John von Neumann(1903 - 1957) - Kuantum fiziği, kuantum mantığı, fonksiyonel analiz, küme teorisi, bilgisayar bilimi, ekonomi ve diğer bilim dallarına önemli katkılarda bulunan Yahudi kökenli Macar-Amerikalı matematikçi.

Bilgisayar mimarisi- bu, makinenin iç yapısı, işleme sürecini ve veri kodlama yöntemlerini, kompozisyonunu, amacını, teknik araçların etkileşim ilkelerini belirleyen mantıksal organizasyonudur ve yazılım.

İşlemci

1945'te John von Neumann bilgisayar mimarisini yarattı.

Bir von Neumann makinesi bir depolama aygıtından (bellek) - bir bellek, bir aritmetik-mantıksal birim - ALU, bir kontrol aygıtı - CU'nun yanı sıra giriş ve çıkış aygıtlarından oluşur.

Giriş cihazı

Çıkış cihazı

1946'da D. von Neumann, G. Goldstein ve A. Berks ortak makalelerinde bilgisayarların yapımı ve işleyişine ilişkin yeni ilkeleri özetlediler. Daha sonra bu prensiplere dayanarak ilk iki nesil bilgisayarlar üretildi. Daha sonraki nesillerde bazı değişiklikler oldu, ancak Neumann'ın ilkeleri bugün hala geçerli.

Herman Goldstein

Arthur Burks

John von Neumann

İkili sayı sisteminde yalnızca 0 ve 1 olmak üzere iki rakam kullanılır. Başka bir deyişle iki, ikili sayı sisteminin temelidir.

Ondalık sayı sistemine göre avantajı, cihazların oldukça basit, aritmetik ve mantıksal işlemler ikili sayı sisteminde de oldukça basittirler.

Sayı sistemleri

Ondalık

İkili

Sekizli

Onaltılık

Bilgisayarın çalışması bir dizi komuttan oluşan bir program tarafından kontrol edilir. Komutlar birbiri ardına sırayla yürütülür. Saklanmış bir programa sahip bir makinenin yaratılması, bugün programlama dediğimiz şeyin başlangıcıydı.

Bu durumda hem program komutları hem de veriler ikili sayı sisteminde kodlanır; kayıt yöntemleri aynıdır. Bu nedenle, belirli durumlarda veriler üzerinde gerçekleştirdiğiniz eylemlerin aynısını komutlar üzerinde de gerçekleştirebilirsiniz.

İstediğiniz zaman herhangi bir hafıza hücresine adresinden ulaşabilirsiniz. Bu prensip programlamada değişkenlerin kullanılması olasılığının önünü açtı.

Komutların sırayla yürütülmesine rağmen programlar, kodun herhangi bir bölümüne atlama yeteneğini uygulayabilir.

John von Neumann'ın başarıları.

John von Neumann en yüksek akademik ödüllere layık görüldü. Kesin Bilimler Akademisi (Lima, Peru), Amerikan Sanat ve Bilim Akademisi, Amerikan Felsefe Topluluğu, Lombard Bilim ve Edebiyat Enstitüsü, Hollanda Kraliyet Bilim ve Sanat Akademisi, ABD Ulusal Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi. ABD ve diğer ülkelerdeki birçok üniversiteden Akademi ve fahri doktora unvanı.

John von Neumann daha sekiz yaşındayken yüksek matematiğin temellerini ve birçok yabancı ve klasik dili biliyordu. Von Neumann, 1926'da Budapeşte Üniversitesi'nden mezun olduktan sonra Almanya'da öğretmenlik yaptı ve 1930'da Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etti ve Princeton İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde asistan oldu.

1944 yılında von Neumann ve ekonomist O. Morgenstern “Oyun Teorisi ve Ekonomik Davranış” kitabını yazdılar. Bu kitap yalnızca oyunların matematiksel teorisini değil aynı zamanda onun ekonomik, askeri ve diğer bilimlerdeki uygulamalarını da içermektedir. John von Neumann, ENIAC geliştirme grubuna grubun karşılaştığı matematiksel konularda danışman olarak atandı.

1946 yılında G. Goldstein ve A. Burks ile birlikte “Elektronik Bilgisayarın Mantıksal Tasarımının Ön Tartışması” raporunu yazıp yayınladı. Olağanüstü bir fizikçi ve matematikçi olan von Neumann'ın adı zaten geniş bilim çevrelerinde iyi bilindiğinden, raporda yapılan tüm açıklamalar ona atfedildi. Ayrıca, bir programdaki talimatların sıralı olarak yürütüldüğü ilk iki nesil bilgisayarların mimarisine "von Neumann bilgisayar mimarisi" adı verildi.

1. Program kontrol prensibi

Bu prensip, bilgisayardaki bilgi işlem işlemlerinin otomasyonunu sağlar.

Bir program, işlemci tarafından belirli bir sırayla birbiri ardına otomatik olarak yürütülen bir dizi komuttan oluşur. Bir program, bir program sayacı kullanılarak bellekten alınır. Bu işlemci kaydı, içinde saklanan bir sonraki talimatın adresini talimat uzunluğu kadar sırayla artırır. Program komutları belleğe birbiri ardına yerleştirildiğinden, sıralı olarak yerleştirilmiş bellek hücrelerinden bir komut zinciri düzenlenir. Bir komutu yürüttükten sonra bir sonrakine değil, başka birine geçmek gerekiyorsa, bir sonraki komutu içeren bellek hücresinin sayısını komut sayacına giren koşullu veya koşulsuz atlama komutları kullanılır. Bellekten komutların getirilmesi, "durdur" komutuna ulaşıldıktan ve yürütüldükten sonra durur. Böylece işlemci, insan müdahalesine gerek kalmadan programı otomatik olarak çalıştırır.

2. Bellek homojenliği ilkesi

Program ile veriler arasında temel bir farkın bulunmaması, bilgisayarın hesaplamaların sonucuna göre kendine bir program oluşturmasını mümkün kıldı.

Programlar ve veriler aynı hafızada saklanır. Bu nedenle bilgisayar, belirli bir bellek hücresinde saklananları (sayı, metin veya komut) ayırt etmez. Verilerde olduğu gibi komutlarda da aynı eylemleri gerçekleştirebilirsiniz. Bu, bir dizi olasılığın önünü açar. Örneğin, bir program, yürütülmesi sırasında da işlenebilir; bu, programın bazı parçalarını elde etmek için kuralları belirlemenize olanak tanır (programda döngülerin ve alt rutinlerin yürütülmesi bu şekilde düzenlenir). Ayrıca, bir programdan gelen komutlar, başka bir programın çalıştırılmasının sonuçları olarak elde edilebilir. Çeviri yöntemleri bu prensibe dayanmaktadır; program metninin üst düzey bir programlama dilinden belirli bir makinenin diline çevrilmesi.

3. Hedefleme ilkesi

Yapısal olarak ana bellek yeniden numaralandırılmış hücrelerden oluşur. Herhangi bir hücre, herhangi bir zamanda işlemcinin kullanımına açıktır. Bu, bellek alanlarını adlandırma yeteneğini ifade eder, böylece içlerinde depolanan değerlere daha sonra atanan adlar kullanılarak programın yürütülmesi sırasında erişilebilir veya değiştirilebilir.

Von Neumann, bir bilgisayarın bilgi işlemede evrensel ve kullanışlı bir araç olabilmesi için nasıl olması gerektiğini anlattı. Her şeyden önce aşağıdaki cihazlara sahip olmalıdır:

Aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştiren bir aritmetik-mantıksal cihaz. Programların yürütülmesi sürecini düzenleyen bir kontrol cihazı. Programları ve verileri depolamak için kullanılan bir depolama cihazı.

Bu prensiplere dayanan bilgisayarlar von Neumann bilgisayarları olarak sınıflandırılır.

Günümüzde IBM PC de dahil olmak üzere bilgisayarların büyük çoğunluğu uyumludur. Ancak farklı mimariye sahip bilgisayar sistemleri de vardır; örneğin paralel hesaplama sistemleri.

