Шi дәріс. Тақырыбы: ЭЕМ-нің ұйымдастырылу негіздері
1 Компьютер. Құрудың магистральды-модульдік принципі. Архитектура түсінігі. Компьютер құрылымы, негізгі желілердің тағайындалуы.
Дәріс конспектілері:
Компьютер — бұл әмбебаб автоматтандырылған электронды құрылғы (көпфункционалы), ақпаратты беру мен өңдеу және жинақтау үшін керек. Компьютердің негізгі блоктары: процессор, жады, сыртқы құрылғылар,
Компьютера архитертурасы ретінде деректерді өңдеу процесінде анықталған уақыт интервалымен берілетін оның логикалық ұйымдастырылуы, құрылымы, ресурсы, яғни, есептеу жүйесінің құралдары түсіндіріледі. Қәзіргі компьютерлердің архитектурасында магистралъды модульдық принцип болуы тиісті (сур.1).
Магистраль (жүйелік шина) — бұл қызметші сигналдар мен жады адресациясы, сондай – ақ деректерді беруге арналған орталық процессор, негізгі жады мен сыртқы құрылғылар арасын байланыстыратын электронды сызықтар жиынтығы. Модульды принциптің арқасында пайдаланушы өзі компьютер кешенін керекті конфигурациямен жасап алуына болады да керек кезінде оны модернизациялайды.
| Жүйелік блок Процессор Жедел жады | ||||
| М а г и с т р а л ь | ||||
| Сыртқы (периферинді) құрылғылар ЖМДЖ ҚМДЖ Дисплей Пернетақта Принтер Тышқан Сканер | ||||
Сурет 1
Жүйелік блоктың негізгі бөліктері мен магистраль конструктивті түрде жүйелік платада орналасады. Компьютерлердің көп бөлігінің жүйелік платасы болады, олар негізгі желілерден тұрадыдағы олардың элементтерінің байланысы; мысалға алатын болсақ жинақтағыштың приводтарымен, дисплеймен және көптеген басқа да сыртқы апаратттар шиналардан паралель беріледі.
Процессор жұмысының негізгі режимдарына қолданылған құрылғылар беріледі. Яғни бұл жағдайда болған элементтер баспа платаларында орналасады, олар арнайы ажыратылған кеңейтілген орындарға қойылады. Ол орындар жүйелі платада арнайы қарастырылған. Бұл қосымша платаларды негізгі жүйелік платаны – материндік, ал қосымша платаларды – дочерендік деп атайды.
Дочериндік платаларда орындалатын функциялардан құралады, жиі контроллерлер немесе адаптерлер деп атайды, ол дочериндік платаның өзін кеңейтілген плата дейміз. Сол себепті тікелей материндік платада орналасқан компьютердің магистралының бөлек модульдеріне қосылатын, функциялық деңгейде контроллердің көмегімен жүзеге асырылады, ол программалық жүйеге асырылуы драйверлердің көмегімен жасалады. Контроллер процессордан келетін сигналды қабылдап, оны дешифрлейді, яғни сәйкес құрылығы осы сигналды дұрыс қабылдап, дұрыс жауап қайтара алуы үшін. Процессор оның орындалуына жауапты емес, оған сәйкесінше контроллер жауап береді, содықтан ауыстырылатын сыртқы құрылғыларды және олардың модульдерының жиынтығын таңдау әркімнің өз еркінде. Сыртқы құрылғылардың көп бөліктері сырттан, жүйелік блоктық корпусында ажырайтын сәйкесінше контроллердің шығыс порттары арқылы оңай іске қосылады. (Сыртқы құрылғыларды перефиринді құрылғылар деп те атайды, яғни олар ЭЕМ-мен сыртқы әлем арасындағы байланысты жүзеге асырады).
Ақпарат алмасудың магистралды шиналы принципі жүйенеің модульді ұйымдастырылуына әкеп тіреледі. Процессор арифметикалық және логикалық операцияларды, жадымен байланысты және сыртқы құрылғылар жұмысын келістіруді және басқаруды орындайды.
