САНДЫҚ МАШИНАЛАРДЫҢ АРИФМЕТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 35 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ
І. САНДЫҚ МАШИНАЛАРДЫҢ АРИФМЕТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ
1.1. Есептеуіш техниканың даму тарихы, қазіргі заманғы
компьютерлердің даму кезеңдері.
1.2. Санау жүйесі, сандарды бір санау жүйесінен екінші санау жүйесіне
ауыстыру.
1.3. Ақпаратты кодтау тәсілдері, компьютерде ақпараттың берілуі.
Негізгі логикалық элементтер. Алгебра логикасының негіздері. Логикалық
құрылымды синтездеу.
ІІ. ЭЕМ ЭЛЕМЕНТТЕРІ ЖӘНЕ ТҮЙІНДЕРІ
2.1 Элементтер құрылымы және қызметі. Орталық процессордың жалпы
құрылымы. Орталық процессордың негізгі элеметтері және қолданылуы.
2.2. Жады құрылымы және оны ұйымдастыру. Жады элеметтері, олардың
қолданылуы, мүмкіндіктері және жұмыс жасау принципі. Компьтерлік жады
құрылымы.
2.3.Үзіліс жүйесі. Үзіліс жүйесінің қолданылуы, жұмыс жасау принципі
және ұйымдастырылуы. Енгізу-шығару жүйелері.
2.4. Интерфейс қолданылуы және мүмкіндіктері, компьютердің негізгі
интерфейсі.
ІІІ. ПЕРИФЕРИЯЛЫҚ ҚҰРАЛДАРЫ
3.1 Перифериялық құралдарының техникалық мүмкіндіктері, құрылымы,
қолданылуы. Перифериялық құралдар.
3.3. Ақпаратты бейнелеу құралдары.
3.2. Ақпаратты енгізу құралдары.
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

Кіріспе

Қазіргі кезеңде дербес компьютердің ғылымда, техникада, экономикада
тіпті өндірістің кез-келген саласында кеңінен қолданыла бастауымен оның
маңызы туралы айтып, ешкімді таңқалдыра алмайсың. Бұл салада тек білікті
мамандар дайындау мәселесі күн тәртібіндегі негізгі мәселелердің бірі болып
отыр. Электронды есептеуіш машиналар (ЭЕМ) және жүйелер адамның ойлап
тапқан ең қиын аппартатық және программалық қамсыздандыруы. Сондықтанда
қазіргі заманның және келешек ЭЕМ мен оның элементтік базаларын , яғни ЭЕМ-
нің орталық құрылғыларының негізі болып табылатын микропроцессорлар мен
микроконтроллерлерді және олардың интерфейстері мен орталық құрылғылармен
байланыс каналдарын толықтай оқытатын оқу құралы қажет. Оқу құралында ЭЕМ
архитектурасының негізгі түсініктері, электронды есептеуіш техниканың
ақпараттық-логикалық негіздері, ЭЕМ-нің типтік логикалық элементтері мен
түйіндері, процессордың жұмыс істеу принциптері мен құрылысы, ЭЕМ-нің
перифериялық құрылғылары, электронды есептеуіш жүйелердің аппартаттық
қамтамасыздандыруы мен архитектурасының даму тенденциялары қарастырылады.

І. САНДЫҚ МАШИНАЛАРДЫҢ АРИФМЕТИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ЛОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ
1.1 Есептеуіш техниканың даму тарихы, қазіргі заманғы компьютерлердің даму
кезеңдері.