Bilgisayar yapısının omurga modüler prensibi

Bilgisayar mimarisi, mantıksal organizasyonunu, yapısını, kaynaklarını, yani bir bilgi işlem sisteminin araçlarını ifade eder. Modern PC'lerin mimarisi omurga modüler prensibine dayanmaktadır.

Modüler prensip, tüketicinin ihtiyaç duyduğu bilgisayar konfigürasyonunu seçmesine ve gerekirse yükseltmesine olanak tanır. Sistemin modüler organizasyonu bilgi alışverişinin omurga (bus) prensibine dayanmaktadır. Bir veri yolu veya sistem veri yolu, bellek adresleme, veri aktarımı ve servis sinyalleri için işlemciyi, belleği ve çevresel aygıtları birbirine bağlayan bir dizi elektronik hattır.

Bilgi alışverişi, tüm modülleri (veri yolu, adres yolu ve kontrol veri yolu) birbirine bağlayan üç adet çok bitli veri yolu aracılığıyla bireysel bilgisayar cihazları arasında yapılır.

Bağlantı bireysel modüller Bilgisayarın karayoluna bağlantısı fiziksel düzeyde kontrolörler kullanılarak, yazılım düzeyinde ise sürücüler tarafından sağlanmaktadır. Denetleyici, işlemciden sinyali alır ve ilgili cihazın bu sinyali alıp yanıt verebilmesi için şifresini çözer. İşlemci, cihazın yanıtından sorumlu değildir; bu, denetleyicinin bir işlevidir. Bu nedenle, harici bilgisayar aygıtları değiştirilebilir ve bu tür modüllerin seti keyfidir.

Veri yolu genişliği işlemci bit kapasitesi, yani işlemcinin bir saat döngüsünde işlediği ikili bitlerin sayısı tarafından belirlenir.

Veri yolu üzerindeki veriler hem işlemciden herhangi bir cihaza hem de ters yönde iletilebilir, yani veri yolu çift yönlüdür. Veri yolunu kullanan işlemcinin ana çalışma modları şunları içerir: RAM ve harici depolama aygıtlarından veri yazma/okuma, giriş aygıtlarından veri okuma, çıkış aygıtlarına veri gönderme.

Veri alışverişi için bir abonenin seçimi, cihazın adres kodunu üreten işlemci tarafından ve RAM için - bellek hücresinin adres kodu tarafından yapılır. Adres kodu adres veri yolu boyunca iletilir ve sinyaller işlemciden cihazlara tek yönde iletilir, yani. bu veri yolu tek yönlüdür.

Kontrol veri yolu, bilgi alışverişinin doğasını belirleyen sinyalleri ve bilgi alışverişine katılan cihazların etkileşimini senkronize eden sinyalleri iletir.

Harici cihazlar veri yollarına bir arayüz aracılığıyla bağlanır. Bir arayüz bir dizi çeşitli özellikler kendisi ile merkezi işlemci arasındaki bilgi alışverişinin organizasyonunu belirleyen herhangi bir PC çevre birimi cihazı. Arayüzlerin uyumsuzluğu durumunda (örneğin, sistem veri yolu arayüzü ve sabit sürücü arayüzü), denetleyiciler kullanılır.

Bilgisayarda bulunan aygıtların merkezi işlemciyle etkileşime girebilmesi için IBM uyumlu bilgisayarlarda kesme sistemi bulunur. Kesme sistemi, bilgisayarın klavyedeki bir tuşa basmak gibi bir isteğe yanıt olarak mevcut etkinliği duraklatmasına ve diğer etkinliklere geçmesine olanak tanır. Sonuçta bir yandan bilgisayarın kendisine verilen işle meşgul olması arzu edilirken, diğer yandan dikkat gerektiren herhangi bir talebe anında yanıt vermesi gerekiyor. Kesintiler anında sistem yanıtı sağlar.

Bilgisayar teknolojisindeki ilerleme büyük adımlarla gerçekleşiyor. Her yıl yeni işlemciler, kartlar, sürücüler ve diğer çevresel aygıtlar ortaya çıkıyor. Bir bilgisayarın potansiyel yeteneklerinin artması ve yeni, daha verimli bileşenlerin ortaya çıkması, kaçınılmaz olarak bilgisayarınızı yükseltme isteği duymanıza neden olur. Ancak yeni başarılar tam olarak takdir edilemez bilgisayar teknolojisi bunları mevcut standartlarla karşılaştırmadan.

PC alanında yeni şeylerin geliştirilmesi her zaman eski standartlara ve ilkelere dayanmaktadır. Bu nedenle bunları bilmek, yeni bir sistemin seçilmesinde (veya aleyhinde) temel bir faktördür.

Bilgisayar aşağıdaki bileşenleri içerir:

merkezi işlem birimi (CPU); RAM (bellek);

depolama aygıtları;

giriş cihazları;

çıkış cihazları;

iletişim cihazları.

Bugün buna inanmak zor ama çoğu kişinin onsuz hayatını hayal edemeyeceği bilgisayarlar yalnızca 70 yıl önce ortaya çıktı. Yaratılışlarına belirleyici katkıda bulunanlardan biri Amerikalı bilim adamı John von Neumann'dı. Bugüne kadar çoğu bilgisayarın çalıştığı ilkeleri önerdi. Von Neumann makinesinin nasıl çalıştığına bakalım.

Kısa biyografik bilgi

Janos Neumann, 1930 yılında Budapeşte'de çok zengin bir Yahudi ailenin çocuğu olarak dünyaya geldi ve daha sonra asil bir unvan almayı başardı. Çocukluğundan beri her alanda olağanüstü yeteneklerle ayırt edildi. Neumann, 23 yaşındayken deneysel fizik ve kimya alanında doktora tezini zaten savunmuştu. 1930 yılında genç bilim adamı ABD'ye çalışmaya davet edildi ve aynı zamanda Neumann, hayatının sonuna kadar profesör olarak çalıştığı İleri Araştırmalar Enstitüsü'nün ilk çalışanlarından biri oldu. Neumann'ın bilimsel ilgi alanları oldukça kapsamlıydı. Özellikle kuantum mekaniği aparatının ve hücresel otomat kavramının yaratıcılarından biridir.

Bilgisayar bilimine katkılar

Von Neumann'ın mimarisinin hangi prensibe uymadığını bulmadan önce, bilim adamının modern tipte bir bilgi işlem makinesi yaratma fikrini nasıl ortaya çıkardığını bilmek ilginç olacak.

Patlamalar ve şok dalgaları matematiği konusunda uzman olan von Neumann, 1940'ların başında Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühimmat Araştırma laboratuvarlarından birinde bilimsel danışman olarak görev yaptı. 1943 sonbaharında, liderinin kişisel daveti üzerine Manhattan Projesi'nin geliştirilmesine katılmak üzere Los Alamos'a geldi. Kendisine bir atom bombasının patlama sıkıştırma kuvvetini kritik bir kütleye kadar hesaplama görevi verildi. Bunu çözmek için, ilk önce el hesap makinelerinde ve daha sonra delikli kartlar kullanılarak IBM'in mekanik tablolayıcılarında gerçekleştirilen büyük hesaplamalar gerekiyordu.

Elektronik-mekanik ve tamamen elektronik bilgisayarlar yaratmanın ilerleyişi hakkında bilgi sahibi oldum. Kısa süre sonra EDVAC ve ENIAC bilgisayarlarının geliştirilmesine dahil oldu ve bu da onu EDVAC hakkında tamamlanmamış İlk Taslak Raporu yazmaya yöneltti; bu raporda bilim camiasına bilgisayar mimarisinin ne olması gerektiğine dair tamamen yeni bir fikir sundu.

Von Neumann'ın ilkeleri

Bir bilim olarak bilgisayar bilimi, 1945 yılına gelindiğinde herkesin işlenmiş sayıları hafızasında 10. biçimde saklaması ve santral panosuna jumper'lar takılarak işlem gerçekleştirme programlarının belirlenmesi nedeniyle çıkmaza girmişti.

