Фон Нейман архитектурасы. Информатика, 10 сынып, презентация.

Фон Нейман архитектурасы

Сабақ мақсаты:

Басқару құрылғысының, арифметикалық логикалық блоктың функцияларын және процессордың жеке бөліктері ретінде жады регистрін сипаттау

Фон Нейман машинасы

   Джон фон Нейманның архитектурасы – ол қазіргі компьютерлердегі ақпараттар мен командаларды сақтау принципі. Осы есептеу жүйесін фон Нейманның машинасы деген терминмен айтылады.

фон Нейман Архитектурасы

Жад(Бағдарлаа және ақпарат)

Басқару құрылғысы

Арифметикалық-логиқалық

құрылғы

Еңгізу

Шығару

Джон Фон Нейман

Гарвардская архитектура

Жад(Бағдарлама)

Басқару құрылғысы

Арифметикалық-логикалық

құрылғысы

еңгізу

шығару

Жад(Ақпарат)

Фон Нейман принципі

Жадтың біртектілік принципі 

Мекенжайлық принципі

Бағдарламалық басқарудың принципі

Екілік кодтау принципі

Мур заңы өткен технологиялық жетістіктерге негізделіп, Гордон Мурмен тұжырымдалды.

Мур заңы нобалық таспаның транзисторлар тығыздығы әрбір екі жыл сайын екі есе көбейетінін көрсетеді.

Транзисторлар саны артқан сайын есептеу қуаты да арта түседі, бірақ өзіндік құны азаяды.

Мур заңының шегі 2015 жылда өз шегіне жетеді деп болжанған.

Орталық процессор

Орталық процессор

1) компьютердіңКомпьютер негізгі жұмыстық элементі. Әдетте, оның құрамына арифметикалық- логикалық құрылғы мен басқару құрылғысы, ал кейде алғашқыАлғашқы жад (мұндай бет жоқ) Алғашқы жад (мұндай бет жоқ)жадАлғашқы жад (мұндай бет жоқ) кіреді. Есептеуіш жүйенің қызметі үлестірілген және дербес болған сайын бұл терминнің түсіндірмесі кеңейе түседі;

2) процессор мен арифметикалық қосалқы процессоры бар блок;

3) барлық есептеу операциясын және ақпаратты қайта өңдеуді жүзеге асыратын дербес компьютердің бас құрылғысы;

4) бір немесе бірнеше үлкен немесе аса үлкен интегралдық схема түріндегі, ақпаратты өңдеуге арналган программалық басқару құрылғысы;

5) берілген есептеуіш жүйеде негізгі қызметі мәліметтер өңдеуді және осы жүйенің басқа бөліктерінің жұмысын баскаруды орындайтын процессор. Ол басқару қүрылғысынан, арифметикалық логикалық құрылғыдан және процессорлықПроцессорлық жад Процессорлық жаджадтанПроцессорлық жад тұрады.

Архитектура фон Неймана

Жад

Орталық процессор

Еңгізу-шығару

БҚ

АЛҚ

Арифметикалық-логикалық құрылғы

Арифметикалық логикалық — арифметикалық және логикалық операцияларды орыңдауға арналған процессор құрамындағы құрылғы.

Арифметикалық командалар - арифметикалық-логикалық құрылғыға әсер етеді.Неғұрлым күштірек командаларға қосу, алу, өсіру және азайту амалдары жатады. Бұл комнадалар микропроцессорға деректерді өңдеу мен есептеу мүмкіндігін туғызады. Олар компьютерді еркін логикалық тізбектен ажыратады. Осы командалар жұмысының нәтижесі аккумуляторға орналасады.

Логикалық командалар бұл командалар құрамын келесідей

бір немесе бірнеше булевтік операторлар бар:

ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, олар НЕМЕСЕ-ні болдырмайды.

Олар бір уақытта АЛУ-да сегіздік биттермен жұмыс істейді, ал

осы команданың жұмыстарының нәтижесі аккумуляторға сияды.

