Адрестелу принципі. Жедел жадындағы мәліметтерді кез келген тәртіппен жазуға немесе оқуға болады

Жад ұялары нөмірленетін болғандықтан, бағдарламалар мен мәлімет­тер жедел жадының кез келген жеріне жазыла береді, кейіннен оны берілген адресі бойынша алдыңғы мәліметтерді қарамастан тауып алуға болады.

Жад бөлігіне ат қойып, кейіннен осы ат бойынша оны пайдалануға (өзгертіп жазуға, оқуға) да болады.

3 сурет - Компьютердің фон Нейман архитектурасы бойынша құрылуы

Осы принциптер негізінде компьютер – оның жадына сандық кодтар түрінде жазылған алғашқы мәліметтер мен бағдарламаны енгізгеннен кейін есептеу процесін толық автоматты түрде өзі жүргізіп, нәтижесін адамға түсінікті түрде бере алатын техникалық құрылғы болып табылады.

ДК-дің құрамына міндетті түрде ең негізгі үш құрылғы кіреді: жүйелік блок, пернетақта, монитор. Бірақ ДК-дің функционалдық мүмкіндіктерін кеңейту үшін көптеген қосымша периферийлық құрылғыларды қосуға болады: манипуляторлар (тышқан, джойстик, трекбол, жарық қаламы, диджитайзер), басу құрылғысы (принтер), кескіндерді оптикалық оқу құрылғысы (сканер), графоқұрушылар (плоттер), магниттік лентадағы ақпаратты тасуыш (стример), т.с.с. ДК модульдік құрылымды, оның барлық модульдері жүйелік магистраль (немесе жүйелік шина) арқылы байланысқан

Жүйелік магистраль - шиналардың жиынтығы: мәліметтер шинасы, адрестер және басқарушы сигналдар шиналары. Адресті - ақпараттық шинаның тізбектерінің саны адрестер мен мәліметтердің разрядтығымен анықталады, ал басқару шинасының тізбектері – ДК-де қолданылатын басқару сигналдарының санымен анықталады.

Жүйелік блок – құрамына микропроцессор, сопроцессор, оперативті және тұрақты жад модульдері, контроллерлер, магниттік дискілерде жинақтаушылар және т. б. кіреді. Бұл конфигурацияны өзгертуге болады.

Контроллер - бұл құрылғылар СҚ басқару үшін қолданылады, әрбір СҚ-ның өзінің контроллері бар. Электрондық контроллер–модульдері жеке платаларда жасалып жүйелік блок ішінде орналасады. Мұндай платаларды адаптер деп атайды. Микропроцессордан команда алғаннан кейін контроллер жеке жұмыс жасай бастайды, яғни микропроцессорды босатады. Контроллер екі типті регистрлерден тұрады:

a) күй регистрлері (басқару)

b) мәліметтер регистрлері.

Бұл регистрлерді көбінесе енгізу – шығару порттары деп атайды. Әрбір порттың нөмірі – порт адресі бар.

Кез келген компьютердің құрылымы ортақ логикалық принциптерге негізделген және мынадай негізгі құрылғылардан тұрады:

- Орталық процессор, ол басқару құрылғысы мен арифметика-логикалық құрылғыдан тұрады, барлық есептеу және ақпаратны өңдеу жұмыстарын орындайды, негізгі сипаттамалары: әрекеттездік (бір секундта орындалатын амалдар саны) және разрядтылық;

- Жад (зерде) (есте сақтау құрылғысы) - бағдарламаларды, мәлiметтердi және жұмыс нәтижелерiн компьютер зердесiнде сақтауға арналған.

Жад түрлері:

a) оперативті жад – жұмыс істеу кезіндегі мәліметтер сақталынады;

b) сыртқы жад – көлемі үлкенірек, жетуі баяулау, ақпараттарды ұзақ уақытқа сақтауға қолданылады;

c) тұрақты жад – мәліметтерді ұзақ уақытқа сақтайтын және арнайы мамандармен ғана өзгертілетін жад бөлігі.

Ақпаратты енгiзу, шығару құрылғылары – ЭЕМ зердесiне ақпарат енгiзудi және оны сыртқа шығаруды, яғни сыртқы дүниемен ақпарат алмасуды қамтамасыз етедi.

Микропроцессор (МП) - компьютердің барлық бөліктерінің жұмысын басқаруға, ақпаратпен логикалық және арифметикалық операцияларды орындауға арналған орталық бөлік.