Компьютердің жеке құрылымдардың арасындағы ақпарат алмасу, магистрал, құратын, үш көп разрядты шиналар көп проводты сымдар байланысы арқылы орындалады. Олар деректер шинасы, адрестер шинасы, басқару шинасы модульдерімен байланысады. Шинаның разряды деректер беру шинасының биттерінің санымен анықталады: олар:
· Жедел жадыдан деректерді жазу/оқу (жедел есте сақтау құрылғысы) – ОЗУ. (ЖСҚ);
· Сыртқы сақтау құрылғыларынан деректерді жазу/оқу. ВУЗ (СЕСҚ);
· Енгізу құрылғысынан деректерді оқу;
· Шығару құрылғысына деректерді аудару.
Дерек алмасу кезіндегі абонент таңдауды процессор атқарады, яғни қарастырылған құрылғының адрес кодын қалыптастырады, ал ЖСҚ үшін жады ұяшығының адрес кодын қалыптастырады. Адрес коды, адрестік шина арқылы беріледі, және де бұл сигналдар процессордан құрылғыларға бір бағытта ғана беріледі (бір бағытталған шина).
Басқару шиналары арқылы ақпарат алмасу сипаттамасын анықтайтын сигналдар, құрылғылардың өз-ара әсерін синхролизациялайтын ақпарат алмасуға қатынасатын сигналдар беріледі.
2. Компьютерлер процессоры. Негізгі сипаттамалары (адрестік аймағы, разрядтағы және т.б.).
Процессор — бұл компьютердің негізгі құрылғысы. Ол микросхемалар корпусының арнайы қатынасына шығарылған адрес, деректер және басқару шиналар көмегімен сыртқы құрылғыларға қатынасады және жедел жадыда орналасқан программа командаларын орындайды. Процессордың міндетті компоненттеріне арифметика-логикалық (орындалатын) құрылғы (АЛУ) – АЛҚ және басқару құрылығылары (УУ) – БҚ – жатады. Процессормен орындалатын командалар: арифметикалық әрекеттер, логикалық операциялар, басқарудың берілуі (шартты және шартсыз). Деректердің жадының бір орнынан келесі орынға ауыстырылуы және ЭЕМ-нің әртүрлі құрылғыларының байланысын координациялауды қарастырады. Процесстормен өңделетін командалардың төрт этапы бөліп айтуға болады: таңдау, қайта кодтау, орындау және нәтижені жазу. Жағдайға байланысты бірінші команда орындалып жатқанда, екіншісі қайта кодталады, үшіншісі таңдалады т.с.с.
Төртінші деңгейдегі орталық процессорының функцияларын микропроцессор (МП) - өте үлкен литегралды схема (СБИС) - ӨӨНС орындайды, ол 0,1 см2-тан кем, ауданда біріккен шарттыпроводниктік кристалда таратылған. Компьютердің жүйелік платада орналасқан МП моделін білу үшін, командалардың құрал-жабдықтарының қай класқа жататындығын білу керек. Микропроцессорлардың келесі сипаттамаларын айта кетуге болады:
· Ақпаратты өңдеудің тактілік жиілігі,
· разрядтылығы,
· жүйелік шинаның интерфейстерімен;
· адрестік аймағымен (жады адресациясымен).
Процессор разрядтылығы – процессорымен бір уақытта өңделетін биттерінің саны, яғни, МП негізгі өнімділік факторлары ішкі биттер разрядының санымен анықталады. Процессор 8, 16, 32 және 64 разрядты болуы мүмкін. Компьютер процессорыменен бірлік уақыт ішінде өңделетін ақпараттардың көлемі, жылдам орындалуымен бірге разрядтылығыменен сипатталады.
