili sayı sisteminin kullanımı. Ondalık sisteme göre avantajı, cihazların oldukça basit hale getirilebilmesi, ikili sistemde aritmetik ve mantıksal işlemlerin de oldukça basit olmasıdır.
2. Bilgisayar yazılımı kontrolü. Bilgisayarın çalışması, bir dizi talimattan oluşan bir program tarafından kontrol edilir. Komutlar birbiri ardına sırayla yürütülür. Hafızada kayıtlı bir programa sahip bir makinenin yaratılması, bugün programlama dediğimiz şeyin başlangıcıydı.
3. Bilgisayar belleği yalnızca verileri depolamak için değil aynı zamanda programları da depolamak için kullanılır.. Bu durumda, hem program komutları hem de veriler ikili sayı sisteminde kodlanmıştır, yani. onların yazış tarzı aynı. Bu nedenle, belirli durumlarda, komutlar üzerinde verilerle aynı eylemleri gerçekleştirebilirsiniz.
4. Bilgisayar bellek hücrelerinin sıralı olarak numaralandırılmış adresleri vardır.. Herhangi bir zamanda, herhangi bir hafıza hücresine adresinden erişebilirsiniz. Bu ilke, programlamada değişkenleri kullanma olasılığını açtı.
5. Program yürütme sırasında koşullu atlama imkanı. Komutların sırayla yürütülmesine rağmen, programlar kodun herhangi bir bölümüne atlama yeteneğini uygulayabilir.

Bu ilkelerin en önemli sonucu, programın artık makinenin kalıcı bir parçası olmadığı gerçeği olarak adlandırılabilir (örneğin, bir hesap makinesinde olduğu gibi). Programı değiştirmek kolaylaştı. Ancak ekipman elbette değişmeden ve çok basit kalır.

Buna karşılık, ENIAC bilgisayarının programı (bellekte saklanan hiçbir programın olmadığı) paneldeki özel jumper'lar tarafından belirlendi. Makineyi yeniden programlamak bir günden fazla sürebilir (atlatıcıları farklı şekilde ayarlayın). Ve modern bilgisayarlar için programların yazılması yıllar alabilse de, bir sabit sürücüye birkaç dakikalık kurulumdan sonra milyonlarca bilgisayarda çalışırlar.

Von Neumann makinesi nasıl çalışır?

Von Neumann makinesi, bir depolama aygıtından (bellek) - bellek, bir aritmetik mantık birimi - ALU, bir kontrol aygıtı - CU ve ayrıca giriş ve çıkış aygıtlarından oluşur.

Programlar ve veriler, giriş cihazından aritmetik mantık birimi aracılığıyla belleğe girilir. Tüm program komutları komşu bellek hücrelerine yazılır ve işleme için veriler isteğe bağlı hücrelerde bulunabilir. Herhangi bir program için son komut bir kapatma komutu olmalıdır.

Komut, hangi işlemin yapılması gerektiğinin (bu donanım üzerindeki olası işlemler dışında) ve belirtilen işlemin gerçekleştirileceği verilerin saklandığı bellek hücrelerinin adreslerini ve hücrenin adresini içerir. sonucun nereye yazılması gerektiği (eğer bellekte saklanması gerekiyorsa).

Aritmetik mantık birimi, belirtilen veriler üzerinde komutlar tarafından belirtilen işlemleri gerçekleştirir.

Aritmetik mantık biriminden, sonuçlar belleğe veya bir çıkış aygıtına gönderilir. Bellek ile çıktı aygıtı arasındaki temel fark, verilerin bellekte bilgisayar işlemeye uygun bir biçimde saklanması ve çıktı aygıtlarının (yazıcı, monitör vb.) kişinin işine yarayacak şekilde işlenmesidir. .

CU, bilgisayarın tüm parçalarını kontrol eder. Kontrol cihazından diğer cihazlara “ne yapılması gerektiği” sinyalleri gönderilir ve diğer cihazlardan kontrol ünitesi durumları hakkında bilgi alır.

Kontrol cihazı, "program sayacı" adı verilen özel bir kayıt (hücre) içerir. Program ve veriler belleğe yüklendikten sonra program sayacına programdaki ilk komutun adresi yazılır. CU, adresi program sayacında bulunan bellek hücresinin içeriğini bellekten okur ve onu özel bir cihaza yerleştirir - "Komutların kaydı". CU, komutun çalışmasını belirler, adresleri komutta belirtilen verileri bellekte "işaretler" ve komutun yürütülmesini kontrol eder. İşlem ALU veya bilgisayar donanımı tarafından gerçekleştirilir.

Herhangi bir komutun yürütülmesinin bir sonucu olarak, program sayacı birer birer değişir ve bu nedenle bir sonraki program komutuna işaret eder. Mevcut komutu takip etmeyen, ancak verilenden belirli sayıda adresle ayrılan bir komutun yürütülmesi gerektiğinde, özel atlama komutu, kontrolün aktarılacağı hücrenin adresini içerir.

