Дәріс 5. Дербес компьютердің архитектурасы.

1. Құрылысының ақпараттық –логикалық негіздері.

2. Функциональды –құрылымдық ұйымдастыру.

3. Микропроцессорлар. ДК есте сақтау құрылғысы.

4. Жадының құрылымы. Жадында мәліметтердің берілу тәсілдері.

5. ДК негізгі сыртқы құрылғылары.

1975 жылы АҚШ алғашқы сериялық ДК пайда болуы адамның барлық қызмет саласында революциялық аударым жасады. Бірінші ДК ашық архитектура принципіндегі әр түрлі ЭЕМ жасауға болатын электрондық блок түрінде құрылды. 1981 жылы блок-модульдік конструкциядағы ДК шыға бастады. Кіші ЭЕМ ХХ ғасырдың 80 жылдардың басында кең тарауы компьютерді қолданушыға жақындатумен түсіндіріледі. Кіші-ЭЕМ-дер кәсіпорындар мен өндірістерде қолданылды, себебі үлкен ЭЕМ –дерді қолдану үнемдеу жағынан пайдасыз. ДК кіші класқа жатады және жеке қолдануға арналған; әртүрлі саладағы мамандардың интеллектуалдық еңбегінің өнімділігін арттыратын жалпы қолайлы универсалдық инструмент. Ол қолданушымен диалогтық режимде автономды жұмыс атқаруға арналған. ДК-ң жалпы қолайлылығы салыстырмалы түрде кіші бағасымен, компактілігімен, қолдану шарттары мен қолданушының дайындық деңгейіне арнайы талаптардың жоқтығымен анықталады.

Негізгі ДК кішіпроцессор (КП) болып табылады. КП техникасының және технологиясының дамуы ДК ұрпағына алмастыруды әкелді:

• Бірінші кезеңі (1975-1980ж)- 8- разряд базасындағы КП

• Екінші кезеңі (1981-1985ж)- 16- разряд базасындағы КП

• Үшінші кезеңі (1986-1992ж)- 32- разряд базасындағы КП

• Төртінші кезеңі (1993ж-қазіргі кезге дейінгі)- 64- разряд базасындағы КП

ДК-ң дамуында 1981 ж Intel-8086 кіші процессор базасы негізінде IBM (АҚШ) кәсіпорнымен шығарылған IBM РС компьютерінің пайда болуы үлкен рөлді алды.

Бұл компьютер нарықта үлкен сауда орнын алды. Басқа да компьютерлік фирмалар осы компьютер моделіне сай етіп компьютерлер шығара бастады. Біздің күнде сатылатын компьютерлердің 85% IBM РС архитектура базында жасалған.

ДК-ны өндірудегі даму келесі факторлармен анықталады:

• Арзан бағасымен

• Қолдануға және түсінуге оңай диалогиялық программалар құралдары

• Жеке жұмыс үшін қызмет орнында қолдануы

• Ақпаратты өндіруде салыстырмалы түрде үлкен мүмкіндіктері бар

• Адамның қызмет етуінің барлық саласында ДК-ны қолдануда программамен қамтамасыз етеді

• ДК –ны локальдық есептеу желісіне бірлестіру мүмкіндіктері

ДК қызмет көрсетуі және міндеті бойынша 3 топқа бөліп көрсетуге болады: тұрмыстық , жалпы міндеттік және профессионалдық.

Тұрмыстық ДК көпшілік тұтынушыларға арналған, сондықтан олар жетерліктей арзан, берік және қарапайым пішінді болуы керек. Оларды үйде ойын-сауық үшін тұрмыстық техникамен басқару үшін қолданылады.

Ортақ міндетті ДК ғылыми-техникалық және экономикалық есептерді шешу үшін сонымен қатар үйрену және жаттығу үшін қолданылады. Бұл машиналар кіші процессорінің жоғарғы өнімділігі, оперативтік жадының сиымдылығы деңгейінің үлкендігі, иілгіш және қатты магнит дискілеріндегі сыртқы жадына ие. Интерфейстер есептеу жүйесінің құрамында жұмыс істеу үшін перифериндік құрылғылардың көптеген санын қосуға мүмкіндік береді. Бұл ДК класы әлемдік нарықта кең көлемде таралған.