Көпшілік мақұлдаған топтастыруды қолданып, есептеуіш техниканың
дамуын келесі кезеңдерге бөлуге болады:
1. Қол – б.э. дейінгі елуінші мыңжылдықдан бастап;
2. Механикалық – XVII ғасырдың ортасынан бастап;
3. Электромеханикалық – XIX ғасырдың 90-шы жылдарынан бастап;
4. Электрондық – XX ғасырдың 40-шы жылдарынан бастап.
Адам баласы есептеу үшін саусақтарын қолданудан бастап көптеген
есептеу әдістерімен қатар көмекші құралдарды қолдануды талап еткен .
Сондықтан да көптеген есептегіш құралдар ойлап табылды. Шотландия
математигі Джон Непер көп таңбалы сандарды бір таңбалы сандарға көбейту
амалын орындайтын есептеу құралын ойлап тапқан. Осы құрал " Непер таяқшасы
" деп аталады. Сонымен қатар есептеу машинасын жасау идеясы кезінде атақты
неміс ғалымы Г. В. Лейбницті қатты толғандырады. Ол 1670 жылы арифметикалық
құралдың алғашқы эскизін жасады. Лейбництің арифметикалық машинасы
арифметикалық төрт амалды орындайтын дүние жүзіндегі бірінші болып
саналады. 1874 жылы орыс инженері В. Т. Однер арифмометр ойлап тапқан.
Академик П.Л.Чебышев 1878 жылы сандарды автоматты түрде қосуға арналған
"қосушы" машина ойлап құрастырды. Чарлз Бэббидж 1823 ж. санақ машинасын
ойлап тапқаны үшін Астрономиялық қоғам оған Алтын медаль берді. Ада Августа
Лавлейс математикаға деген талпыныс өте ерте оянды. Чарлз Бэббидж оның
жұмыс істеу қабілеттерін жоғары бағалады. Ада Августа Лавлейсті тұңғыш
программист деп атауға болады, өйткені оның кейбір терминдерін қазіргі
программистер әлі күнге дейін қолданады.

Есептеу техникасы мен электрондық есептеу машиналарының даму тарихы
мен келешегі.