Henüz sekiz yaşında olan John von Neumann, yüksek matematiğin ve çeşitli yabancı ve klasik dillerin temellerinde ustalaştı. 1926'da Budapeşte Üniversitesi'nden mezun olduktan sonra, von Neumann Almanya'da öğretmenlik yaptı ve 1930'da Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etti ve Princeton İleri Araştırma Enstitüsü'ne üye oldu.

1944'te von Neumann ve ekonomist O. Morgenstern, Oyun Teorisi ve Ekonomik Davranış kitabını yazdı. Bu kitap sadece oyunların matematiksel teorisini değil, bunun ekonomi, askeri ve diğer bilimlerdeki uygulamalarını da içermektedir. John von Neumann, ENIAC geliştirme grubuna, grubun tanıştığı matematik danışmanı olarak atandı.

1946'da G. Goldstein ve A. Berks ile birlikte "Bir elektronik bilgisayarın mantıksal tasarımının ön tartışması" raporunu yazdı ve yayınladı. Von Neumann'ın seçkin bir fizikçi ve matematikçi olarak adı zaten geniş bilim çevrelerinde iyi bilindiğinden, raporda yapılan tüm ifadeler ona atfedildi. Ayrıca, programdaki komutların sıralı yürütülmesine sahip ilk iki nesil bilgisayar mimarisine "von Neumann bilgisayar mimarisi" adı verildi.

1. Program kontrolü ilkesi

Bu ilke, bilgisayardaki bilgi işlem süreçlerinin otomasyonunu sağlar.

Program, işlemci tarafından belirli bir sırayla birbiri ardına otomatik olarak yürütülen bir dizi talimattan oluşur. Program, program sayacı kullanılarak bellekten alınır. Bu işlemci kaydı, içinde depolanan bir sonraki talimatın adresini talimatın uzunluğu kadar sırayla arttırır. Program talimatları bellekte birbiri ardına yer aldığından, sıralı olarak yerleştirilmiş bellek hücrelerinden bir talimat zinciri seçimi bu şekilde organize edilir. Bir komutu yürüttükten sonra, bir sonrakine değil, başka birine gitmek gerekirse, bir sonraki komutu içeren bellek hücresinin numarasını komut sayacına giren koşullu veya koşulsuz atlama komutları kullanılır. “Dur” komutuna ulaşılıp uygulandıktan sonra hafızadan komutların alınması durur. Böylece işlemci, programı insan müdahalesi olmadan otomatik olarak yürütür.

2. Bellek homojenliği ilkesi

Program ile veriler arasında temel bir farkın olmaması, bilgisayarın kendisinin hesaplamaların sonucuna göre kendisi için bir program oluşturmasını mümkün kılmıştır.

Programlar ve veriler aynı bellekte saklanır. Bu nedenle, bilgisayar belirli bir bellek hücresinde saklananları - bir sayı, metin veya komut - arasında ayrım yapmaz. Verilerde olduğu gibi komutlarda da aynı eylemleri gerçekleştirebilirsiniz. Bu, bir dizi olasılık açar. Örneğin, bir program, yürütme sırasında da işleme tabi tutulabilir; bu, programın bazı bölümlerini elde etmek için kuralları belirlemenize izin verir (programda döngülerin ve alt rutinlerin yürütülmesi bu şekilde düzenlenir). Ayrıca, bir programın komutları, başka bir programın yürütülmesinin sonucu olarak alınabilir. Çeviri yöntemleri bu ilkeye dayanır - program metninin üst düzey bir programlama dilinden belirli bir makinenin diline çevirisi.

3. Hedefleme ilkesi

Yapısal olarak, ana bellek yeniden numaralandırılmış hücrelerden oluşur. Herhangi bir hücre, herhangi bir zamanda işlemci tarafından kullanılabilir. Bu nedenle, bellek alanlarına ad vermek mümkündür, böylece daha sonra atanan adlar kullanılarak programların yürütülmesi sırasında içlerinde depolanan değerlere erişilebilir veya bunlarda değişiklik yapılabilir.

Von Neumann, bir bilgisayarın bilgi işleme için çok yönlü ve kullanışlı bir araç olması için nasıl olması gerektiğini tanımladı. Her şeyden önce aşağıdaki cihazlara sahip olmalıdır:

Aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştiren aritmetik mantık aygıtı Program yürütme sürecini düzenleyen kontrol aygıtı Programları ve verileri depolamak için bellek aygıtı Bilgi giriş-çıkışları için harici aygıtlar.

Bu ilkeler üzerine kurulan bilgisayarlar, von Neumann bilgisayarları olarak sınıflandırılır.

Bugüne kadar, bunlar IBM PC uyumlu olanlar da dahil olmak üzere bilgisayarların büyük çoğunluğudur. Ancak farklı mimariye sahip bilgisayar sistemleri var - örneğin paralel hesaplama sistemleri.