Bu, bilgisayarların yeteneklerini önemli ölçüde sınırladı. Gerçek atılım von Neumann'ın ilkeleriydi. Kısaca tek cümleyle ifade edilebilirler: ikili sayı sistemine geçiş ve kayıtlı programın prensibi.

Analiz

Von Neumann makinesinin klasik yapısının hangi ilkelere dayandığını daha ayrıntılı olarak ele alalım:

1. Ondalıktan ikili sisteme geçiş

Neumann mimarisinin bu prensibi oldukça basit mantık cihazlarının kullanımına izin verir.

2. Elektronik bilgisayarın yazılım kontrolü

Bir bilgisayarın çalışması, birbiri ardına yürütülen bir dizi komutla kontrol edilir. Belleğe kayıtlı bir programa sahip ilk makinelerin geliştirilmesi, modern programlamanın başlangıcını işaret ediyordu.

3. Veri ve programlar bilgisayar belleğinde bir arada saklanır

Aynı zamanda, hem veri hem de program komutları ikili sayı sisteminde aynı şekilde yazılmaktadır, dolayısıyla bazı durumlarda veriler üzerinde olduğu gibi bunlar üzerinde de aynı eylemlerin gerçekleştirilmesi mümkündür.

Sonuçlar

Ayrıca Fonneyman makinesinin mimarisi aşağıdaki özelliklere sahiptir:

1. Bellek hücrelerinin sıralı olarak numaralandırılmış adresleri vardır

Bu prensibin uygulanması sayesinde değişkenlerin programlamada kullanılması mümkün hale geldi. Özellikle herhangi bir zamanda belirli bir hafıza hücresine onun adresinden erişebilirsiniz.

2. Programın yürütülmesi sırasında koşullu atlama olasılığı

Daha önce de belirtildiği gibi programlardaki komutların sırayla yürütülmesi gerekir. Ancak kodun herhangi bir bölümüne atlamak mümkündür.

Von Neumann makinesi nasıl çalışır?

Çok matematiksel model depolama (bellek), kontrolün yanı sıra giriş ve çıkış cihazlarından oluşur. Tüm program komutları yakınlarda bulunan bellek hücrelerine yazılır ve bunların işlenmesine yönelik veriler rastgele hücrelerde bulunur.

Herhangi bir takım aşağıdakilerden oluşmalıdır:

• hangi işlemin gerçekleştirileceğine dair göstergeler;
• belirtilen işlemden etkilenen kaynak verilerin depolandığı bellek hücrelerinin adresleri;
• Sonucun yazılması gereken hücrelerin adresleri.

Komutlarla belirtilen belirli kaynak verileri üzerindeki işlemler ALU tarafından gerçekleştirilir ve sonuçlar bellek hücrelerine kaydedilir, yani daha sonraki makine işlemleri için uygun bir biçimde saklanır veya bir çıkış cihazına (monitör, yazıcı vb.) iletilir. ) ve insanlar için erişilebilir hale gelir.

Kontrol ünitesi bilgisayarın tüm parçalarını kontrol eder. Diğer cihazlar ondan "ne yapmaları gerektiği" yönünde sinyaller ve emirler alırken, diğer cihazlardan da hangi durumda oldukları hakkında bilgi alır.

Kontrol cihazının “program sayacı” SC adı verilen özel bir kaydı vardır. Kaynak veri ve program belleğe yüklendikten sonra 1. komutunun adresi CS'ye yazılır. Kontrol ünitesi, adresi IC'de bulunan hücrenin içeriğini bilgisayar belleğinden okur ve bunu “Komut Kaydına” yerleştirir. Kontrol cihazı, belirli bir komuta karşılık gelen işlemi belirler ve adresleri içinde belirtilen verileri bilgisayar belleğinde "işaretler". Daha sonra, ALU veya bilgisayar, tamamlandıktan sonra CS'nin içeriğinin birer birer değiştiği, yani bir sonraki komuta işaret ettiği bir işlemi yürütmeye başlar.

Eleştiri

Eksiklikler ve mevcut beklentiler tartışma konusu olmaya devam ediyor. Bu seçkin bilim adamının ortaya koyduğu ilkelere göre oluşturulan makinelerin mükemmel olmadığı gerçeği çok uzun zaman önce fark edilmişti.

Bu nedenle, bilgisayar bilimleri sınav kağıtlarında sıklıkla "von Neumann mimarisi hangi prensibi karşılamıyor ve ne gibi eksiklikleri var?" Sorusunu bulabilirsiniz.

İkinci kısmı cevaplarken şunları belirttiğinizden emin olun:

• üst düzey programlama dilleri ile komut sistemleri arasında anlamsal bir boşluğun varlığı için;
• OP ve işlemci verimini eşleştirme sorunu üzerine;
• Yaratılış maliyetlerinin donanım geliştirme maliyetinden çok daha düşük olması ve programın tam olarak test edilmesinin mümkün olmaması nedeniyle ortaya çıkan yazılım krizine;
• teorik limite zaten ulaşıldığı için performans açısından umut eksikliği.

Von Neumann mimarisinin hangi prensibe uymadığına gelince paralel organizasyondan bahsediyoruz büyük sayıÇok işlemcili mimarinin doğasında bulunan veri akışları ve komutlar.

Çözüm

Artık von Neumann mimarisinin hangi prensibe uymadığını biliyorsunuz. Bilim ve teknolojinin yerinde duramadığı açıktır ve belki de çok yakında her evde tamamen yeni bir bilgisayar türü ortaya çıkacak ve bu sayede insanlık yeni bir gelişme düzeyine ulaşacaktır. Bu arada “Von Neumann Mimarlık” eğitim programı sınava hazırlanmanıza yardımcı olacak. Bu tür dijital eğitim kaynakları, materyalin öğrenilmesini kolaylaştırır ve bilginizi değerlendirme fırsatı sunar.

Tüm modern bilgisayarlar, üzerinden çok zaman geçmesine rağmen Amerikalı matematikçi John von Neumann'ın (1903 - 1957) önerdiği ilkelere göre çalışır. Ayrıca bilgisayarların geliştirilmesine ve uygulanmasına önemli katkılarda bulunmuştur. Bir bilgisayarın çalışma prensiplerini belirleyen ilk kişi oydu:

1. İkili kodlama ilkesi: Bilgisayardaki tüm bilgiler, 0 ve 1'in birleşimi olan ikili biçimde sunulur.

2. Bellek homojenliği ilkesi: hem programlar hem de veriler aynı bellekte saklanır. Bu nedenle, bilgisayar belirli bir bellek hücresinde neyin saklandığını tanımaz ancak sayılar, metinler, komutlar vb. orada bulunabilir. Süper verilerde olduğu gibi aynı eylemler komutlar üzerinde de gerçekleştirilebilir.

3. Bellek adreslenebilirliği ilkesi: şematik olarak OP (ana bellek) numaralandırılmış hücrelerden oluşur, CPU (merkezi işlem birimi) herhangi bir bellek hücresine herhangi bir zamanda erişebilir. Bu nedenle OP ile CPU arasında daha uygun etkileşim için bellek bloklarına adlar atamak mümkündür.

4. Sıralı program kontrolü ilkesi: Bir program, CPU tarafından birbiri ardına sırayla yürütülen bir dizi talimattan oluşur.

5. Koşullu dallanma ilkesi: Komutların tek tek yürütülmesi her zaman geçerli değildir, bu nedenle depolanan verinin değerine bağlı olarak komutların sıralı yürütülmesini değiştiren koşullu dallanma komutlarına sahip olmak mümkündür.

. Modern bilgisayarların sınıflandırılması.

Modern bilgisayar yerleşik olarak bölünmüştür mikroişlemciler, mikrobilgisayar(kişisel bilgisayarlar), ana bilgisayar bilgisayarlar Ve süper bilgisayar- birkaç işlemciden oluşan bir bilgisayar kompleksi.

Mikroişlemler- formda uygulanan işlemciler integral elektronik mikro devreler. Mikroişlemciler telefonlara, televizyonlara ve diğer cihazlara, makinelere ve cihazlara yerleştirilebilir.