Адамның қызметінсіз есептеу жұмысын автоматты түрде орындайтын
тетікті алғашқылардың бірі болып ағылшын математигі және экономисі Чарлз
Бэббидж ұсынған болатын . 1830-1833 ж Бэббидждің санақ машинасын шығаруда
көп еңбек етіп 1834ж. жұмысын аяқтады. 1849-1852 ж аналитикалық есеп
машинасын құрастырады. Аналитикалық машинаның келесідей құрама бөліктері
болған: 1.сандарды сақтау үшін "қойма" (қазіргі терминалогиямен
"жинақтаушы" , немесе "есте сақталатын жабдық'') 2."дирмен"(мельница) -
сандарға арифметикалық әрекет өндірісі үшін (арифметикалық жабдық)
3.машиналар операцияларының бірінің артынан бірі нақты басқаратын контор.
4.берілген мәліметтерді енгізуге және шығару құралдары. Генерал- майор
Генри Провост Бэббидж (1824-1918ж.) отставкаға шықаннан кейін әкесінің
жұмысын аяқтады. 1888 ж. 12 қазанда Генри Бэббидж Британ ассоциация
мүшелерінің жиналысында аналитикалық машинаның дамығанын баяндады. 1906 ж
Генри Бэббидж аналитикалық машинаның кейбір бөлшектерін өзгертіп қайта
құрастырды және Р.В.Мунро фирмасының көмегімен дайындап шығарды. 1890 жылы
американ инженері Герман Холлерит Бэббидж идеясын қосу амалын орындайтын
арнайы есептеу машинасын жасауға пайдаланады. Осы машина "табулятор " деп
аталады. Табулятордың есептегіштері механикалық бойынша жұмыс істегенімен,
электронды импульс арқылы басқарылып отырған. Әр жыл өткен сайын, соның
ішінде 1902 жылы автоматты табулятор, ал 1913 жылы өзі басатын және
жинақтағыш табулятор сонымен қатар 1936 жылы перфокарталық машина, ал ең
соңында 1946 жылы алғашқы электронды есептеуіш - аналитикалық машина
жасалды. Есептеу техникасын жетілдіру саласы осындай жаңа бағыт алып одан
әрі дами түсті. АҚШ-та 1944 жылы американ физигі Г.Г.Айкеннің басшылығымен
реле жүйесі негізінде машинасы алғашқы электронды - есептеу пайда болды .
Ол машина "Марк - 1" деп аталады. Ең алғаш рет электронды есептеуіш машина
1946 жылы АҚШ-та жасалынды. Осы машина "ЭНИАК" деген атпен әлемге таралды.
ЭНИАК – сөзі электрлі - механикалық реледен тұрады . Бірінші Советтік ЭЕМ
1950 жылдары МЭСМ (кіші электрондық есептеуш машина) Киев қаласының ғалымы
Лебедев Сергей Алексеевичтың қолбасшылығымен құралған. Лебедевтің
басшылығымен Москвада 1962 жылы ССРО Ғылым академиясының механика және
есептеу техникасы институында "МЭСМ" - жетірілдірген түрі - БЭСМ (үлкен
электронды есептегіш машина) жасалып шығарылды. Бұл машина секундына 10 мың
команда орындайды, БЭСМ - нің жады 39 разряды 1024 - ұядан тұрады.
1963 жылы Москвада Ю. Б. Базилевскийдің басшылық етуімен "Стрела" деп
аталатын электронды - есептеу машинасы өмірге келді. Осыдан кейін де
бірнеше әмбебап машиналары шығарылды. Олардың қатарына мынадай машиналар
жатады: БЭСМ - 1; М - 2; Раздан; Минск - 2 және т.б. жатады. Бұл
машиналардың элеметтік базасы - электрондық шамдардан, жартылай өткізгішті
диодтардан және магнитті өзекшелерден тұрады. Бұл айтылғандардың барлығы
электрондық есептеуіш машиналардың бірінші белесіне жатады. ССРО - да 60-
жылдардың басында элементтік базасы транзистордан тұратын екінші буынды
электрондық есептеуіш машиналар шықты. Бұл машиналардың қатарына БЭСМ - 4;
М - 220; Урал - 14; Минск - 32 т. б. жатады. С. А. Лебедев пен В. А.
Мельниковтың басқаруымен БЭСМ - 6 электрондық есептуіш машинасын ерекше
атауға болады. Бұл машина секундына 1миллионға дейін командалар орындайды.
Осы машинаның сыртқы жады магнитті барабандарда, ленталар мен дискілерде
орналастырылған, сонымен қатар онда миллиондаған байт информация сыяды. Ал
екінші буындағы қуатты әмбебап электронды - есептеуіш машиналардың
қатарына: Найри - 1; Мир - 1, 2 жатады. ССРО - да 70 - жылдары интегралдық
микросхемаларды шығарудың іске асыруы электронды есептеуіш машиналары
өндірісінің үшінші белесіне өтуге мүмкіндік туғызды. Үшінші белестегі