Микропроцессор құрамы:

- басқару құрылғысы (БҚ);

- арифметика-логикалық құрылғы (АЛҚ);

- микропроцессорлық зерде (МПЗ);

- микропроцессордың интерфейстік жүйесі.

Басқару құрылғысы компьютердің ең күрделі құрылғыларының бірі. Ол кодты шиналар арқылы машинаның барлық блоктарына берілетін басқару сигналдарын өңдейді.

Бұйрық регистрлері – еске сақтаушы регистрлер, мұнда операцияға қатысушы бұйрықтар кодтары, орындалатын операциялар кодтары мен операндтар адрестері сақталады.

Операция дешифраторы – логикалық блок, ол регистрден келіп түскен операция коды бар бұйрыққа сәйкес өзіндегі көптеген шығу ұяларының бірін таңдайды.

Арифметика – логикалық құрылғы ақпаратты түрлендірудің логикалық және арифметикалық операцияларын орындауға арналған.

АЛҚ-ның функционалды схемасы. Қосқыш – есептеуіш схема, ол өзіне келіп түскен екілік кодтарды қосуды орындайды. Регистрлер әртүрлі үзындықтағы шапшаң орындаушы зерде ұяшықтары.

Микропроцессорлық зерде – көлемі үлкен емес, бірақ шапшаңдығы өте тез (бұл зердедегі ақпаратты іздеуге, жазуға немесе оқуға қажетті уақыт наносекундпен өлшенеді). Ол ақпаратты уақытша сақтауға арналған.

Жад функциясы:

- басқа құрылғылардан ақпаратты қабылдау;

- ақпаратты есте сақтау:

- машинаның өзге құрылғыларының сұранысы бойынша ақпаратты беру.

Жүйелік блоктың ішкі құрылғылары. Аналық тақша– компьютердің негізгі тақшасы. Мұнда процессор,микропроцессорлық комплект,шиналар,жедел жады, тұрақты жады, қосымша құрылғылар үшін қосқыш тарақшалар орналасқан.

Жүйелік блоктың негізгі тақшасы – аналық тақшада (Mother Board) мыналар орналасқан:

- процессор – математикалық және логикалық операцияларды орындайтын негізгі микросхема;

- чипсет (микропроцессорлық комплект) – ДК ішкі құрылғыларын басқарып, аналық тақшаның негізгі қызметін анықтайтын микросхемалар жиыны;

- шиналар – компьютердің ішкі құрылғылары арасында сигналдар (мәлімет) алмасу үшін қолданылатын өткізгіштер жиыны;

- оперативті есте сақтау құрылғысы (жедел жады) – компьютер токқа қосылып тұрғанда, процессор өңдейтін мәліметтерді уақытша сақтауға арналған микросхемалар жиыны;

- тұрақты есте сақтау құрылғысы (тұрақты жады) – компьютер токқа қосылмай тұрса да, керекті мәліметтерді ұзақ мерзімде сақтауға арналған микросхема;

- ажыратып қосқыш тарақшалар (разъемы) – қосымша құрылғыларды (слоттар арқылы) жалғау үшін қолданылады.

Процессор – компьютердің ең басты микросхемасы. Оның жылдамдығы жалпы компьютердің жұмыс өнімділігін анықтайды. Процессор – шағын ғана етіп жасалған кремний кристалы. Процессордың регистр деп аталатын арнайы ұялары (ұяшықтары) болады. Регистрлерде командалар мен соларға керекті мәліметтер (операндалар) орналасады. ДК құрамында негізгі операцияларды орындайтын орталық процессор (Central Rpocessing Unit – CPU) міндетті түрде болуы тиіс. Процессорға қосымша компьютер құрамында жылжымалы нүктелі сандарды өңдейтін математикалық соп­ро­цессор, суреттерді жылдам өңдеуге арналған графикалық сопроцессор, шеткері құрылғылармен мәлімет алмасуды тездететін енгізу/шығару сопроцессорлары болуы тиіс.

Процессорлардың негізгі параметрлері: тактылық (қадамдық) жиілігі, разрядтылығы, жұмыс кернеуі, тактылық жиілікті ішкі көбейту коэффициенті, кэш-жадының көлемі.