Entegre devrelerde tüm modern mikro bilgisayarların işlemcileri ve RAM'lerinin yanı sıra tüm büyük bilgisayar ve süper bilgisayar bloklarının yanı sıra tüm programlanabilir cihazlar uygulanmaktadır.

Mikroişlemci performansı birkaç taneye tekabül ediyor milyonlarca operasyonlar saniyede ve modern RAM bloklarının hacmi birkaç milyon bayttır.

Mikrobilgisayar - bunlar tam teşekküllü bilgi işlem arabalar veri işleme için sadece işlemci ve RAM'e sahip değil, aynı zamanda giriş-çıkış ve bilgi depolama aygıtlarına da sahiptir.

Kişisel bilgisayarlar - Bu mikrobilgisayar elektronik ekranlarda görüntüleme aygıtlarının yanı sıra klavye biçiminde veri giriş/çıkış aygıtlarına ve muhtemelen bilgisayar ağlarına bağlanmaya yönelik aygıtlara sahip olan.

Mikrobilgisayar mimarisi işlemcilerin ve RAM birimlerinin yanı sıra tüm giriş-çıkış cihazlarının bağlı olduğu bir arayüz cihazı olan bir sistem omurgasının kullanımına dayanmaktadır.

Bagajı kullanma değiştirmenizi sağlar birleştirmek Ve yapı mikrobilgisayar- ek giriş/çıkış aygıtları ekleyin ve bilgisayarların işlevselliğini artırın.

Uzun süreli depolama Modern bilgisayarlardaki bilgiler elektronik, manyetik ve optik medya- manyetik diskler, optik diskler ve flash bellek birimleri.

Modern bilgisayarların mimarisi dosyaların, yazılım paketlerinin, veritabanlarının ve kontrol işletim sistemlerinin bulunduğu uzun süreli belleğin varlığını gerektirir.

Ana bilgisayar bilgisayarları - bilgisayarlar yüksek üretkenlik büyük hacimli harici bellek. Ana çerçeve bilgisayarlar, bilgisayar ağları ve büyük veri depolama tesisleri için sunucu olarak kullanılır.

Ana bilgisayar bilgisayarlar organizasyon için bir temel olarak kullanılır kurumsal bilgi sistemler Endüstriyel şirketlere ve devlet kurumlarına hizmet vermek.

Süper bilgisayar- Bu çok işlemcili bilgisayar Karmaşık bir mimariye sahip, en yüksek performansa sahip ve süper karmaşık bilgi işlem sorunlarını çözmek için kullanılır.

Süper bilgisayar performansışuna eşittir: onlarca Ve yüzlerce bin milyarlarca bilgi işlem operasyonlar saniyede. Aynı zamanda süper bilgisayarlardaki işlemci sayısı giderek artıyor ve bilgisayar mimarisi daha karmaşık hale geliyor.

Thuring makinesi

Turing makinesi (MT)- soyut icracı (soyut bilgi işlem makinesi). Algoritma kavramını resmileştirmek için 1936'da Alan Turing tarafından önerildi.

Turing makinesi bir uzantıdır sonlu durum makinesi ve Church-Turing tezine göre, tüm sanatçıları taklit edebilen(geçiş kurallarını belirterek), her bir hesaplama adımının oldukça basit olduğu adım adım hesaplama sürecini bir şekilde uygulayan.

Turing makinesinin yapısı[

Turing makinesi her iki yönde de sınırsız içerir kurdele(Birkaç sonsuz bant içeren Turing makineleri mümkündür), hücrelere bölünmüş ve kontrol cihazı(aynı zamanda denir okuma-yazma kafası(GZCH))), bunlardan birinde olma yeteneğine sahip durumlar kümesi. Kontrol cihazının olası durumlarının sayısı sonludur ve kesin olarak belirtilmiştir.

Kontrol cihazı bant boyunca sola ve sağa hareket edebilir, bazı sonlu alfabelerin karakterlerini okuyup hücrelere yazabilir. Özel olarak öne çıkıyor boş giriş verilerinin yazıldığı hücreler (son sayı) hariç, bandın tüm hücrelerini dolduran bir sembol.

Kontrol cihazı aşağıdakilere göre çalışır: geçiş kuralları algoritmayı temsil eden, gerçekleştirilebilir bu Turing makinesi. Her geçiş kuralı, makineye, mevcut duruma ve mevcut hücrede gözlemlenen sembole bağlı olarak, bu hücreye yeni bir sembol yazması, yeni bir duruma geçmesi ve bir hücreyi sola veya sağa taşıması talimatını verir. Bazı Turing makinesi durumları şu şekilde etiketlenebilir: terminal ve bunlardan herhangi birine gitmek işin sonu, algoritmanın durdurulması anlamına gelir.

Turing makinesi denir deterministik Tablodaki her durum ve şerit sembolü kombinasyonu en fazla bir kurala karşılık geliyorsa. 2 veya daha fazla talimatın bulunduğu bir "şerit sembolü - durum" çifti varsa, böyle bir Turing makinesi denir. deterministik olmayan.

Turing makinesinin açıklaması[

Belirli bir Turing makinesi, A alfabesindeki harf kümesinin, Q durum kümesinin ve makinenin çalıştığı kurallar kümesinin öğelerinin listelenmesiyle tanımlanır. Şu formdadırlar: q i a j →q i1 a j1 d k (baş q i durumundaysa ve gözlenen hücreye a j harfi yazılmışsa, o zaman baş q i1 durumuna gider, hücreye a j1 yazılır) j yerine kafa, üç seçeneğe sahip bir d k hareketi yapar: bir hücre sola (L), bir hücre sağa (R), yerinde kalma (N)). Mümkün olan her konfigürasyon için tam olarak tek bir kural vardır (deterministik olmayan bir Turing makinesi için daha fazla kural olabilir). Yalnızca arabanın durduğu son durum için kural yoktur. Ayrıca son ve başlangıç ​​durumlarını, bant üzerindeki başlangıç ​​konfigürasyonunu ve makine kafasının konumunu da belirtmeniz gerekir.

Turing makinesine bir örnek[

Tekli sayı sisteminde sayıları çarpmak için MT örneğini verelim. “Q i a j →q i1 a j1 R/L/N” kuralının girişi şu şekilde anlaşılmalıdır: q i bu kuralın yürütüldüğü durumdur, a j, kafanın bulunduğu hücredeki veridir, q i1 gidilecek durum, j1 - hücrede yazılması gerekenler, R/L/N - hareket etme komutu.

John von Neumann'ın bilgisayar mimarisi

Von Neumann mimarisi- komutların ve verilerin bilgisayar belleğinde ortak depolanmasının iyi bilinen bir ilkesi. Bu tür bilgi işlem sistemlerine sıklıkla "von Neumann makineleri" adı verilir, ancak bu kavramların karşılığı her zaman açık değildir. Genel olarak insanlar von Neumann mimarisi hakkında konuştuğunda, veri ve talimatların tek bir bellekte saklanması ilkesini kastediyorlar.

Von Neumann ilkeleri

Von Neumann'ın ilkeleri[

Bellek homojenliği ilkesi

Komutlar ve veriler aynı bellekte saklanır ve bellekte harici olarak ayırt edilemez. Yalnızca kullanım yöntemiyle tanınabilirler; yani bir bellek hücresindeki aynı değer, yalnızca erişim şekline bağlı olarak veri, komut ve adres olarak kullanılabilir. Bu, sayılarla olduğu gibi komutlar üzerinde de aynı işlemleri gerçekleştirmenize olanak tanır ve buna göre bir dizi olasılığın önünü açar. Böylece komutun adres kısmını döngüsel olarak değiştirerek veri dizisinin ardışık elemanlarına erişmek mümkün olur. Bu tekniğe komut modifikasyonu denir ve modern programlama açısından önerilmez. Daha kullanışlı olanı, bir programdan talimatların başka bir programın yürütülmesi sonucunda elde edilebildiği homojenlik ilkesinin bir başka sonucudur. Çevirinin temelinde bu olasılık yatmaktadır; program metninin üst düzey bir dilden belirli bir bilgisayarın diline çevrilmesi.