машиналардың элементтік базасы интегралдық схемалардан тұрады. Интегралдық
схеманың барлық электрондық элементтері: диодтар, транзисторлар,
резисторлар ғана материалдан (жартылай өткізгішті кристалдан, металдан
немесе диэлектриктен) жасалады. Жеке - жеке бөлшектерге қарағанда бүтін бір
схеманы жасау , жеңілдеу және интегралдық схеманы автоматты түрде
монтаждауға болады. Бірақ та осы жасалған пластинкалардың ұсақтығы жұмыс
істеуге көптеген қиыншылықтар туғызады. Олардың электронды "миы" тек қана
сандармен емес, сонымен қатар сөздермен және үлкен - үлкен текстермен де
жұмыс атқара алады. Оның амал орындау жылдамдығы мен жұмыс атқару қабілеті
жоғары тетіктері де сатылап емес, бәрі бір мезгілде жұмыс атқара алады және
бұларға жаңа тетіктер қосылды. Үшінші буындағы есептеу машиналарының
негізгі тетіктерінің бірі - автоматты түрде оқу тетігі. Осының көмегі
арқылы текстерді лезде қабылдап оқуға болады. 80 - жылдарда
микроэлектрониканың дамуына байланысты элементтік базасы үлкен интегралдық
схемалардан тұратын төртінші буындағы машиналардың серияларын шығаруға
көптеген мүмкіндік туғызды. үшінші буындағы қолданылған интегралдық схема
мен үлкен интегралдық схеманың арасында бір талай айырмашылық бар:
а) бұрынғы схемаларға қарағанда үлкен интегралдық схеманың жұмыс атқару
мүмкіншілігі артық , көлемі шағын , салмағы жеңіл ;
ә) пайдаланылатын электр қуаты да бірнеше есе аз ;
б) блоктардың бағасы алғашқы буындардағы машиналар блоктарына қарағанда
бірнеше есе арзан.
Машинаның сыртқы ауқымының кішіреюі, ЭВМ құрылғыларының құнының
арзандауы - әрекет тездігі, жадының көлемі және басқа жақтарынан да 60 -
жылдардағы күрделі ЭВМ - дерге тең келетін көлемі телевизордай дербес
компьютерлердің пайда болуына әкеп соқты. Жеке компьютерлермен қатар ұзақ
уақыт есептеуді қажет ететін есептерді шығаруға арналған жоғары өнімді ЭВМ-
дер шығарылды. Бұлардың қатарына – көп процессорлы есептегіш комплексі
"Эльбурс" және МВК ПС - 2000. Төртінші буын - Программаланатын
микрокалькулятор (ПМК). Қазіргі кезде халық шаруашылығында үлкен, күрделі
ЭЕМ-мен қатар, кәсіптік дербес ЭЕМ-дер және қалталық программаланатын
электронды микрокалькуляторлар да (ПМК) көп таралып қолдануда. Жылдан -
жылға ПМК-лар дамып олардың жаңа түрлері жасалынып шығуда. ПМК-ы уақытша
ғана қажет есептеу құрылымы - деп қарауға болмайды. Олардың күнделікті жай
есептеудегі қызметі өте зор және келешегі мол. Қазіргі кездегі
программаланатын микрокалькуляторды кәдімгі компьютер - деп қарастыру
керек. Олар тек шағын ғана күнделікті жады құрылысын қажет ететін және
оперативтік есептеуді талап ететін жұмыстарды атқаруда өте тиімді. Қазіргі
кезде ТМД-да программаланатын әр түрлі электронды микрокалькуляторлар (ПМК)
шығарылады. Бесінші буындағы компьютерлердің элементтік базасы өте
үлкен ИС - тен тұрады (ӨҮИС). Олардың негізгі қызметі дыбыс арқылы
қабылдайды және дыбыстап жауап береді. Ал енді есептеу техникасының
келешегі туралы айтсақ: - Болашақта ЭЕМ - нің жаңа типі " Жарық машинасын "
жасауға үміт бар. Мұндай құрылыс көптеген мәліметтерді әртүрлі
қашықтықтардан қамтамасыз етеді. - Болашақта биологиялық машина жасау
жөнінде де идея туындап отыр. Егерде бұл идея іске асса, онда мұндай ЭЕМ -
дердің мәлімет тасушылары белоктар болады деп айтуда. - Қазіргі уақыттағы
электронды өндіріс орындарының "Элементтік база" жасаудағы көптеген
жетістіктеріне байланысты, есептеу техникасының жұмыс істеуін арттырудағы
мүмкіндігін пайдалана отырып, параллельді - құрылысты ЭЕМ жасалуы керек ,
яғни оның мағнасын тереңірек аша түссек ЭЕМ бірден бірнеше есеп шығарады
да, қаншама әрекет тездігі тиімді қолданылады. Адам миының ойлау жүйесіне
ЭЕМ жұмысы сәйкес келеді, яғни " Нейронно - сеттік " құрылысы осы
сәйкестікті қамтамасыз етуге тиісті.