Кэш-жады. Процессор ішінде мәлімет алмасу процесі процессор мен жедел жады арасындағы мәлімет алмасу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары. Сондықтан жедел жадынан жиі мәлімет алмас үшін процессор ішінде өте жылдам істейтін ішкі кэш-жады бар. Процессорға мәлімет керек болса, ол алдымен кэш-жадындағы регистрлерден алады, тек керекті мәлімет таусылған кезде ғана жедел жадымен мәлімет алмасады. Кэш-жадының көлемі үлкен болса, онда көптеген керекті мәліметтер сақталады да, процессордың жұмыс жылдамдығы жоғары болады. Сол себепті кэш-жады көлемді компьютерлер жылдам істейді.

IBM PC компьютерлерінде Intel фирмасының процессорлары немесе солармен сәйкес келетін басқа фирмалардың X86 тобына жататын процессорла­ры бар. Осы топқа жататын ең бастапқы процессор – 16-разрядты Intel 8086 болатын. Кейінірек Intel 80286, 80386, 80486 (бірнеше түрлері бар), Intel Pentium әр түрлі модельдері, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III процессорлары және соңғы моделі Pentium IV процессоры шықты.

Компьютердің ішкі жады. Оперативті есте сақтау құрылғысы немесе ДК-нің жедел жады (RАМ), сондай-ақ тұрақты есте сақтау құрылғысы (RОМ) 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 жедел жадының көлемі өскен сайын оның есептеу жылдамдығы да артады. Жедел жадтағы сақталатын ақпарат 32-256 Мб аймағында болады. Әдетте ІВМ РС компьютерлерінің жедел жадының көлемін оның негізгі тақшасына микросхема қоса отырып үлкейтуге болады. Компьютердің жедел жадынан өзгеше оның тұрақты жады бар, ол өзгертілмейтін ақпаратны сақтайды, ешкім оны өшіріп қайта жаза алмайды, оны тек оқуға болады. Әдетте тұрақты жадтың көлемі шағын 64 – 128 Кб шамасында. Тұрақты жадқа керекті Бағдарламалар оны шығаратын заводта жазылады, олар көбінесе компьютерді токқа жалғаған кезде оны тексеріп іске қосу үшін қажет.

Процессордың өте жылдам істейтін шағын көлемді кэш-жады (Cash) жедел жады мен процессордың жұмысын жеделдету үшін аралық дәнекер жад ретінде пайдаланылады.

Жедел жады модульдерінің негізгі сипаттамалары:

- жады көлемі (сыйымдылығы),

- қатынасу уақыты (жазу/оқу уақыты).

SIMM модульдерінің көлемі 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM модульдерінің көлемі – 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт. Қатынасу уақыты жады ұясынан қанша уақытта мәлімет алуға (жазуға) болатынын көрсетеді. Қатынасу уақыты наносекундпен (1 нс = 10^-9 сек) өлшенеді. SIMM модульдері үшін – 50-70 нс, DIMM модульдері үшін – 7-10 нс.

Иілгіш дискілер. Бір компьютерден екінші компьютерге шағын көлемді мәлімет алмастыру үшін иілгіш диск немесе дискет (флоппи-диск) қолданылады, олар арнаулы ұяға – дискіжетекке салынады. Қазіргі шығарылатын дискеттердің диаметрі – 3,5 дюйм, яғни 89 мм шамасында болады. Дискетада 1,44 Мб мәлімет жазылады. Дискеттің пластамассадан жасалған қапшығында оған мәлімет жаздырмауға болатын кішкене тіктөртбұрышты ойық бар, ол жылжымалы ілгекті ығыстыру арқылы ашық немесе жабық болады. Егер ол ашық тұрса, мәлімет жазылмайды.

ДК-лерде бұлардан басқа лазерлік компакт-диск, магниттік оптикалық диск, ZIP-диск, т.с.с. тәрізді құрылғылар болуы мүмкін.

Қатты дискідегі мәлімет жинақтауыштар (винчестер) көлемді ақпаратны тұрақты сақтауға арналған, олардың көлемі 40 – 100 Гбайт немесе одан да жоғары деңгейде болады. Қатты диск орнынан алынбайды, ауа кірмейтіндей жабық қорпусқа салынып, жүйелік блокта орналасады.Ол екі жағына да мәлімет жазылатын бір дестеге біріктірілген бірнеше дискілерден тұрады. Дискетке карағанда винчестерге өте көп мәлімет көлемі сияды, сондықтан оны пайдалану өте ыңғайлы.

Қатты дискіні винчестер деп айтатын себебі – 1973 ж. IBM фирмасы шығарған алғашқы дискінің 30 цилиндрі (әрқайсысында 30 жолсызықтан), ал әр жолсызықта – 30 сектор болған.