Профессионалдық ДК ғылым саласында өндірістік есептер мен қиын ақпараттарды шешу үшін кең қолданылады. Профессионалдық ДК-ң қолданушылары маман-программистер болып табылады. Қазіргі кезде қиын есептерді шешуде көп процессорлік профессионалдық ДК-лар қолданылады.

Салмағын және габариттерін азайту үшін LAPTOP компьютері және NOTEBOOK компьютер-блокноттар шығарылуына әкелді. Ноутбук және лэптоп – пернетақта мен жүйелік блок бір корпуста шабадан түрінде орындалған кішкентай ДК.Корпустың қақпағы электрондық негізінен бөлінбей байланысқан сұйық кристалды дисплей ЭЕМ мен дисплей арасындағы сымдар корпуста жасырылынып жасалған. Бұл модельді компьютерлер техникалық параметрлері бойынша әдеттегі компьютерлердің атқаратын функцияларынан сәл төмендеу болып келеді. Ноутбукта ДК сияқты қосымша сканер, принтер, модемдер және т.б. құрылғыларды қосуға болады. Бұданда кіші көлемдегі PALMTOPS атты компьютерлер бар.Бұндай компьютерлер алақанға да сиып кетеді.

ПК-ң құрылымдық кескіні

Әдетте ДК 3 негізгі құрылғыларды қосады: жүйелік блок, пернетақта, монитор. Бірақ қызметіне қарай ДК-ға қосымша құрылғыларды қосуға болады.

Бұл құрылғылар жүйелік блокқа кабельдер арқылы арнайы ұяларға қосылады.

ДК да өзінің жүйелік магистралі мен модульдік құрылымы бар (2.1 сур)

Жүйелік магистральді мекен-жай мен басқару белгілерінің мәліметтері туралы хабар беру үшін қолданылатын шиналар жиынтығы түрінде орындалады. Мекен-жай ақпаратты шиналардың желілері саны ДК да қолданылатын белгілер саны бойынша және мәліметтер мен мекен-жай кодтарының разрядтығымен анықталады.

Жүйелік блок ДК да негізгі құрылғы болып табылады. Құрамына мыналар кіреді: орталық кіші процессор, оперативті және тұрақты жат модульдері, контроллер, магниттік дискілердегі жинақтаушылар және т.б. қызметтік модульдер. Қолданушылар өз тілегі бойынша ДК үйлесімдігін өзгерте алады, қосымша периферийнді құрылғыларды жүйелік блокқа қосу арқылы.

Жүйелік блокқа дыбыс құрылғылары- жүйелік дискімен немесе дыбыс картасымен құрылуы мүмкін. Бұл құрылғылар арқылы қолданушы машинаның жұмысын қадағалауға, жеке құрылғылардағы жағымсыз жағдайларға уақытында көңіл аудару немесе ДК есептерін шығару барысындағы ерекше жағдайларда көмек көрсетеді.

Дыбыс құрылғыларымен жиі таймер байланысты болады, ол машинаның жұмыс істеу уақытын санауға, күнтізбе уақытын қоюға арналған.

Контроллерлер сыртқы құрылғылармен (СҚ) басқару үшін қызмет етеді. Әр СҚ–ға өз контроллері болады. Электрондық модульдік-контоллерлер жүйелік блок ішіне орнатылған жеке басу платаларында немесе жүйелік платаның өзінде таратылады.

Контроллерлер 2 типті регистрлерден тұрады : басқару регистрі және мәліметтер регистрі. Бұл регистрлерді әдетте кіріс және шығыс порттары деп атайды. Әр портта нақты нөмір – порт мекен-жайы берілген, порт арқылы қолданушылар кіріс шығыс командаларын қолданып СҚ-мен басқарады.

ДК-ң сыртқы құрылғылары мен КП арасында ақпарат айналымын тездету үшін жадқа тура ену (ЖТЕ) қолданылады. Контроллерлер ЖТЕ-ден СҚ-дан белгі алғаннан кейін айналымды бақылауды өз қолына алады және оперативтік жадпен мәліметтер айналымын қамтамасыз етеді. Бұл уақытта КП үздіксіз ағымдағы программаларды орындайды.