Адрестік аймағы (жады адресациясы). Процессор функцияларының бірінің құрамына мәліметтер алмасу, және олардың сыртқы құрылғылар мен жедел жадыдағы алмасуды ұйымдастыруы жатады. Бұл кезде процессор құрылғы жадын қалыптастырады, ал ЖСҚ (ОЗУ) үшін жады ұяшығының адресін қалыптастырады. Адрес коды адрестің шинамен беріледі. Микропроцессормен жедел жадыда физикалық адресациялайтын көлем оның адрестік аймағы деп аталады. Ол сыртқы шина адресінің разрядтылығымен анықталады. Шынындада, N – адрестік шинаның разрядтығы болсын, онда оған берілетін әртүрлі екілік сандардың мөлшері 2^ тең болады. Белгілі адрестік шина арқылы жедел жадыға процессор қатынас жасаған кезде берілетін сан ОЗУ(ЖСҚ) ұяшығының адресі болып табылады, яғни, 2м — бұл жедел жады ұяшықтарының саны. Оған адрестік шинаны қолдану арқылы процессор қатынасуынан болады, демек 2м — процессордың адрестік аймағының көлемі. Сонымен шина адресінің 16-, 20-, 24- немесе 32-разрядтылығына байланысты сәйкесінше 216 = 64 Кбайт, 220 = 1 Мбайт, 224 = 16 Мбайт, 232 = 4 Гбайт. Сондықтан процессор разрядтылығын мысалы: келесі жазылулар арқылы анықтауға болады 180386 — 32/32 үшін микропроцессор деректер шинасының 32-разрядтылығы және 32-разрядты шиналар адресін қамтиды, яғни микропрцессор бір уақытта 32 бит ақпаратты өңдейді және микропроцессордың адрестік аймағының көлемі 232 == 4 Гбайтты құрайды.
Бақылау сұрақтары:
1. Компьютер архитектурасы дегеніміз не?
2. Қазіргі ЭЕМ- нің модулдік ұйымдастырылу принципінің мәні неде?
3. Магистраль дегеніміз не?
4. Компьютер жұмысы кезіндегі процессордың атқаратын функциясы?
5. Дерек алмасу үшін абонент таңдау қалай жасалады?
6. Басқару шинасының рольі қандай?
7. Компьютер құрамына қандай негізгі блоктар кіреді?
8. Компьютердің құрылуының модульдік принципі неге керек?
2. Сырқы құрылғылар. Ақпаратты сақтау принциптары. Компьютер жадысының негізгі сипаттамалары мен ұйымдастырылуы. Жедел жады.
Дәріс конспектілері:
Сырқы құрылғылар.Сырқы құрылғылар (принтер және т.б.) компьютер аппаратурасына сыртқы құрылғыларды басқару құрылғылары деп аталатын арнайы контроллерлер арқылы қосылады.
Пернетақта.Басқару сигналдарын беру және компьютерге ақпарат енгізу үшін керек. Ол алфабитті – сандық пернелердің стандартты жиынтығынан, сондай – ақ басқарушы және функциональдық, курсорды басқару пернелері, кіші сандық пернелер деп аталатын қосымша пернелерден тұрады.
Курсор — монитор экранында жарықша түрінде көрінетін символ. Ол перне тақтадан енгізілетін келесі белгі позициясын көрсетеді.
Монитор— ақпараттың визуальды бейнесі көрінетін құрылғы (мәтін, кесте, сурет, және т.б. түрінде).
Принтер— баспаға шығару құрылғысы.Компьютерде кодталған ақпараттарды печатталған мәтін көшірмелері түрінде немесе графика түрінде шығаруды орындайды. Принтерлердің мыңдаған атаулары бар. Бірақ негізгі принтерлердің үш түрі бар: матрицалық, лазерлік және жылжымалы(струйный).
- Матрицалық принтерлер кіші тетіктер комбинациясын қолданады, олар бояғыш лентеларға ұрып отыру арқылы,символдарды қағаз батіне басып шығарады. Принтерде басылатын әрбір символ, тік қатарлар түрінде қалыптастырылатын 9, 18 немесе 24 ине жиынтығымен құрастырылады. Бұл арзан принтерлердің кемшіліктеріне оның жұмысының шулылығы, сапасыз басып шығарылуы жатады. Ол негізінен үй мақсаттарында қолданылады.