Содан дискілер «винчестер» винтовкасының калибрі сияқты 30/30 болып белгіленіп, осындай атқа ие болады.

Қазіргі ДК-лерде көптеген көлемді Бағдарламалар СD-RОМ компакт-дискілеріне (Сompact Disk Read-Only Memory – тек оқуға болатын компакт диск) жазылады. Қарапайым компакт-дискінің көлемі 650 Мб, бірақ оған 780 Мбайтқа дейін мәлімет жазыла береді, оларға электрондық оқулықтар, фотосуреттер жинағы, фильмдер мен бейнеклиптер жазылып таратылады. CD-ROM диаметрі – 12 см, қалыңдығы – 1,2 мм бір жағына жарық шағылысатын алюминий қабыршағы жағылған полимер дискіден жасалады. Әр түрлі дыбыстық эффектілермен, музыкамен безендірілген ойындар, компьютерлік энциклопедия, үйренуге арналған әртүрлі Бағдарламалар – барлығы СD-RОМ дискілерінде болады.

Оптикалық және магнитооптикалық жазуға болатын мәлімет жинақтауыштар. CD-R (Compact Disk Recordable) дискісі компакт-дискілерден мәлімет оқумен қатар оларға 650 Мбайтқа дейін мәлімет жаза да алады. Соңғы кезде бағаларының арзандауына байланысты мұндай дискілер кең тарала бастады.

Магнитоптикалық СD-MO (Compact Disk–Magneto Optical) (6-сурет) дискіле­ріне де қайталап көлемі 128 Мб-дан 2,6 Гб-ға дейінгі аралықта мәлімет жазуға болады. Осылар тәрізді WARM (Write And Read Many times) жинақтауыштары да оқумен қатар мәлімет жазуға да мүмкіндік береді.

Бейнекарта (бейнеадаптер). Монитормен бірге бейнекарта компьютердің бейне көрсету жүйесін құрайды. Дисплей монитор мен бейнеадаптерден тұрады. Біз тек мониторды көреміз, ал адаптер – жүйелік блок ішінде орналасқан мониторды басқару блогы. Монитордың өзінде тек электрондық-сәулелі түтікше бар. Ал, адаптерде бейне сигналдарын беретін логикалық схемалар орналасқан. Негізінде экранды басқаратын барлық операциялар осы құрылғыға жинақталған. Бейнеадаптер физикалық тұрғыдан алғанда аналық тақшаның бір слотына қосылатын жеке тақша – бейнекарта ретінде жасалған. Бейнеадаптер өзіне бейне­контроллердің, бейнепроцессордың және бейнежадтың функцияларын қосып алып экранды бір орталықтан басқару құрылғысына айналды.

Монитор немесе дисплей – ДК-ге міндетті түрде қажет шеткері құрылғы, ол компьютердің жедел жадында өңделетін ақпаратны экранда көру үшін кажет. Экран түстеріне қарай дисплейлер монохромды (ақ-қара) және түрлі түсті болып, ал экранға шығарылатын ақпарат түрлеріне байланысты символдық (тек символдық ақпарат) және графикалық (символдық және оған қоса графикалық ақпарат) болып бөлінеді. Оның негізгі параметрлеріне – экранның көлемі мен ондағы нүктелер саны, бейнені қайталап көрсету жиілігі, қорғаныс класы жатады.

Дисплей екі бөліктен: монитор мен адаптерден тұрады. Біз тек мониторды көреміз, ал адаптер – ДК қорабының ішінде орналасқан мониторды басқару блогы.

Экрандағы кескін көрінісінің сапасы графикалық адаптердің типіне қарай өзгеріп отырады. Қазіргі кезде VGА және SVGА (Super VGA) адаптерлері кеңінен қолданылады, SVGA-ның көрсету қабілеті өте жоғары. Адаптерлер бейнелерді айқындап көрсету қабілетімен ерекшеленеді.

Адаптердің бейнелеу қабілеті оның графикалық режимде экранда көрсетіле алатын жолындағы нүктелер (пиксельдер) санына байланысты. Мысалы, 720*348 мүмкіндікті немесе одан да жоғары монитор вертикаль (тік) бағытта 348 жол-нүктені көрсете алады, ал оның әр жолында 720 нүкте бар. Қазіргі кезде 800*600 немесе 1024*768 және одан да жоғары мүмкіндікті мониторлар қолданылып жүр.