Кіші процессор ДК ядросы болып табылады және ақпаратты өңдеу қызметі мен ДК барлық блоктарының қызметін басқарады.

КП бір баспа платасында-кристаллда орындалған. КП құрамына мыналар кіреді:

• Орталық басқару құрылғысы

• Арифметика-логикалық құрылғы

• Ішкі регистрлік жад

• Кэш-жад

• Оперативті жатқа үндеу үшін операнттардың нақты мекен-жайының құрылу схемасы

• Шиналық жүйемен басқару схемасы

КП-ден ДК-ң жұмыс атқару жылдамдығы тәуелді болып келеді

Шина мәліметтер КП мен жад және перифериндік құрылғылар арасындағы ақпараттар айналымын қамтамасыз етеді. Шина басқару белгілерін-жадпен, мәліметтер айналымымен басқару, бөлуге сұрау және т.б. беру үшін арналған.

ДК-ң ішкі жады оперативтік жад (ОЖ) және тұрақты жадқа (ТЖ) бөлінеді.

ОПЖ электр энергиясына тәуелді: жүйеден компьютерді сөндіргенде барлық сақталмаған ақпарат жоғалады. Қазіргі ДК-да ОЖ сиымдылығы Мегабайтта өлшенеді. Кейде арнайы ДК-да мекен-жай кеңістігінде бірнеше Гигабайтқа көтеріледі. Ең белгілі сиымдылық 128-256 Мбайт.

Тұрақты жад электр энергиясына тәуелсіз, жүйелік программаларды сақтау үшін соның ішінде кіріс-шығыс (BIOS) базалық жүйені, қатты дискілердегі қосымша программаларды және т.б. есте сақтайды. ТЖ-да сақталған программалар КП-ң үнемі қолдануына арналған.

Сырты құрылғылар

ДК қолданудың пайдалылығы көп жағдайда оның құрамында болатын сыртқы құрылғылар түрлерінің санына қарай анықталады. Сыртқы құралдар қолданушы мен ДК арасындағы қарам-қатынасты қамтамасыз етеді. Қазіргі кездегі сыртқы құрылғылардың модельдері көп және түрлі болуы сонымен қатар техника-қолданушылық пен экомикалық сипаттамалары қолданушыға өз қажетіне сай модельді алуына мүмкіндік береді.

ДК әр моделінде СҚ базалық құрылғылардың жиынтығы болуы-пернетақта, дисплей, қатты диск, дискетаға арналған диск жетек (дисковод) және т.б. Сыртқы құрылғылар машинаның сипаттамасына үлкен әсер етеді және ДК-ң толық бағасының 80% құрайды. Қолданушы әдетте баспа құралын өзінің жұмыс атқаруына лайық етіп өзі таңдайды. Қажеттілік болғанда ДК-ға қосымша сыртқы құрылғылар қосылуы мүмкін, мысалы: сканерлер, стримерлер, плоттерлер немесе дигитайзерлер. Кейінгі жылдары көптеген фирмалар тұтынушылардың сұрауларына бағытталған сыртқы құрылғылардың жаңа түрлерін шығаруда, жекелеп келсек мультимедия облысындағы қосымшалар.

Пернетақта

Пернетақта қолданушы мен ДК арасында диалогтық қарым-қатынасты таратады:

• ДК-ң ресурстарына қолайлылығы қамтамасыздандыратын қолданушының белгілері бар командаларды енгізу

• Программаларды жазу және өзгерту

• Есепті шешу барысында мәліметтер мен командаларды енгізу

Пернетақтаның орталық бөлігінде латын және орыс алфавитінің пернелері орналысқан, ал басқа бөліктерінде функционалдық пернелері (%,?,№ т.б.) және цифралық пернелері көп жағдайда бір перне бірнеше әр түрлі белгілерді енгізу үшін қолданылады және де олар бір уақытта сәйкес пернелерді басу арқылы орындалады, мысалы: Shift-Ctrl т.б.

