Есептеу жүйесінің архитектурасы. Компьютерлердің жіктелуі. ДК жұмыс істеу принципі

Есептеу жүйесінің архитектурасы. Компьютерлердің жіктелуі. ДК жұмыс істеу принципі

Есептеу техникасы – кез келген ақпарат түрін автоматты түрде жылдам өңдеуге арналған электрондық құрылғылар жиыны. Бір-бірімен нақты түрде байланысып, біртұтас кешендік қызмет атқара алатын құрылғылар жиыны есептеу жүйесі деп аталады. Есептеу жүйелерінің орталық құрылғысы электрондық есептеу машинасы (ЭЕМ) немесе компьютер болып саналады.

Бұл күнде компьютер (ағылшынша computer – есептеуіш) әр түрлі мәліметтерді өңдеп, есептеу жұмыстарын атқара алатын және де кез келген символдарды түрлендіру істерін жылдам орындайтын программаланатын электрондық құрылғы.

Компьютер информацияны өңдеудін ең негізгі құралы болып саналады. Электрониканың дамуы компьютердің жаңа түрін – жеке пайдаланылатын дербес компьютерлерді (ДК) көптеп шығаруға жол ашты. Компьютерлерді өндіріс пен жобалау ісінде, ғылыми зерттеу істері мен білім беруде пайдалану миллиондаған адамдардың жұмыстарының мазмұны мен орындалуын түбегейлі түрде өзгертті деуге болады.

Компьютер негізін электрондық  және электромеханикалық элементтерден тұратын аппаратура (HardWare) құрайды. Компьютерлердің жұмыс істеу принципі программаларды (SoftWare) – алдын ала берілген арифметикалық, логикалық және басқа да операциялардың нақты тізбегін орындаудан тұрады.

ДК жұмыс істеу принципі

Сонымен, компьютер – нақты программа  бойынша ақпарат енгізу, сақтау және өңдеу операцияларын атқарып, алынған нәтижені түсінікті түрде шығарып көрсете алатын электрондық құрылғы. Осы аталған операциялардың әрқайсысын компьютердің белгілі бір құрылғысы орындайды.

Компьютердің барлық есептеу және информация өңдеу істерін атқаратын негізгі құрылғысы – орталық процессор. Бір интегралдық схемадан тұратын процессор микропроцессор деп аталады. Күрделі машиналарда процессор бір-бірімен өзара байланысты бірнеше интегралдық схемалар жиынынан тұрады. Бұрын сыртқы құрылғылар жұмысын орталық процессор басқаратын, қазірде жедел жадымен тікелей байланысқан арналар арқылы сыртқы құрылғылармен мәлімет алмасу ісін басқаратын арнайы шағын процессорлар бар, олар орталық процессор уақытын үнемдеп, жалпы жұмыс өнімділігін арттырады.

Енгізу құрылғысы (пернетақта, тышқан, сканер) компьютерге мәлімет енгізу қызметін атқарады. Шығару (мәлімет  алу) құрылғысы компьютердің жұмыс нәтижесін адамдарға жеткізу үшін қолданылады. Есте сақтау құрылғысы программаларды, мәліметтерді және жұмыс нәтижелерін сақтауға арналған. Ол сыртқы және ішкі болып екіге бөлінеді.

Оперативті есте сақтау құрылғысы  немесе ДК-нің жедел жады (RАМ – Random Access Memory), сондай-ақ тұрақты есте сақтау құрылғысы (RОМ – Read-only Memory) компьютердің ішкі жадын құрайды, осы екеуімен процессор жұмыс кезінде мәлімет алмасып отырады. Өңделуге тиісті кез келген мәлімет алдымен компьютердің сыртқы жадынан (магниттік дискілерден) жедел жадына жазылады.

Компьютердің тұрақты есте сақтау құрылғысы – тұрақты жады өзгертілмейтін информацияны сақтайды, ешкім оны өшіріп қайта жаза алмайды, оны тек оқуға болады. Әдетте тұрақты жадтың көлемі шағын 64 – 128 Кб шамасында. Тұрақты жадқа керекті программалар оны шығаратын заводта жазылады, олар көбінесе компьютерді токқа жалғаған кезде оны тексеріп іске қосу үшін қажет. Компьютердің жедел жадында осы мезетте дереу өңделуге тиіс мәліметтер мен программалар ғана сақталады. Оның көлемі 32 Мбайттан жоғары болады. Жедел жадта информация тек жұмыс сеансы кезінде сақталып, ондағы мәлімет ДК сөндірілгенде немесе электр торабында ақау болып, ток өшкен шақтарда ізсіз жоғалады. Осыған байланысты әрбір адам өзіне ұзақ уақыт керек болатын информацияны жоғалтып алмауы үшін оны оқтын-оқтын магнитгік дискіге жазып отыруы керек.