Hedefleme ilkesi

Yapısal olarak ana bellek, numaralandırılmış hücrelerden oluşur ve herhangi bir hücre, işlemcinin kullanımına her zaman açıktır. Komutların ve verilerin ikili kodları, kelime adı verilen ve bellek hücrelerinde saklanan bilgi birimlerine bölünür ve bunlara erişmek için karşılık gelen hücrelerin numaraları - adresler kullanılır.

Program kontrol prensibi

Sorunu çözmek için algoritma tarafından sağlanan tüm hesaplamalar, bir dizi kontrol kelimesi - komuttan oluşan bir program biçiminde sunulmalıdır. Her komut, bilgisayar tarafından uygulanan bir dizi işlemden bazı işlemleri belirler. Program komutları bilgisayarın sıralı bellek hücrelerinde saklanır ve doğal bir sırayla, yani programdaki konumlarına göre yürütülür. Gerekirse, kullanarak özel ekipler, bu sıra değiştirilebilir. Program komutlarının yürütme sırasını değiştirme kararı, önceki hesaplamaların sonuçlarının analizine dayanarak veya koşulsuz olarak verilir.

İşlemci türleri

Mikroişlemci- bu, bir bilgisayar işlemcisinin işlevlerini yerine getiren bir veya daha fazla büyük entegre devreden (LSI) oluşan bir cihazdır. Klasik bir bilgi işlem cihazı, bir aritmetik birim (AU), bir kontrol cihazı (CU), bir depolama cihazından (SU) oluşur. ) ve bir giriş-çıkış cihazı (G/Ç)).

Plastik PPGA kutuda IntelCeleron 400 Soket 370, üstten görünüm.

Çeşitli mimarilere sahip işlemciler var.

CISC(İng. ComplexInstructionSetComputing), aşağıdaki özelliklerle karakterize edilen bir işlemci tasarım konseptidir:

· farklı format ve uzunluklarda çok sayıda komut;

· çok sayıda farklı adresleme modunun tanıtılması;

· karmaşık talimat kodlamasına sahiptir.

Bir CISC işlemcisi, eşit olmayan uzunluktaki daha karmaşık talimatlarla uğraşmak zorundadır. Tek bir CISC talimatı daha hızlı yürütülebilir ancak birden fazla CISC talimatını paralel olarak işlemek daha zordur.

Çeviricide programların hata ayıklamasını kolaylaştırmak, mikroişlemci ünitesinin düğümlerle karmaşık hale getirilmesini gerektirir. Performansı artırmak için saat frekansının ve entegrasyon derecesinin artırılması gerekir; bu da gelişmiş teknolojiyi ve bunun sonucunda daha pahalı üretimi gerektirir.

CISC mimarisinin avantajları[göstermek]

CISC mimarisinin dezavantajları[göstermek]

RISC(Azaltılmış Komut Seti Hesaplama). Azaltılmış komut setine sahip işlemci. Komuta sistemi basitleştirildi. Tüm komutlar basit kodlamayla aynı formattadır. Belleğe yükleme ve yazma komutları kullanılarak erişilir; geri kalan komutlar yazmaç-kayıt türündedir. CPU'ya giren komut zaten alanlara bölünmüştür ve ek şifre çözme gerektirmez.

Ek bileşenlerin barındırılması için kristalin bir kısmı serbest bırakılır. Entegrasyon derecesi önceki mimari varyanttan daha düşüktür, bu nedenle yüksek performans için daha düşük saat hızlarına izin verilir. Komut RAM'i daha az karıştırır, CPU daha ucuzdur. Bu mimariler yazılımla uyumlu değildir. RISC programlarında hata ayıklamak daha zordur. Bu teknoloji CISC teknolojisiyle uyumlu bir yazılımla (örneğin süperskalar teknoloji) uygulanabilir.

RISC talimatları basit olduğundan, bunları yürütmek için daha az sayıda mantık kapısına ihtiyaç duyulur ve bu da sonuçta işlemcinin maliyetini azaltır. Ancak günümüzün çoğu yazılımı özel olarak Intel CISC işlemciler için yazılmış ve derlenmiştir. RISC mimarisini kullanmak için mevcut programların yeniden derlenmesi ve bazen yeniden yazılması gerekir.

Saat frekansı

Saat frekansı, komutların merkezi işlemci tarafından yürütülme hızının bir göstergesidir.
İncelik, temel bir işlemi gerçekleştirmek için gereken süredir.

Yakın geçmişte, merkezi bir işlemcinin saat hızı doğrudan performansıyla tanımlanıyordu; yani CPU'nun saat hızı ne kadar yüksekse, o kadar üretken oluyordu. Uygulamada, farklı frekanslara sahip işlemcilerin aynı performansa sahip olduğu bir durumla karşı karşıyayız çünkü bunlar bir saat döngüsünde (çekirdek tasarımına, veri yolu bant genişliğine, önbelleğe bağlı olarak) farklı sayıda talimatı yürütebilirler.

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

Bit derinliği

İşlemci kapasitesi, merkezi işlemcinin bir saat döngüsünde işleyebileceği bilgi miktarını belirleyen bir değerdir.

Örneğin işlemci 16 bit ise bu, bir saat döngüsünde 16 bit bilgiyi işleyebildiği anlamına gelir.

Sanırım herkes, işlemcinin bit derinliği ne kadar yüksek olursa, işlemcinin o kadar fazla bilgi işleyebileceğini anlıyor.

Tipik olarak işlemci kapasitesi ne kadar yüksek olursa performansı da o kadar yüksek olur.

Şu anda 32 ve 64 bit işlemciler kullanılıyor. İşlemcinin boyutu, aynı bit boyutunda komutları yürütmek zorunda olduğu anlamına gelmez.

Önbellek

Öncelikle önbellek nedir sorusunun cevabını verelim.

Önbellek, merkezi işlemcinin ihtiyaç duyduğu bilgilerin (yürütülebilir programların ve verilerin kodu) geçici olarak depolanması için tasarlanmış yüksek hızlı bir bilgisayar belleğidir.

Önbellekte hangi veriler saklanır?

En sık kullanılanlar.

Önbelleğin amacı nedir?

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

Önbellek, normal bellek gibi bir kapasiteye sahiptir. Önbellek kapasitesi ne kadar yüksek olursa, çalışabileceği veri miktarı da o kadar büyük olur.

Üç düzeyde önbellek vardır: önbellek Birinci (L1), ikinci (L2) ve üçüncü (L3). İlk iki düzey en çok modern bilgisayarlarda kullanılır.

Her üç önbellek düzeyine de daha yakından bakalım.

İlk önbellek seviye en hızlı ve en pahalı hafızadır.

L1 önbellek, işlemciyle aynı yonga üzerinde bulunur ve CPU frekansında çalışır (dolayısıyla en hızlı performanstır) ve doğrudan işlemci çekirdeği tarafından kullanılır.

Birinci seviye önbelleğin kapasitesi küçüktür (yüksek maliyeti nedeniyle) ve kilobayt cinsinden ölçülür (genellikle 128 KB'den fazla değildir).

L2 önbellek- Bu yüksek hızlı bellek L1 önbelleğiyle aynı işlevleri yerine getirir. L1 ve L2 arasındaki fark, ikincisinin daha düşük hıza ancak daha büyük kapasiteye (128 KB'den 12 MB'a) sahip olmasıdır; bu, kaynak yoğun görevlerin yerine getirilmesi için çok faydalıdır.

L3 önbellek anakart üzerinde bulunur. L3, L1 ve L2'den önemli ölçüde yavaştır, ancak RAM'den daha hızlıdır. L3'ün hacminin L1 ve L2'nin hacminden daha büyük olduğu açıktır. Seviye 3 önbellek çok güçlü bilgisayarlarda bulunur.