Bir bilgisayar inşa etmenin omurga-modüler prensibi

Bir bilgisayarın mimarisi, mantıksal organizasyonu, yapısı, kaynakları, yani bir bilgisayar sisteminin araçları olarak anlaşılır. Modern PC'lerin mimarisi, gövde modüler ilkesine dayanmaktadır.

Modüler ilke, tüketicinin ihtiyaç duyduğu bilgisayarın yapılandırmasını seçmesine ve gerekirse yükseltmesine olanak tanır. Sistemin modüler organizasyonu, bilgi alışverişinin ana (veri yolu) ilkesine dayanmaktadır. Omurga veya sistem veri yolu, işlemciyi, belleği ve çevresel aygıtları bellek adresleme, veri aktarımı ve hizmet sinyalleri açısından birbirine bağlayan bir dizi elektronik hattır.

Bireysel bilgisayar cihazları arasındaki bilgi alışverişi, tüm modülleri (veri yolu, adres yolu ve kontrol yolu) bağlayan üç çok bitli veri yolu üzerinden gerçekleştirilir.

Bireysel bilgisayar modüllerinin veriyoluna fiziksel düzeyde bağlantısı, denetleyiciler kullanılarak gerçekleştirilir ve yazılım düzeyinde sürücüler tarafından sağlanır. Denetleyici, işlemciden bir sinyal alır ve şifresini çözer, böylece ilgili cihaz bu sinyali alabilir ve ona yanıt verebilir. İşlemci, cihazın tepkisinden sorumlu değildir - bu, denetleyicinin bir işlevidir. Bu nedenle, harici bilgisayar aygıtları değiştirilebilir ve bu tür modüllerin seti isteğe bağlıdır.

Veri yolunun bit genişliği, işlemcinin bit genişliği, yani işlemcinin bir saat döngüsünde işlediği bit sayısı tarafından belirlenir.

Veri yolundaki veriler hem işlemciden herhangi bir cihaza hem de ters yönde aktarılabilir, yani veri yolu çift yönlüdür. Veri aktarım yolunu kullanan işlemcinin ana çalışma modları şunları içerir: RAM'den ve harici depolama aygıtlarından veri yazma/okuma, giriş aygıtlarından veri okuma, çıktı aygıtlarına veri aktarma.

Bir veri alışverişi abonesinin seçimi, bu cihazın adres kodunu oluşturan işlemci ve RAM için - bellek hücresinin adres kodu tarafından yapılır. Adres kodu adres yolunda iletilir ve sinyaller işlemciden cihazlara tek yönde iletilir, yani bu veri yolu tek yönlüdür.

Kontrol veriyolu, bilgi alışverişinin doğasını belirleyen sinyalleri ve bilgi alışverişinde yer alan cihazların etkileşimini senkronize eden sinyalleri iletir.

Harici cihazlar, bir arabirim aracılığıyla veri yollarına bağlanır. Bir arabirim, kendisi ile merkezi işlemci arasındaki bilgi alışverişinin organizasyonunu belirleyen bir PC çevre birimi cihazının çeşitli özelliklerinin bir kümesi olarak anlaşılır. Arayüz uyumsuzluğu durumunda (örneğin, sistem veri yolu arayüzü ve sabit sürücü arayüzü), kontrolörler kullanılır.

Bilgisayarı oluşturan aygıtların merkezi işlem birimi ile haberleşebilmesi için IBM uyumlu bilgisayarlar bir kesme (Kesme) sistemi sağlar. Kesinti sistemi, bilgisayarın mevcut etkinliği duraklatmasına ve klavyedeki bir tuşa basılması gibi gelen bir isteğe yanıt olarak diğerlerine geçmesine izin verir. Gerçekten de, bir yandan bilgisayarın kendisine verilen işle meşgul olması arzu edilirken, diğer yandan dikkat gerektiren herhangi bir talebe anında yanıt vermesi gereklidir. Kesintiler anında sistem yanıtı sağlar.

Bilgisayar teknolojisinin ilerlemesi sıçramalar ve sınırlarla ilerliyor. Her yıl yeni işlemciler, kartlar, sürücüler ve diğer çevre birimleri ortaya çıkıyor. PC'nin potansiyelinin büyümesi ve yeni, daha güçlü bileşenlerin ortaya çıkması, kaçınılmaz olarak bilgisayarınızı yükseltmek istemenize neden olur. Bununla birlikte, bilgisayar teknolojisindeki yeni gelişmeleri mevcut standartlarla karşılaştırmadan tam olarak takdir edemezsiniz.

PC alanında yeni şeylerin geliştirilmesi her zaman eski standartlara ve ilkelere dayanmaktadır. Bu nedenle, bunları bilmek, yeni bir sistem seçimi için (veya aleyhine) temel bir faktördür.

Bilgisayar aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

Merkezi İşlem Birimi (CPU); rastgele erişimli bellek (bellek);

depolama aygıtları;

giriş cihazları;

çıktı cihazları;

iletişim araçları.