1.2. Санау жүйесі, сандарды бір санау жүйесінен екінші санау жүйесіне
ауыстыру.
ЭЕМ-нің жұмыс істеу тәсілдерін, оның берілген информацияны қалай
ұғатындығын түсіну үшін, санақ жүйелері туралы кейбір ерекшеліктерін білу
керек. Санақ жүйелері. Санақ жүйесі деген - кез-келген берілген санды
көрсету кезінде қолданылтын белгілер және ережелер жиынын атайды. Санақ
жүйелері тұрған байланысты мағынасын (өзгертетіндер) позициялық және
позициялылық емес болып бөлінеді.
Позициялық сандық жүйеде цифрдың мағынасы оның орналасқан позициясына
байланысты өзгеріп отырады. Мысалы, 2749, 365 қандай позицияда тұруына
байланысты бұл санның мағынасы өзгеріп отырады.

9 – бірлік (ең кіші сан) 5 – бірлік (ең кіші
сан)
4 – ондық 6 – ондық
7 – жүздік 3 – жүздік (ең үлкен сан)
2 – мыңдық (ең үлкен сан)
2749 = 2*1000+7*100+4*10+9= 2*103+7*102+4*101+9*100
365=3*102+6*101+5*100
Позициялық емес сандар жүйесінде цифрдың тұрған орнын өзгертпейді. Мысалы,
римдік сандық жүйелер. ХХХ санында Х- ондық санның белгісі және оның
мағынасы тұрған орнына байланысты емес. ІІІ-3, ІІІІІ-5, ІІІІІІІІІ-9. Бір
сызық бірге тең, мұндай сандар қазір қолданылмайды.
Рим таңбалары: І=1, V=5, X=10, L=50, C=100, D=500, M=1000
Рим жүйелері: 1) қосу XV=10+5=15, XXXIII=10+10+10+1+1=32, LX=50+10=60
2) азайту IX=10-1=9, XL=50-10=40, XC=100-10=90
Позициялық сандық жүйеде кез-келген негізге мынадай қағида сәйкес
келеді: әрбір қарастырылып отыратын разрядтағы бірліктер алдыңғы разрядтың
бірліктерінен қанша есе көп екенін көрсететін сан, сол сандық жүйенің
негізі болып саналады. Сондықтан кез-келген позициялық сандық жүйеде тұрған
санды мынадай түрде жазуға болады:
Nq = knqn + kn-1qn-1 + ... + k1q1 + k0q0 + ...
Мұндағы Nq – q – сандық жүйеде тұрған сан,
q – жүйенің негізі
n - pазрядтың нөмірі
kn - қарастырылып отырған разрядтың бірлік саныңа тең
коэффициент
Мысалы, 35,72 – саны үшін бұл коэффициент осы санның бір-бірінен
кейінгі цифраларының мәне, яғни 3, 5, 7, 2.
35,72(10) = 3*101+5*100+7*10-1+2*10-2 немес
6745(10) = 6*103+7*102+4*101+5*100