Çekirdek sayısı

Modern işlemci üretim teknolojileri, birden fazla çekirdeğin tek bir pakete yerleştirilmesini mümkün kılar. Birkaç çekirdeğin varlığı işlemcinin performansını önemli ölçüde artırır, ancak bu, varlığın olmadığı anlamına gelmez. N çekirdekler daha yüksek performans sağlar N bir kere. Ek olarak, çok çekirdekli işlemcilerle ilgili sorun, bugün işlemcide birkaç çekirdeğin varlığı dikkate alınarak yazılan nispeten az sayıda programın olmasıdır.

Çok çekirdekli işlemci, her şeyden önce çoklu görev işlevini uygulamanıza olanak tanır: uygulamaların çalışmasını işlemci çekirdekleri arasında dağıtmak. Bu, her bir çekirdeğin kendi uygulamasını çalıştırdığı anlamına gelir.

Yapı anakart

Bir anakart seçmeden önce en azından yüzeysel olarak yapısını dikkate almanız gerekir. Her ne kadar burada soketlerin ve anakartın diğer parçalarının konumunun özel bir rol oynamadığını belirtmekte fayda var.

Dikkat etmeniz gereken ilk şey işlemci soketidir. Bu, tutturuculu küçük kare bir oyuktur.

"Overlock" (bilgisayarda hız aşırtma) terimine aşina olanlar için, çift radyatörün varlığına dikkat etmelisiniz. Çoğu zaman anakartlarda çift soğutucu bulunmaz. Bu nedenle gelecekte bilgisayarlarına hız aşırtma yapmak isteyenler için bu öğenin kartta mevcut olduğundan emin olunması tavsiye edilir.

Uzatılmış PCI-Express yuvaları video kartları, TV tarayıcıları, ses ve ağ kartları için tasarlanmıştır. Video kartları daha fazla bant genişliği gerektirir ve PCI-Express X16 konektörlerini kullanır. Diğer adaptörler için PCI-Express X1 konnektörleri kullanılır.

Uzman tavsiyesi!Farklı bant genişliklerine sahip PCI yuvaları neredeyse aynı görünür. Evde video kartlarını takarken ani hayal kırıklıklarını önlemek için konektörlere özellikle dikkatlice bakmaya ve altlarındaki etiketleri okumaya değer.

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

Anakartın yonga seti genellikle soğutucunun altında gizlidir. Bu unsur şunlardan sorumludur: birlikte çalışmak işlemci ve sistem biriminin diğer parçaları.

Kartın kenarındaki küçük kare konektörler bağlantı için kullanılır sabit disk. Diğer tarafta giriş ve çıkış aygıtları (USB, fare, klavye vb.) için konektörler bulunur.

Üretici

Birçok şirket anakart üretiyor. Bunların en iyisini veya en kötüsünü ayırmak neredeyse imkansızdır. Herhangi bir şirketin ödemesine yüksek kalite denilebilir. Çoğu zaman bilinmeyen üreticiler bile iyi ürünler sunar.

İşin sırrı, tüm anakartların iki şirketin yonga setleriyle donatılmış olmasıdır: AMD ve Intel. Üstelik yonga setleri arasındaki farklar önemsizdir ve yalnızca son derece uzmanlaşmış sorunların çözümünde rol oynar.

Form faktörü

Anakartlar söz konusu olduğunda boyut önemlidir. Standart ATX form faktörüçoğu ev bilgisayarında bulunur. Büyük boyut ve dolayısıyla çok çeşitli yuvaların varlığı, bilgisayarın temel özelliklerini geliştirmenize olanak tanır.

Daha küçük mATX sürümü daha az yaygındır. İyileştirme olanakları sınırlıdır.

mITX'ler de var. Bu form faktörü bütçe ofis bilgisayarlarında bulunur. Performansı artırmak ya imkansızdır ya da hiçbir anlam ifade etmez.

Genellikle işlemciler ve kartlar set halinde satılır. Ancak işlemci daha önce satın alındıysa anakartla uyumlu olduğundan emin olmak önemlidir. Sokete bakılarak işlemci ve anakart uyumu anında belirlenebiliyor.

Yonga seti

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

Standart yonga setleri kuzey ve güney köprüsünden oluşur. En yeni Intel modelleri yalnızca kuzeyden oluşuyor. Bu para tasarrufu amacıyla yapılmadı. Bu faktör hiçbir şekilde yonga setinin performansını azaltmaz.

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

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

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

990X'in biraz sadeleştirilmiş versiyonu aynı anda iki ekran kartını destekleyebiliyor ancak 970 modeli yalnızca tek bir ekran kartıyla çalışıyor.

Anakart Düzeni

· veri işleme alt sistemi;

· güç kaynağı alt sistemi;

· yardımcı (servis) bloklar ve birimler.

Anakart veri işleme alt sisteminin ana bileşenleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 1.3.14.

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

17 - paralel bağlantı noktası; 18 – seri bağlantı noktaları; 19 – Disket konektörü;

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

24 – dahili veri yolu; 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 daha hızlı erişime izin verdiği için adı çalışma prensibine karşılık gelir.
Bu modüller 486 tabanlı bilgisayarların çoğunda ve ilk sistemlerde kullanılıyordu. Pentium işlemciler, yaklaşık 1995 yılında.

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

SDRAM (Senkron DRAM), bekleme modları hariç, işlemci frekansıyla senkronize edilebilecek kadar hızlı çalışan bir rastgele erişim belleği türüdür.
Mikro devreler iki hücre bloğuna bölünmüştür, böylece bir blokta bir bit'e erişilirken, diğer blokta bir bit'e erişim için hazırlıklar devam etmektedir.
İlk bilgiye erişim süresi 60 ns ise, sonraki tüm aralıklar 10 ns'ye düşürüldü.
1996'dan başlayarak çoğu Intel yonga seti bu tür bellek modüllerini desteklemeye başladı ve bu da onu 2001 yılına kadar çok popüler hale getirdi.

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

DDR (Çift Veri Hızı), SDRAM'ın geliştirilmiş haliydi.
Bu tip bellek modülü ilk kez 2001 yılında piyasaya çıktı.
DDR ve SDRAM arasındaki temel fark, işleri hızlandırmak için saat hızını iki katına çıkarmak yerine, bu modüllerin verileri saat döngüsü başına iki kez aktarmasıdır.
Şimdi bu ana bellek standardıdır, ancak şimdiden yerini DDR2'ye bırakmaya başlıyor.

DDR2 (Çift Veri Hızı 2), teorik olarak iki kat daha hızlı olması gereken DDR'nin daha yeni bir çeşididir.
DDR2 bellek ilk olarak 2003'te ortaya çıktı ve onu destekleyen yonga setleri 2004'ün ortalarında ortaya çıktı.
Bu bellek, DDR gibi, saat döngüsü başına iki veri kümesini aktarır.
DDR2 ve DDR arasındaki temel fark, çok daha yüksek hızlarda çalışabilme yeteneğidir. saat frekansı Tasarımdaki iyileştirmeler sayesinde.
Ancak yüksek saat frekanslarına ulaşmayı mümkün kılan değiştirilmiş çalışma şeması, aynı zamanda bellekle çalışırken gecikmeleri de artırıyor.

DDR3 SDRAM (çift veri hızlı senkronize dinamik rastgele erişim belleği, üçüncü nesil), bilgi işlemde operasyonel olarak kullanılan bir tür rastgele erişim belleğidir ve video belleği.
DDR2 SDRAM belleğin yerini aldı.

DDR3, DDR2 modüllerine kıyasla enerji tüketiminde %40'lık bir azalmaya sahiptir; bunun nedeni, bellek hücrelerinin daha düşük besleme voltajıdır (DDR2 için 1,8 V ve DDR için 2,5 V ile karşılaştırıldığında 1,5 V).
Besleme voltajının azaltılması, mikro devrelerin üretiminde 90 nm'lik (başlangıçta, daha sonra 65-, 50-, 40 nm) işlem teknolojisinin kullanılması ve Çift kapılı transistörlerin (kaçak akımların azaltılmasına yardımcı olan) kullanılmasıyla elde edilir. .