ALU-да орындалған барлық операциялар логикалық операциялар (функциялар) болып табылады, оларды келесі топтарға бөлуге болады:

тіркелген сандар үшін екілік арифметика операциялары;

өзгермелі нүктелер санына арналған екілік (немесе он алтылық) арифметикалық операциялар;

ондық арифметиканың операциялары;

индекстік арифметикалық операциялар (команда мекенжайларын өзгерту кезінде);

арифметикалық арнаулы операциялар;

логикалық кодтар бойынша операциялар (логикалық операциялар);

алфавиттік-цифрлық өрістер бойынша операциялар.

CMPUT101 Introduction to Computing

(c) Yngvi Bjornsson

ALU құрылымы

- операндаларды және нәтижелерді қабылдау және орналастыру үшін регистрлер блогы;

- іске қосылған алгоритмдерге сәйкес операндтарды айырбастау операциялық бөлімі;

- Үздіксіз операциялық мониторинг және қателерді диагностикалауды қамтамасыз ететін басқару тізбектері;

- басқару кодын алғаннан кейін, басқару коэффициенттері орталық бақылау бөлігінен шығарылады, ол барлық ALU түйіндерінің өзара және басқа процессорлық бірліктердің өзара әрекеттесуін үйлестіреді.

ALU circuitry

R0

R1

R2

Rn

CMPUT101 Introduction to Computing

(c) Yngvi Bjornsson

Басқару құрылғысы

Басқару құрылғысы орталық процессордың бөлігі болып табылады. Ол командаларды іріктеуді және орындауды қамтамасыз ететін уақыт пен кеңістікте таратылатын ішкі және сыртқы басқару сигналдарының дәйектілігін қалыптастырады.

Басқару құрылғысының құрылымы

Ең қарапайым жағдайда БҚ құрамына үш құрылғы кіреді - оны орындау кезінде командалық коды бар командалық есепші(КЕ), орындалатын келесі команданың мекенжайын қамтитын бағдарлама есептегіші(БЕ), оперативті жадтағы мекен-жайларды есептейтін мекен-жай тіркелімі(МТ).

МТ

БЕ

+1

КЕ

Командалық орындау циклі екі негізгі фазадан тұрады:

1 - таңдау; 2 - орындау.

  Таңдау фазасында, операция бағдарлама санауышындағы (Program Counter) мекен-жайда есте сақталады. Операция коды командалық тіркелімге өтеді, декодталған, егер команда бірнеше байт болса, онда олар оқылады.

Жад

Орталық процессор

Ақпарат ала аламын ба?

Ия! Ол осында!

Таңдау Кезеңі

Орындау кезеңі

Командаларды орындау кезеңінде іске асырылатын операция түріне сәйкес БҚ арифметикалық логикалық блоктың және басқа құрылғылардың төмен деңгейлі командаларының қажетті жиынтығын қалыптастырады. Бұл командалар деректерді жіберу, деректерді ауыстыру, белгілерді белгілеу және талдау, нәтижелерді сақтау және т.б. сияқты қарапайым төмен деңгейлі әрекеттердің кезектілігін белгілейді.

Команда толық оқылғаннан кейін орындалады. Бұл Von Neumann орындау циклы.

Компьютерлік шина

Компьютерлік архитектурада компьютерлік шина компьютердің функционалдық блоктарының арасында деректерді беру үшін пайдаланылатын шағын жүйе болып табылады. Құрылғы шинасында механикалық, электрлік (физикалық) және логикалық (басқару) деңгейлерден айырмашылығы бар.

Деректер шинасы

Мекенжай шинасы

Басқару шинасы

Компьютерлік шина

Деректер шинасы

Мекен-жай шинасы

Басқару шинасы

ОртПроц

Жад

Еңгізу/шығару құр1

Еңгізу/шығару құр n

…

Оқылған материалды бақылау сұрақтары:

Компьютерлік архитектура тұжырымдамасына не жатады?

Джон фон Нейманның жасаған компьютерінің қағидаларын белгілеңіз.

Бірінші ұрпақ компьютерлерінің архитектурасы қандай?

Магнитола-модульдік компьютерлік құрылғының негізгі қағидалары қандай?

Қазіргі заманғы компьютерге тән архитектураның жаңа элементтері қандай?