- Лазерлік принтерлер ксерокстар (көшірмелер) сияқты жұмыс жасайды. Компьютер өз жадысында мәтін бетінің “бейнесін” қалыптастырадыда, оны принтерге жібереді. Бет жайлы ақпарат электрлік қасиеттерін жарықтандыруға байланысты өзгертетін, жарық сезгішпен жамылған, айналып тұрған барабанға лазерлік сәуле арқылы беріледі
- Жәй жылжымалы принтерлер сия нүктелері арқылы тізбектелген символдар түрінде генерацияланады. Принтердің баспаға беру тетігінің ұсақ каналдары болады. Олар арқылы беттерге тез кебетін сиялар шашылады. Бұл принтерлер қағаз сапасын талап етеді. Түрлі – түсті жәй жылжу принтерлері 4 негізгі түстен тұратын сияларды араластыра отырыптүсін құрады. Олар ашық көк, қып – қызыл, сары және қара.
Принтер компьютермен принтер кабелі арқылы байланысқан. Ол кабелдің бір ұшы принтер тетігінің ұясына, ал екінші ұшы компьютер принетрінің портына қосылады. Порт – бұл сыртқы құрылғы мен компьютер процессорын қосады.
Плоттер(графқұрастырғыш) — Компьютердің басқаруымен графтар, диаграммалар және суреттер салуға арналған құрылғы.
Плоттер іс схемеларын, географиялық және метеорологиялық карталар, архитертуралық жобалар және күрделі конструкциялық сызбаларды алу үшін қолданылады. Плоттер бейнелерді қалам көмегімен салады.
Сканер — компьютерге графикалық бейнелерді енгізу үшін керек құрылғы. Құжаттың цифрланған бейнелерін құрады да, оны компьютер жадысына апарып орналастырады.
Егер принтер ақпаратты компьютерден шығарып беретін болса, сканер керісінше қағаз бетіндегі ақпараттарды компьютер жадысына апарып орналастырады. Сканерлердің қолмен жасалатын түрлері, яғни құжат бетін қолмен домалату арқылы және планшеттік сканерлер сыртқы түріне байланыстыкөшіру машиналарына ұқсайды.
Модем — телефонның байланыс желілері арқылы алыс ара қашықтықтағы компьютердің деректерін жеткізу үшін арналған құрылғы. Компьютермен өңделетін сандық сигналдарды телефондық желі арқылы тікелей беруге болады. Өйткені ол адам тілімен сигналдардың дыбыстық жиіліктерін үздіксіз беру үшін арналған.
Модем — дыбыс диапозонының айнымалы ток жиілігіне компьютердің цифрлық сигналдарын ауыстыруды орындайды. Бұл процесс модуляция деп аталады, сондай – ақ кері ауыстыруды да жасайды. Ол ауыстыруды демодуляция деп атаймыз. Модем сөзі осы модулятор/демодулятор сөздерінен шыққан.
Манипуляторлар (тышқан, джойстик.) — бұл курсорды басқару үшін қолданылатын арнайы құрылғылар.
Тышқан алақанға толығымен сиятын кішкентай қорап түріндегі құрылғы. Тышқан компьютермен адаптер арнайы блогымен кабель арқылыбайланысқан және оның қимылы дисплей экранындағы курсордың қимылына сәйкес. Құрылғының жоғарғы бөлігінде басқарушы батырмалар орналасқан (әдетте үшеу). Ол қимылдың басы мен соңын беруге, менюде таңдау жасауға көмектеседі.
Джойстик —бұл стержень – қалам. Тік күйден басқа жаққа ауытқуы манитор экранындағы курсордың өзгертілуіне сәйкес келеді. Әдетте компьютерлік ойындарда қолданылады. Кейбір модельдерде джойстикке басу датчигі орналастырылады. Бұл жағдайда пайдаланушы қаламға неғұрлым көп күш түсірсе соғұрлым дисплей экрандағы курсор тез жылжиды.
