Компьютер архитектурасы.Есептеу машинасын ұйымдастыру Фон- Нейман принципін талдаңыз.

Компьютер (ағылш. computer — «есептегіш»), ЭЕМ (электрондық есептеуіш машина) — есептеулерді жүргізуге, және ақпаратты алдын ала белгіленген алгоритм бойынша қабылдау, қайта өңдеу, сақтау және нәтиже шығару үшін арналған машина. Компьютер дәуірінің бастапқы кезеңдерінде компьютердің негізгі қызметі — есептеу деп саналатын. Қазіргі кезде олардың негізгі қызметі — басқару болып табылады.

Компьютер архитектурасы алға қойылған мәселені, зерттеліп отырған физикалық құбылысты максималды айқын көрсетіп, модельдеуге мүмкіндік береді. Мысалы, электрондық ағындар бөгеттер салу кезіндегі су ағынының үлгісі ретінде қолданылуы мүмкін. Осылай құрастырылған аналогтық компьютерлер XX ғасырдың 60-жылдары көп болғанымен, қазір сирек кездеседі. Қазіргі заманғы компьютерлердің басым бөлігінде алға қойылған мәселе әуелі математикалық терминдерде сипатталады, бұл кезде барлық қажетті ақпарат екілік жүйеде (бір және ноль ретінде) көрсетіледі, содан кейін оны өңдеу үшін қарапайым логика алгебрасы қолданылады. Іс жүзінде барлық математикалық есептерді бульдік операциялар жиынына айналдыруға болатындықтан, жылдам жұмыс жасайтын электронды компьютерді математикалық есептердің, сонымен қатар, ақпаратты басқару есептерінің көпшілігін шешу үшін қолдануға болады. Бірақ, компьютерлер кез келген математикалық есепті шеше алмайды. Компьютер шеше алмайтын есептерді ағылшын математигі Алан Тьюринг сипаттаған болатын. Орындалған есеп нәтижесі пайдаланушыға әр түрлі енгізу-шығару құрылғыларының көмегімен көрсетіледі, мысалы, лампалық индикаторлар, мониторлар, принтерлер және т.б. Компьютер — жай ғана машина, ол өзі көрсетіп тұрған сөздерді «түсінбейді» және өз бетінше «ойламайды». Компьютер тек қана бағдарламада көрсетілген сызықтар мен түстерді енгізу-шығару құрылғыларының көмегімен механикалық түрде көрсетеді. Адам миы экрандағы көріністі қабылдап, оған белгілі бір мән береді.

Фон Нейман архитектурасы — кеңінен танымал командалар мен деректерді компьютер жадында бірлесіп сақтау принципі. Мұндай есептеу жүйелері жиі "фон Нейман машинасы" терминін білдіреді, алайда әрдайым осы ұғымдардың сәйкестігін білдірмейді. Жалпы жағдайда, фон Нейман сәулеті туралы айтқан кезде деректерді және нұсқаулықтарды бір жадтағы сақтау принципін көздейді.

Фон Нейман принципі

Жадтың біртектілік принципі

Командалар мен деректер сақталады, белгілі бір жад және сыртқы жад неразличимы. Танымаса, тек тәсілі бойынша пайдалану; яғни бір мәні ұяшық жады ретінде де пайдаланылуы мүмкін деректер мен команда ретінде, және мекен-жайы ретінде қарай ғана тәсіліне жүгінуі. Бұл мүмкіндік береді бақылау командалары сол операциялар, бұл мен сандар, және, тиісінше, бірқатар мүмкіндіктер ашады. Мысалы, пайдаланылады өзгерте отырып, адрестік бөлігі-команданың қамтамасыз етуге болады жүгіну дәйекті элементтеріне массив деректер. Мұндай тәсіл деп аталады түрлендіру команда тұрғысынан қазіргі заманғы бағдарламалау емес құпталады. Астам пайдалы болып табылады басқа тергеу принципін біртектілігі, қашан команданың бір бағдарламаны алынуы мүмкін орындау нәтижесі ретінде басқа. Бұл мүмкіндік негізінде жатыр трансляция — мәтінді аудару бағдарламаның тілі жоғары деңгейдегі тілі нақты есептеуіш машиналар.