Пернетақта эргономикалық талаптарға сай болуы тиіс: ұзақ уақыт жұмыс істеуге ыңғайлы болуы, алфавитті-цифралық пернелерінің орналасуы жазатын машиналар пернелерінің стандарттарына сай болуы тиіс

ДК-ң пернетақтасы КП код белгісі емес басылған перненің реттік санын және әр басқанда уақыт ұзақтылығын көрсетеді. Сондықтан пернелерді кодтау белгілерді кодтаудан тәуелсіз болады, бұл пернетақтамен жұмысты әлде қайда жеңілдетеді. Қазіргі кезде 101-105 пернелері бар пернетақталар шығаруда.

Дисплей

Дисплей (монитор)- ДК-дағы программалардың жұмыс істеу уақытында ақпараттарды көрсететін негізгі құрылғы.

Дисплейлер сипатына, программалық қамтамасыздандыруына, машина мүмкіндігіне қарай ажыратылады. Дисплейдің негізгі техникалық параметрі экранның регенерациясының тазалығы. Көзге зақым келтірмеу үшін 75 Гц деңгейінен басталатын тазалықта жұмыс істеген жөн. Негізгі параметрлердің бірі экран көлемі, көбінесе 15,17,19, және 21 дюйм көлеміндегі дисплейлер қолданылады.

Берілген параметрлері экранның құрылысына, басқару кескiнiне байланысты болады. 1,2 немесе 4 битте жазылған ақпараттар экрандағы нүктенің түсін басқарады. Қазіргі кезде сұйық кристаллды негіздегі дисплейлер қолданылады. Бұндай дисплейлерде жоғары нақтылық қасиеті болады және қолданушының көзіне қауіпсіз болады.

Растрлік жадтың көлемі дисплейдің рұқсат қабілеттілігімен байланысты, мысалы: 2 деңгейлік ақшыл түс және 640*620 рұқсат қабілеттілігіне 26 Кбайт растрлік жад қажет. Егер әр нүкте үшін 16- түспен басқарса талап етілетін раст жады 64 Кбайттан төмен керек; 1024*1024 рұқсат қабілеттілігі 2 түсті экранда 132 Кбайт растрлік жад қажет.

Дисплей жүйелік блокқа контроллер арқылы қосылады, көбінесе жүйелік блокқа орнатылған жеке плата түрінде орындалады.

Профессионалдық ДК-да өте жоғарғы рұқсатпен (128*1024 одан да көп) және 32 млн түстерді мониторлар қолданылады. Қазіргі кезде қолданушылар көп уақыт бойы монитор алдында отырады, сондықтан дисплей шығаратын фирмалар қолданушының денсаулығына әсер ететін барлық ықпалдардан сақтау үшін мониторларды арнайы қорғау құралдарымен жабдықтаған. Әр дисплей немесе монитор ИСО 9000 қауіпсіздік талаптарына сай болуы тиіс.

Манипуляторлар

ДК мен қолданушы арасындағы қарым-қатынас әр түрлі манипуляторлар арқылы іске асады. Олардың ішіндегі ең белгілерінің бірі маус (тышқан). Әдеттегі маус өзімен төменгі жағында кез келген жаққа айналатын шары бар және үш немесе екі пернесі бар қорапты көрсетеді. Маус компьютерге арнайы сым арқылы қосылады. Қолданушы үстел үстінде маусты қозғалту арқылы экранда маустың нұсқағышын қозғалтады, ал пернесін басу арқылы арнайы операцияларды орындайды .

Терте (джойстик) қол манипуляторына жатады. Ол өзімен бірнеше немесе екі батырмасы бар тұтқаны көрсетеді. Бұл батырмалар маус пернелері сияқты қызмет атқарады. Терте көбінесе тұрмыстық ДК-да ойындар үшін қолданылады.

Санау құрылғылары

Графикалық ақпаратты қағаздан ДК-да оқу үшін оптикалы сканерлер қолданылады. Сканерлер түгел парақты немесе пленканы өңдеуге болатын планшетті және қол түрлері болады. Сканерлер арқылы суретті сақтауға ғана емес, сонымен қатар өзгертуге де болады. Сканер арқылы енгізілген суреттер арнайы программалық қамтамасыздандыру арқылы енеді.