Трекбол —Корпустың жоғарғы бөлігіне орналастырылған шаригі бар кішкентай қорапша. Пайдаланушы шарикті қолмен жүргізіп отыру арқылы сәйкесінше курсорды қозғалтады. Тышқаннан ерекшелігі оған компьютер қасынан бос орын бөлудің қажеті жоқ, оны машина корпусына да орналастыруға болады.
Ақпараттарды сақтау принциптері. Компьютерде өзінің функционалды белгіленуіне байланысты және ақпаратты сақтау әдістеріне байланысты, сондай-ақ конструкциясына байланысты қолданылатын жадының бірнеше типі ерекшеленеді. Компьютер жадысы негізгі және сыртқы болып екіге бөлінеді. Қазіргі кездегі компьютерлердің сыртқы жадықұрылғылары компьютерді өшіргеннен кейінгі ақпаратты сақтап қалуға мүмкіндік береді., өйткені оларда магниттік немесе оптикалық ақпаратты жазу-оқу әдістері қолданылады. Бұл жағдайларда ақпаратты тасымалдаушы ретінде магниттік және оптикалық дискілер қолданылады. Негізгі жады кей кездері ішкі жады –деп те атайды, ол жүйелік блоктың ішінде орналасады.Ол кез-келген компьютердің міндетті құрама бөлігіне жатады., персоналды компьютерлерде материндік платада орналасады және электрондық микросхема түрінде таратылады. Негізгі жады тұрақты және жедел жадыдан тұрады.
Тұрақты жады немесе тұрақтыесте сақтау құрылғысы— ПЗУ (Read only memory - ROM), — тек оқуға арналған жады. Жоғарыда айтылғандай ол электрондық схема түрінде таратылған және компьютердің бастапқы жүктемеленуі кезіндегі программаларды сақтаументораптарын тестілеу үшін қызмет етеді. Бұл жадының типін біз тұрақты деп атаймыз, өйткені мұнда жазылған ақпарат компьютерді өшіргеннен кейін өзгермейді. Ол энергияға байланысты емес, сондықтан ондағы командалар электронды микросхемамен контактыға түскен бірінші ток импульсының берілуімен-ақ орындалады.(Айта кетейік ТСҚ –да сақталған ақпаратты компьютерді өшіргеннен кейін өзгертуге болмайды дегенді білдірмейді, өйткені сақталған ақпараттарды өзгертетін қайта программаланатын тұрақты жады- деп аталатын жады да кездеседі.)
Жедел жады немесе жедел есте сақтау құрылғысы (ОЗУ), процессормен орындалатын өңдеу операциялары кезінде өзгертілетін ақпараттарды өзгертуге немесе керек кезінде қолдануға болады. Бұнда сақталатын барлық ақпарат компьютер қосылып тұрған кезде ғана жадыда сақтауға болады. Құрылымдық түрде жедел жадыны сақтау үшінразрядтарға бөлінген және осы разрядтардың әрқайсысында бит ақпараттар сақтау үшін арналған жады ұяшықтарының жиынтығы ретінде қарауға болады. Сәйкесінше әрбір жады ұяшықтарына нөл мен бірден тұратын жиынтықтар жазылады немесе биттердің реттелген тізбектері компьютердің ақпараттық бөлігін бүтін ретінде қарайтын тиянақты – машиналық сөз. Машиналық сөз компьютердің типіне байланысты әртүрлі ұзындықта болуы мүмкін (8 ден 64 битке дейін) және жады ұяшығында кідіретін ең үлкен санды анықтайды. Байтпен өлшенетін архитектура кезінде ақпараттың ең кіші өлшеу бірлігі ретінде байт алынады, бұл кезде машиналық сөз 2, 4-ке немесе 8 байтқа тең болуы мүмкін.Сәйкесінше компьютер жадысының көлемін Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, байтпен өлшеуге болады. Сондай-ақ жедел жадыда машиналық сөз тізбектері түрінде деректер және программалар сақталады. Кез-келген уақытта ұяшықтың кез-келген жерінен таңдау жасауға болады. Сондықтан бұл жадыны еркін таңдау жадысы деп те атайды — RAM(Random Access Memory).