Мекенжайлық принципі

Құрылымдық негізгі жады тұрады, нөмірленген ұяшықтар, әрі процессору еркін сәтінде қол жетімді кез келген ұяшық. Екілік кодтары командалар мен деректер бөлінеді бірлік ақпарат деп аталатын сөздермен сақталады ұяшықтарда, оларға қол жеткізу үшін пайдаланылады нөмірлері, тиісті ұяшықтар — мекен-жайлары.

Бағдарламалық басқарудың принципі

Барлық есептеулер көзделген алгоритміне шешу, түрінде ұсынылуы тиіс бағдарламаның тұратын реттілік басқарушылар сөздер — командалар. Әр команда міндеттейтін кейбір операция жиынтығы операцияларды іске асыратын есептеуіш машинаны. Команда бағдарламаның сақталады тізбектелген ұяшықтарында жад есептеу машинасының орындалады табиғи реттілік бар, олардың ережелері. Қажет болған жағдайда, арнайы әмірлердің көмегімен, бұл реттілігі өзгертілуі мүмкін. Өзгерту туралы шешімді орындау тәртібін командалары бағдарламасы қабылданады немесе нәтижелерін талдау негізінде алдыңғы есептеулер, не сөзсіз.

Екілік кодтау принципі

Осы қағидатқа сәйкес, барлық ақпарат ретінде деректер мен командалар кодталады екілік сандар 0 және 1. Әрбір ақпараттың түрі ұсынылады екілік-әрекеттердің және өзінің форматы. Дәйектілігі бит форматында, бар белгілі бір мәні, өрісі деп аталады. "Сандық ақпаратты әдетте бөледі өрісі белгінің өрісі значащих разрядтар. Форматында команда екіге бөлуге болады өріс: өріс кодын операциялар өрісі мекен-жайлары.

Есептеуіш машиналардың сәулеті ілімінің негіздері туралы ғылымының негізін 1944 жылы фон Нейман, бірінші әлемде ЭНИАК шам компьютерін құруға қосылған кезде қалаған. ЭНИАК жұмыс процесі үстінде Пенсильвания университетіндегі "Мур нститутында" әріптестері Джон Уильям Мокли, Джон Экертмен (ағыл.), Герман Голдстайнмен және Артур Беркспен көптеген пікірталастар кезінде EDVAC атты неғұрлым жетілдірілген машиналар идеясы келді. EDVAC зерттеу жұмысы ЭНИАКты құрастырумен қатар жалғасты.

Гарвард архитектурасы

1945 жылдың наурыз айында құжатта логикалық сәулет принциптері безендірілді, "EDVAC туралы бірінші есеп жобасы" деп аталатын — АҚШ Армиясының Баллистикалық Зертханасы үшін есеп, ЭНИАКтың құрылысы және EDVACты әзірлеу осы мекеменің ақшасына жүзеге асырылды. Есеп, жай ғана сызбасы болғандықтан, жариялау үшін жарамады, тек топ ішінде тарату үшін арналды, алайда Герман Голдстайн — АҚШ Армиясы тарапынан жобаның кураторы — бұл ғылыми жұмысты көбейтті және оны кең ауқымды танысу үшін ғалымдарға жіберді. Құжатта жасату кезінде бірінші бетінде фон Нейман аты ғана болды, оқырмандарға құжат жалған әсер қалыптастастырды, барлық идеялар жазылған осы авторға ғана тиесілі ме деген сұрақ туындатты. Құжат оны оқығандарға, осындай EDVAC сияқты және осы архитектурамен өз компьютерлерін құрастырып алу үшін жеткілікті ақпарат берілді, осының нәтижесінде "фон Нейман архитектурасы" деп атала бастады.