ДК-ға суретті енгізу үшін жарық перосын немесе дигитайзерларды қолдануға болады.

Сыртқы есте сақтау құрылғылары

ДК-дағы ақпаратты сақтау үшін дискеталар, қатты дискілер және CD-ROM-дар қолданылады.

Иілгіш магниттік дискідегі жинақтаушылар программалармен кіші көлемдегі мәліметтерді сақтауға арналған, олар бір ДК-дан екінші ДК-ға ақпараттарды көшіруге қолайлы.

Кейінгі жылдары ИМДЖ 3,5 дюйм диаметрімен 1,44 Мбайт сыйымдылығы болатын дискеталар кең таралған. Бұл ИМДЖ –ң құндылығы үлкен компактілігі, дискінің жұмыс кеңістігін кірлену мен әр түрлі механикалық зақымдардан қорғайтын қозғалмалы металл қақпағымен және пластикалық корпустың болуымен дәлелдейді.

ИМДЖ-гі 3,5 дюйм қазір ақпарат айналымының үлкен жылдамдығын қамтамасыз етпейді, ал 1,44 Мбайт сиымдылығы қазіргі мәлліметтер көлеміне аз, бірақ нарықта кең таралуына байланысты ақпарат алмасуда әлі де көп уақыт қолданылады.

Қатты магниттік дискідегі жинақтаушылар бір пакетке біріктірілген бірнеше магниттік дискілерді құрайды. Әдетте мұндай пакет 5,25 диаметрлі 2-4-6 дискілерді құрайды немесе 3 дюйм.

Қатты дискілерде магниттік бас тиегіндері жүйелік блокқа біріктірілген диск қатынасында бір уақытта радиалдық бағытта қозғалады.

Дискінің физикалық форматын оның сиымдылығын анықтайды. Қазіргі қатты дискілердегі 40,60,80, және 120 гбайт көлемімен шығарады.

Дискінің магниттік пішіні дискідегі ақпаратты ұйымдастыру тәсілі және әр түрлі типтегі ақпаратын орын алуын белгілейді.

Ақырғы жылдамдық ақпарат сақтау үшін оптикалық (лазерлік) CD дискілер құрылғылары қолданысқа шықты. Олардың сиымдылығы 650-ден 700-ке дейін Мбайт жетеді, оларды бір рет жазу ішінде қайта көшіруге де, қолдануға да болады.

Баспа құралдары

ДК-да матрицалық, сия бүріккіш (струинный) және лазерлік принтерлер болады.

Матрицалық принтерлер осыдан 10 жыл бұрын ең тараған принтер түрі болды. Жұмыс кезінде принтердің қағаз бойы жылжып келе жатқан бас тиегіндегі инелері шығып, бояйтын баспа арқылы қағаз бетіне із қалдырады. Әдетте 9 және 24 инелік бас тиегіндері бар принтерлер қолданылады. Матрицалық принтерлердің жағымсыз жағы оларды баспа жылдамдығының төмендегі баспа уақытындағы шуы мен түрлі-түсті бейнені баспаға шығармауда матрицалық принтерді таңдағанда қолданылатын қағаздың максималдық еніне көңіл бөлген жөн.

Матрицалық принтердің негізгі сиппатамасы төл құжатында көрсететін орнатылған шрифттік түрлері мен саны және киррилицада басып шығару болып табылады. Қазіргі жүйелік программалар тексттер (Word. Adobe PageMaker және т.б.) айналымында арнайы жүктелетін шрифттер (soft fonts) қолданылады.

Сия бүрікіштің бояу сұйықтығы (чернила) бірнеше түсте шығарылады және арнайы компакты картриджде орналасады. Мәтіндік ақпараттарды баспа жылдамдығы минутына 7-10 бет шығарса, түрлі-түсті баспа да минутына 5 бет шығарады.

Кейінгі жылдары бірнеше модельдегі түрлі-түсті баспа шығаратын лазерлік принтерлер қолданысқа шығарылды, бірақ мұндай принтерлерде баспа шығару сия бүріккіш принтерлерден баспа шығарудан әлде қайда қымбаттырақ болып келеді.

Қиын кескіндер және графикалық құрушылар құрылды (плоттерлер).