DDR3 belleğe sahip DIMM'ler aynı DDR2 bellek modülleriyle mekanik olarak uyumlu değildir (anahtar farklı bir konumda bulunur), bu nedenle DDR2, DDR3 yuvalarına takılamaz (bu, bazı modüllerin diğerlerinin yerine yanlışlıkla takılmasını önlemek için yapılır - bunlar Bellek türleri elektriksel parametrelere göre aynı değildir).

RAMBUS (RIMM)

RAMBUS (RIMM), 1999 yılında piyasaya çıkan bir bellek türüdür.
Geleneksel DRAM'i temel alır ancak kökten değiştirilmiş bir mimariye sahiptir.
RAMBUS tasarımı, bellek erişimini daha akıllı hale getirerek, CPU'nun yükünü biraz boşaltırken verilere ön erişime olanak tanır.
Bu bellek modüllerinde kullanılan ana fikir, verileri küçük paketler halinde ancak çok yüksek saat hızında almaktır.
Örneğin, SDRAM 100 MHz'de 64 bit bilgi aktarabilirken, RAMBUS 800 MHz'de 16 bit bilgi aktarabilir.
Bu modüller Intel'in uygulanmasında pek çok sorun yaşaması nedeniyle başarılı olamadı.
RDRAM modülleri Sony Playstation 2 ve Nintendo 64 oyun konsollarında ortaya çıktı.

RAM, Rastgele Erişim Belleği anlamına gelir; adrese göre erişilen bellek. Sıralı olarak erişilen adresler herhangi bir değeri alabilir, dolayısıyla herhangi bir adrese (veya "hücreye") bağımsız olarak erişilebilir.

İstatistiksel bellek, statik anahtarlardan oluşturulan bellektir. Güç verildiği sürece bilgileri saklar. Tipik olarak bir SRAM devresinde bir biti depolamak için en az altı transistör gerekir. SRAM, küçük sistemlerde (birkaç yüz KB RAM'e kadar) ve erişim hızının kritik olduğu yerlerde (işlemcilerin içindeki önbellek veya anakartlar gibi) kullanılır.

Dinamik bellek(DRAM) 70'lerin başında ortaya çıktı. Kapasitif elemanlara dayanmaktadır. DRAM'i anahtarlama transistörleri tarafından kontrol edilen bir dizi kapasitör olarak düşünebiliriz. Bir biti depolamak için yalnızca bir "kapasitör transistörü" gereklidir, dolayısıyla DRAM, SRAM'den daha fazla kapasiteye sahiptir (ve daha ucuzdur).
DRAM dikdörtgen bir hücre dizisi olarak düzenlenmiştir. Bir hücreye erişmek için o hücrenin bulunduğu satır ve sütunu seçmemiz gerekir. Tipik olarak bu, adresin yüksek kısmı bir satıra, adresin düşük kısmı ise satırdaki ("sütun") bir hücreye işaret edecek şekilde uygulanır. Tarihsel olarak (70'lerin başındaki düşük hızlar ve küçük IC paketleri nedeniyle), adres DRAM yongasına iki aşamada sağlanıyordu; aynı satırlarda bir sütun adresi olan bir satır adresi, önce çip satır adresini alır ve daha sonra. Birkaç nanosaniye üzerinde Sütun adresi aynı satıra iletilir. Çip, verileri okur ve bunu çıkışa iletir. Yazma döngüsü sırasında, çip tarafından kontrol etmek için birkaç veri alınır. RAS (Satır Adresi Strobe) sinyalleri iletilir ve gerçekleştirilen erişimin bir yazma erişimi OE olduğunu belirten WE (Yazma Etkinleştirme) sütununun adresini ileten CAS (Sütun Adresi Strobe) sinyalleri de etkinleştirilir. (Çıkış Etkinleştirme), verileri bellek yongasından "ana bilgisayara" (işlemciye) aktarmak için kullanılan arabellekleri açar.
FP DRAM'i

Klasik DRAM'e her erişim iki adresin aktarımını gerektirdiğinden 25 MHz'lik makineler için çok yavaştı. FP (Hızlı Sayfa) DRAM, her erişim döngüsünde satır adresini aktarmaya gerek olmayan klasik DRAM'in bir çeşididir. RAS satırı aktif olduğu sürece satır seçili kalır ve bu satırdaki tek tek hücreler yalnızca sütun adresi iletilerek seçilebilir. Dolayısıyla, bellek hücresi aynı kalırken çoğu durumda yalnızca bir adres aktarım aşamasına ihtiyaç duyulduğundan erişim süresi daha azdır.

EDO (Genişletilmiş Veri Çıkışı) DRAM, FP DRAM'in bir çeşididir. FP DRAM'de sütun adresinin tüm veri aktarım süresi boyunca doğru kalması gerekir. Veri arabellekleri yalnızca sütun adresi iletim döngüsü sırasında CAS sinyali etkinlik düzeyi sinyali tarafından etkinleştirilir. Çipte yeni sütun adresi alınmadan önce verilerin bellek veri yolundan okunması gerekir. EDO belleği, CAS sinyali etkin olmayan duruma döndükten ve sütun adresi kaldırıldıktan sonra verileri çıkış arabelleklerinde saklar. Verilerin okunmasına paralel olarak bir sonraki sütunun adresi iletilebilir. Bu, okuma sırasında kısmi eşleştirmeyi kullanma olanağı sağlar. EDO RAM bellek hücreleri FP DRAM ile aynı hızda olsa da sıralı erişim daha hızlı olabilir. Dolayısıyla EDO, özellikle yoğun erişim için (grafik uygulamalarında olduğu gibi) FP'den daha hızlı olmalıdır.

Video RAM, yukarıda listelenen DRAM mimarilerinden herhangi birini temel alabilir. Aşağıda açıklanan "normal" erişim mekanizmasına ek olarak VRAM'de bir veya iki özel seri bağlantı noktası bulunur. VRAM'e genellikle çift bağlantı noktalı veya üç bağlantı noktalı bellek denir. Seri portlar, bir serinin tamamının içeriğini saklayabilen kayıtlar içerir. Tek bir erişim döngüsünde, verileri bir bellek dizisinin tüm satırından bir kayda (veya tersi) aktarmak mümkündür. Veriler daha sonra herhangi bir uzunlukta parçalar halinde seri kayıttan okunabilir veya seri kayıt defterine yazılabilir. Kayıt defteri hızlı, statik hücrelerden oluştuğu için ona erişim çok hızlıdır, genellikle bir bellek dizisinden birkaç kat daha hızlıdır. Çoğu tipik uygulamada VRAM, ekran belleği arabelleği olarak kullanılır. Paralel bağlantı noktası (standart arayüz) işlemci tarafından kullanılır ve seri bağlantı noktası, ekrandaki noktalar hakkındaki verileri iletmek (veya bir video kaynağından verileri okumak) için kullanılır.

WRAM, Matrox ve (başka kim hatırlayayım... - Samsung?, MoSys?...) tarafından geliştirilen özel bir bellek mimarisidir. VRAM'e benzer ancak ana bilgisayar tarafından daha hızlı erişime izin verir. WRAM, Matrox'un Millenium ve Millenium II grafik kartlarında kullanıldı (ancak modern Millenium G200'de kullanılmadı).

SDRAM, 90'larda tanıtılan DRAM'in tamamen yeniden yapılmış halidir. SDRAM tamamen senkronize (ve dolayısıyla çok hızlı) bir arayüz uyguladığından "S", Eşzamanlı anlamına gelir. SDRAM'in içinde (genellikle iki) DRAM dizisi bulunur. VRAM'deki seri erişim kaydına (biraz) benzeyen özel Sayfa Kaydı, normal DRAM'den çok daha akıllı çalışır. Devrenin tamamı harici saat sinyaliyle senkronize edilir. Çip, üzerinden iletilen bir komutu alır ve yürütür. komut satırları Komut satırlarının adları klasik DRAM yongalarındakiyle aynı kalır ancak işlevleri yalnızca orijinaline benzer. Bellek dizisi ile sayfa kayıtları arasında veri aktarımı ve veriye erişim için komutlar vardır. sayfa kayıtları Sayfa kaydına erişim çok hızlıdır modern SDRAM'ler her 6..10 ns'de bir yeni kelime aktarabilir.