Ақпаратты сақтау және оның тасымалдағыштары. Компьютердің сыртқы жадысы (жұмсақ және қатты дискілер, СD-RОМ-дискілер)
XX ғасырдың аяғында ақпараттар ағымының көбеюіне байланысты оларды үлкен көлемде және ЭЕМ-нің пайда болуына байланысты ақпаратты тасымалдағыш, яғни ең ықшам түрде ақпараттарды көп уақытқа сақтау қажеттілігі туды. Қазіргі төртінші кезеңдегі компьютерлерде қолданылатын тасымалдағыштарға жұмсақ және қатты магниттік дискілер және СD-RОМ-дискілер жатады.Олар компьютердің сыртқы жадысының құрамын құрайды.
Тасымалдағышқа ақпаратты жазу сондай-ақ оны іздеу, оқу және жедел жадыға орналастыру үшін қолданылатын құрылғыны жинақтағыш - деп атаймыз. Жазбаның негізіне ақпаратты сақтау және оқу үшін екі принцип болады: — магнитті және оптикалық. Оларкомпьютер өшкеннен кейін де, ақпаратты сақтауға мүмкіндік береді.
Магниттік дискілер (МД), олар қатты және жұмсақ болып екіге бөлінеді. Жұмсақ(ЖМД) дискіге 5,25 дюйм (133 мм) қазіргі кезде1,2 Мбайта ақпаратты сақтауға мүмкіндігі бар.
Қатты магниттік дискі немесе винчестер, әдетте дисководпен бірге жүйелік блок корпусына орналастырылады(сыртқа орналастыруға болады). Кез-келген, магниттік алғашқы кезде жұмысқа дайын емес. Оны жұмысқа дайын күйге өткізу үшін, оны форматтау керек, яғни диск құрылымы құрылуы керек. ЖМД-үшін бұл магниттік таңбалармен белгіленген секторларға бөлінген магниттік топталған жолдар. Ал қатты МД немесе цилиндр-деп қарауға болады. Дискінің барлық жұмыс істеубеттерінде бір-бірінің үстіне орналасқан.
CD-RОМ (Сотрасt Dіsc Rеаd Оп1у Метоry) 3 Гбайт көлемге дейін игереді. Ақпаратты сақтау сенімділігіменен ұзақ төзімділігіменен ерекшеленеді. (Сапалы түрде қолданғанда 30-50 жылға дейін жұмысқа жарамды болуы мүмкін).Диск диаметрі 5,25, және 3,5 дюйм болуы мүмкін. Оқу және жазу принципі- оптикалық.
Компакт-дискіден ақпараттарды оқу лазерлік сәулелердің көмегімен орындалады.
Магнитті-оптикалық дискілер. Мұнда магнитті және оптикалық жетістіктері ескерілген, оларда кемшіліктер жоқ. Магнитті-оптикалық дискілерге ақпараттарды тез жазуға және оқуға болады. Олар ЖМД- қасиеттерінің артықшылықтарының барлығын сақтай отырып,(бөлек сақтау мүмкіншілігі және компьютер жадысының кеңейтілуі сияқты). Магнитті оптикалық дискінің конструктивті құрамы қалың шыныдан төселген, үстінен мөлдір қорғайтын пластикамен сәуле шашатын алюминдік пленка және ферромагниттік тасымалдаушы жағылады, дискіге қапталады. Өте үлкен көлемдегі ақпараттарды сақтай алады.
Бақылау сұрақтары:
1. Қандай сыртқы құрылғылар енгізу құрылғыларына жатады?
2. Қандай сыртқы құрылғылар шығару құрылғыларына жатады?
3. Ақпаратты сақтаудың негізгі принциптары.