Ақпарат мен басқару командаларын енгізетін негізгі құрылғыларға пернетақта (клавиатура) мен "тышқан" тәрізді қолтетік жатады. Тышқан екі-үш шертпе батырмасы бар, қолмен басқарылатын шағын құрылғы.

Енді компьютерге кіретін немесе оған қосылатын әр түрлі құрылғылардың сипаттамаларын қарастырайық.

Принтерлер. Принтерлер көптеген қаріп (шрифт) түрлерін пайдаланып, күрделі мәтіндерді қағазға басып бере алады. Қазіргі кезде принтерлердің матрицалық, лазерлік және сия бүріккіш түрлері бар.

Матрицалық принтерлердің қағазға таңба салатын баспа тиегі тік орналасқан металл инелерден тұрады. Баспа тиегі қағаз жолдарымен жылжи отырып, керек кезінде бояйтын (көбінесе қара бояу) лента арқылы қағазды символ суретіне сәйкес нұқып отырады. Матрицалық принтерлердің жұмыс өнімділігі 20 – 60 секундта бір бет қағаз (секундына 20 – 400 символ) көлемінде.

Сия бүріккіш принтерлерде қағаздағы бейне арнайы сия тамшыларын бүрку арқылы шығарылады. Бірақ олар қалыңырақ қағазды және тұрақты түрде қадағалап қарап тұруды керек етеді. Бұл принтерлер матрицалық принтерлерден жақсы, түрлі-түсті пайдаланып, сапалы әрі дыбыссыз жұмыс істейді.

Лазерлік принтерлер– ксерография принципін қолданатын құ­ралдарға жатады, бұларда әріп бейнелері электрлік тәсілмен бояу жұқтырылған доң­ғалақ арқылы қағазға түседі. Мұның таңбалар сапасы мен жылдамдықтары жоғары – орташа есеппен секундына 330 символ (бір бетті 5 – 15 секундта) басып бере алады.

Плоттер де (график сызғыш) мәліметтерді, негізінен графиктік ақпаратты қағазға шығарады. График сызғыштар жобалау жұмыстарын автоматтандыруда әр түрлі сызба (чертеж) түріндегі бейнелерді басып алу үшін қажет. Бұлар бір түсті, түрлі-түсті болып және де сызу сапасына қарай бірнеше топтарға жіктеледі.

Қосымша құрылғылар

Сканер – қағазға жазылған мәліметтің кез келген түрін (сурет, сызба, кітап мәтіні) оптикалық негізге сүйене отырып компьютерге жылдам енгізе алатын құрылғы. Бірақ енгізілген ақпарат графиктік түрге айналып, оны бірден өңдеу ісін жүргізу қиынырақ болады. Ол суреттерді, сызбаларды компьютер жадына енгізе алады, мәлімет енгізу оңай, әрі жылдам орындалады.

Модемдер (модулятор-демодулятор) компьютерлер арасында мәлімет алмасу үшін керек, олар негізінен мәліметті жеткізу жылдамдығына қарай бөлінеді. Қазіргі кезде олардың жылдамдығы 2400 бит/сек – 50000 бит/сек аралығында. Олар мәлімет алмасу процедурасының белгілі бір стандарттары (протоколы) бойынша жұмыс атқарады.

Бұлардан басқа факс-модемдер бар, олар модем мен факсимильдік байланыс аппаратының функцияларын бірге атқарады. Факс-модемді пайдаланып, мәтіндік мәліметті тек өз абоненттеріңіздің компьютеріне емес жай қарапайым факс аппаратына да жіберуге және қабылдауға болады. Факс-модемдер жай модемдерден өте қымбат емес, бірақ атқаратын қызметі әлдеқайда мол.

Қазіргі кездерде ДК-нің мультимедиа мүмкіндігі жайында көп айтылып жүр. Мультимедиа – ақпаратты бейнелеудің ең керекті түрі. Ол экранға мәліметтерді түрлі-түсті мәтіндік, графикалық, дыбыстық мүмкіндіктерді біріктіре отырып шығарып, ДК-нің барлық сөйлету, музыка беру жақтарын толық пайдаланады. Мұндай мүмкіндікті компьютердің қосымша дыбыстық құрылғысы мен СD-RОМ дискісі бар және онда бейнелік фильмдерді, фонограммаларды, түрлі-түсті гаммаларды көрсету жақтары толық қамтылған. Мультимедиалы компьютер фотоаппараттарды, бейнемагнитофондарды, бейнекамераларды қосуға арналған бейнелік тақшамен жабдықталады.