Senkron Grafik RAM, grafik uygulamaları için tasarlanmış bir SDRAM çeşididir. Donanım yapısı neredeyse aynıdır, bu nedenle çoğu durumda SDRAM ve SGRAM'ı değiştirebiliriz (bkz. Matrox G200 kartları - bazıları SD, diğerleri SG kullanır). Aradaki fark, sayfa kaydı tarafından gerçekleştirilen işlevlerdedir. SG, tek bir döngüde birden fazla konuma yazabilir (bu, çok hızlı renk dolgularına ve ekran temizlemeye olanak tanır) ve kelime başına yalnızca birkaç bit yazabilir (bitler, arayüz devresi tarafından saklanan bir bit maskesi tarafından seçilir). Bu nedenle SG, grafik uygulamalarında daha hızlıdır, ancak "normal" kullanımda fiziksel olarak SD'den daha hızlı değildir. Ek SG yetenekleri kullanılır grafik hızlandırıcılar. Özellikle ekran temizleme ve Z-arabellek özelliklerinin çok faydalı olduğunu düşünüyorum.

RAMBUS'lar (RDRAM)

RAMBUS (RAMBUS, Inc.'in ticari markası) 80'lerde geliştirilmeye başlandı, bu yüzden yeni değil. Modern RAMBUS teknolojileri eski ama çok iyi fikirleri ve modern bellek üretim teknolojilerini birleştiriyor RAMBUS basit bir fikre dayanıyor: her iyi şeyi alırız. DRAM, çipin içine statik bir tampon oluşturuyoruz (VRAM ve SGRAM'de olduğu gibi) ve 250..400 MHz'de çalışan özel, elektronik olarak yapılandırılabilir bir arayüz sağlıyoruz. Arayüz, SDRAM'de kullanılanın en az iki katı kadar hızlıdır. rastgele erişim süresi genellikle daha yavaştır, seri erişim çok, çok, çok hızlıdır. 250 MHz RDRAM'ler piyasaya sürüldüğünde çoğu DRAM'in 12..25 MHz frekanslarında çalıştığını ve çok dikkatli bir fiziksel yerleşim gerektirdiğini unutmayın. Çoğu RDRAM yongası diğer DRAM'lerden çok farklı görünür: hepsinin paketin bir tarafında tüm sinyal hatları vardır (yani aynı uzunluktadırlar) ve diğer tarafında yalnızca 4 güç hattı vardır. RDRAM'ler şu alanlarda kullanılır: grafik kartları Cirrus 546x yongalarında. Yakında PC'lerde ana bellek olarak RDRAM'lerin kullanıldığını göreceğiz.

Sabit sürücü aygıtı.

Sabit sürücü, çoğunlukla metal diskleri temsil eden, manyetik bir malzemeyle (gama ferrit oksit, baryum ferrit, krom oksit...) kaplanmış ve bir mil (şaft, eksen) kullanılarak birbirine bağlanan bir dizi plaka içerir.

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

Disklerin her iki yüzeyi de kayıt için kullanılır. 4-9 tabak kullanılır. Şaft yüksek sabit bir hızda döner (3600-7200 rpm)

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

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

Bilgiler diske kesin olarak tanımlanmış yerlere - eşmerkezli izlere (izler) kaydedilir. Raylar sektörlere ayrılmıştır. Bir sektör 512 bayt bilgi içerir.

RAM ve NMD arasındaki veri alışverişi bir tamsayı (küme) tarafından sırayla gerçekleştirilir. Küme - sıralı sektörlerin zincirleri (1,2,3,4,…)

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

Disk döndürüldüğünde kafa istenilen sektörün üzerinde bulunur. Açıkçası, tüm kafalar aynı anda hareket eder ve bilgileri okur; veri kafaları aynı anda hareket eder ve farklı sürücülerdeki aynı parçalardan bilgi okur.

Aynı seri numarasına sahip sabit sürücü parçaları farklı sürücüler Sabit sürücüye silindir denir.

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

Arayüzler sabit sürücüler.

IDE (ATA – Gelişmiş Teknoloji Eklentisi), sürücüleri bağlamak için kullanılan paralel bir arayüzdür, bu nedenle (SATA çıkışıyla) PATA (Paralel ATA) olarak değiştirildi. Daha önce sabit sürücüleri bağlamak için kullanılıyordu, ancak yerini SATA arayüzü aldı. Şu anda optik sürücüleri bağlamak için kullanılıyor.

SATA (Seri ATA) – sürücülerle veri alışverişi için seri arayüz. Bağlantı için 8 pinli konnektör kullanılır. PATA'da olduğu gibi eskidir ve yalnızca optik sürücülerle çalışmak için kullanılır. SATA standardı (SATA150), 150 MB/sn (1,2 Gbit/sn) aktarım hızı sağladı.

SATA2 (SATA300). SATA 2 standardı, verimi iki katına çıkararak 300 MB/s'ye (2,4 Gbit/s) kadar 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 ayarlamak gerekir.

SATA 3, teknik özelliklere göre onu SATA 6Gb/s olarak adlandırmak doğru olsa da. Bu standart veri aktarım hızını ikiye katlayarak 6 Gbit/s'ye (600 MB/s) çıkardı. Diğer olumlu yenilikler arasında NCQ program kontrol fonksiyonu ve yüksek öncelikli bir süreç için sürekli veri aktarımına yönelik komutlar yer alıyor. Arayüz 2009 yılında tanıtılmış olmasına rağmen henüz üreticiler arasında pek popüler değil ve mağazalarda pek bulunmuyor. Bu standart, sabit disklerin yanı sıra SSD'lerde (katı hal sürücüler) kullanılır. Pratikte SATA arayüzlerinin bant genişliğinin veri aktarım hızında farklılık göstermediğini belirtmekte fayda var. Pratikte disklere yazma ve okuma hızı 100 MB/s'yi geçmez. Performansın artırılması yalnızca denetleyici ile sürücü önbelleği arasındaki bant genişliğini etkiler.

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

SAS (Seri Bağlı SCSI), seri veri iletimini kullanan SCSI standardının yerini alan bir nesildir. SCSI gibi iş istasyonlarında kullanılır. SATA arayüzüyle tam uyumludur.

CF (Compact Flash) – Hafıza kartlarını ve 1,0 inç sabit sürücüleri bağlamak için arayüz. 2 standart vardır: Compact Flash Type I ve Compact Flash Type II, fark kalınlıktadır.

FireWire, daha yavaş olan USB 2.0'a alternatif bir arayüzdür. Taşınabilir sabit sürücüleri bağlamak için kullanılır. 400 Mb/s'ye kadar hızları destekler, ancak fiziksel hız normal hızlardan daha düşüktür. Okuma ve yazma sırasında maksimum eşik 40 MB/s'dir.

Video kartı türleri

Modern bilgisayarlar (dizüstü bilgisayarlar), performansın doğrudan bağlı olduğu çeşitli video kartlarıyla mevcuttur. grafik programları, video oynatma vb.

Şu anda kullanımda olan ve birleştirilebilen 3 tip adaptör bulunmaktadır.

Video kartı türlerine daha yakından bakalım:

• entegre;
• ayrık;
• hibrit;
• iki ayrık;
• Hibrit SLI.

Entegre grafik kartı- Bu 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 özel olarak grafik işlemenin performansını önemli ölçüde azaltır.

Genellikle bütçe PC veya dizüstü bilgisayar yapılandırmalarında kullanılır. Ofis uygulamalarıyla çalışmanıza, fotoğraf ve videoları izlemenize ve düzenlemenize olanak tanır, ancak modern oyunları oynamak imkansızdır. Yalnızca minimum sistem gereksinimlerine sahip eski seçenekler mevcuttur.