Қатты магниттік диск (винчестер) ДК программалары мен көлемді мәліметтерді есте сақтайды. Олардың көлемі оншақты Гбайттан жүздеген Гбайттарға дейін бола береді. Алмалы-салмалы мәлімет жинақтауыш болып табылатын иілгіш магниттік дискінің (флоппи-дискілер немесе дискеттер) диаметрі 3,5 дюйм (88 мм), ал сақтайтын информация көлемі – 1,44 Мбайт болады.

Орталық процессор жедел жадтағы  программаларды орындап, мәліметтерді түрлендіреді және де барлық құрылғыларды басқарады. Ол екі бөліктен – басқару құрылғысы мен арифметикалық-логикалық құрылғыдан тұрады. Басқару құрылғысы программа командаларын қабылдап алып орындайды да, арифметикалық-логикалық құрылғы есептеу жұмыстарын және логикалық операцияларды атқарады. Командалар екілік кодтардан тұрады, әрбір процессордың өз командалар жиыны болады. 2.1 суретте ДК-нің функционалдық схемасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 сурет. Компьютердің функциональдық  схемасы

 

Есте сақтау құрылғысы (жады) –  бұл программаларды, қабылданған, нәтижелік және аралық мәліметтерді уақытша (жедел жады), әрі ұзақ мерзімде (сыртқы жады) сақтауға арналған ЭЕМ құрылғысы. Жедел жадындағы информация компьютер ток көзіне қосылып тұрғанда ғана сақталып тұрады, бірақ оның жылдамдығы өте жоғары болады. Компьютер сыртқы жадындағы мәліметтер ток өшкенде де сақталады, бірақ оның процессормен мәлімет алмасу жылдамдығы төменгі деңгейде болады.

Арифметикалық-логикалық құрылғы  – программа командалары бойынша  арифметикалық амалдарды орындап, мәлімет кодтарын түрлендіреді. Басқару құрылғысы компьютердің барлық блоктарының жұмысын қадағалайды. Ол белгілі бір кезекпен компьютер жедел жадындағы командаларды біртіндеп орындатып отырады. Әрбір команда анықталып, қажеттілігіне қарай жедел жады ұяларындағы мәліметтер арифметикалық-логикалық құрылғыға беріледі де, команда кодына байланысты керекті амал орындалады. Осы процесс мынадай жағдай туындағанша – дайындалған мәліметтер біткенше, немесе бір құрылғыдан жұмысты тоқтату жайлы команда келгенше, немесе ток өшкенше жалғаса береді.

Компьютер жұмысының осы принципі фон Неймана архитектурасы деп  аталады, оны тұңғыш рет венгрлер елінен шыққан американ ғалымы Джон фон Нейман ұсынған еді.

Қазіргі  заманғы есептеу техникасының құрылымы

Компьютер — бұл әмбебаб  автоматтандырылған электронды құрылғы, ақпаратты беру мен өңдеу және жинақтау үшін керек. Компьютердің негізгі  блоктары: процессор, жады, сыртқы құрылғылар.Компьютер  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 (1-сурет).

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 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.

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

 

                                                                         1-сурет

Жеке компьютердің сыртқы құрамы. Сыртқы құрылғыларды перефиринді құрылғылар деп те атайды, яғни олар ЭЕМ-мен сыртқы әлем арасындағы байланысты жүзеге асырады. Сырқы құрылғылар компьютер аппаратурасына сыртқы құрылғыларды басқару құрылғылары деп аталатын арнайы контроллерлер арқылы қосылады.

Пернетақта. Басқару сигналдарын беру және компьютерге ақпарат енгізу үшін керек. Ол алфавитті–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 пояициясын көрсетеді.

Монитор — ақпараттың визуальды бейнесі көрінетін құрылғы (мәтін, кесте, сурет, т.б.). 

Принтер — баспаға шығару құрылғысы.Компьютерде кодталған ақпараттарды печатталған мәтін көшірмелері түрінде немесе графика түрінде шығаруды орындайды. Бірақ негізгі принтерлердің үш түрі бар:матрицалық, лазерлік және жылжымалы.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. Лазерлік принтерлер ксерокстар 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 отырып түсін 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 – бұлсыртқы 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.

Стример –қатты дискіден ленталы картридждерге деректерді жылдам көшіру үшін қызмет етеді.

Сканер — компьютерге графикалық бейнелерді енгізу үшін керек құрылғы. Құжаттың цифрланған бейнелерін құрады да, оны компьютер жадысына апарып орналастырады.. Сканерлердің қолмен жасалатын түрлері, яғни құжат бетін қолмен домалату арқылы және планшеттік сканерлер сыртқы түріне байланысты көшіру 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. 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 арқылы байланысқан және оның қимылы дисплей экранындағы курсордың қимылына сәйкес. Құрылғының жоғарғы бөлігінде басқарушы батырмалар орналасқан. 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.