ЭЕМ-де тек позициялық сандық жүйе ғана қолданылады, өйткені бұл
жүйеде санды жазу басқа жүйеге қарағанда жинақы және есептеуге ыңғайлы
келеді. Тарих бойынша ондық жүйе ең көп тараған жүйе түрі. Бірақ сонымен
қатар көптеген жүйелер де осы күнге дейін қолданылады. Мысалға: Маия халқы
- жиырмалық, индейстер -бестік, ондық, Европада революцияға дейін - он
екілік, ал Қытайда - бестік жүйелер қолданылады. Негізінде кез-келген
сандық жүйе құруға болады. Сандық жүйенің негізі ретінде кез-келген бүтін
санды, мысалы, 2, 3, 8 және т.б. қабылдап, соларға сәйкес екілік, үштік,
сегіздік, және басқа да жүйе құруға болады. Ондық сандық жүйеде ЭЕМ-де
информацияны өңдеу ыңғайлы, өйткені есептеу машиналарының негізгі жұмысшы
элементтері екі позицияда ғана болады: "Қосылған", "Айырылған", және т.б.
Сегіздік сандық жүйе машинаға есепті программалауға дайындағанда команданы
жазу үшін және машинаға енгізу үшін қолданылады. Сегіздік сандық жүйеде тек
0-ден 7-ге дейінгі цифралар қолданылады. ЭЕМ-де мәліметтерді екілік жүйеде
өңдеу өте ыңғайлы, себебі екілік жүйеде санның кез-келген разряды тек 0
және 1 өрнектеледі, ал мұндай цифралардың физикалық моделін құру техникалық
жағынан оңай келеді. Мысалға, реле контактылар қосылға - модель - 1,
айырылған - модель - 0.
Екілік сандық жүйенің негізін алғаш рет 1850 жылы ағылшын ғалымы,
математик Дж. Буль ойлап тапты. Бұл жүйе тек екі цифрмен 0 және 1-мен
өрнектеледі. Бұл жүйенің түбірі 2-саны болып саналады. Дж. Буль ЭЕМ
жасалмай тұрып екілік алгебраны құрастырып шықты. Қазіргі кезде бұл
алгебраны математикалық логика немесе Буль алгебрасы деп атайды.
100100 екілік санын мынадай түрде жазуға болады:
100100(2)= 1*25+0*24+0*23+1*22+0*21+0*20 = 32+4=36

Ақпаратты екілік жүйеге аудару
Әрбір ақпаратты неше түрлі әдістер жолымен бір жерден басқа жерге
тасымалдауға, не көруге болады. Мысалға ертеде ақпаратты Морзе әліппесінің
көмегімен, яғни нүктелер мен сызықша тізбегі түрі арқылы кодтап немесе
тасымалдауға болатын. Ал газеттерде, кітаптарда ақпарат текст және белгілі
бір бейне арқылы берілген. Осы замандағы ақпаратты есептеуіш техникада тек
екі түрлі сигнал тізбегі көмегімен кодталады: ол магниттеген не
магниттемеген, қосылған не ажыратылмаған, төмен не жоғары кернеу. Кейбір
кезде 0 цифрімен кейде 1 цифрімен белгілеу қажет. Мұндай кодтау түрі екілік
кодтау деп атаса 0 мен 1 цифрлары биттер деп аталады. Ал сегіз биттен
тұратын тізбекті байт дейді. Бит-ақпараттың мөлшерін есептеудің бірлік
өлшемі. Бірақ қазіргі уақытта өлшем ретінде байт алынған. Есептеуіш
техникасында сонымен бірге килобайт, мегабайт өлшемдері де қолданылады.
Текстік ақпаратты екілік кодтау үшін әрбір символға нөлдер мен бірліктердің
белгілі бір санынан тұратын тізбектен құралған код керек. Мұндай тізбектің
256 түрі белгілі. Бұлардың көмегімен әр түрлі 256 символды кодтауға болады.
Символдар мен байттардың сәйкестігі таблица арқылы беріледі,онда әрбір код
үшін сәйкес символ көрсетіледі. Кең тараған ИК-8 (ақпаратты өңдеу кодтары)
кодтау кестесінен үзінді былай жазылады:

Берілген кестедегі 00100000 кодына бос орын-шамасы бір символға тең
бос аралыққа сәйкес болу керек, ол бір сөзді екінші сөзден ажыратуға үшін
11 қажет. Символдардың кодтары белгілі аты бар кесте түрінде беріледі. Ең
көп тараған кестелер қатарына КОИ-8, ДКОИ, ASCII, т.б. ASCII кестесіндегі
берілген әріптерінің кодтарын былай келеді: А әрпінің коды - 01000001 (65),
В әрпінің коды - 01000010 (66, К әрпінің коды - 01001011 (75), тағы сол
сияқты. Мұндағы жақша ішінде берілген сандар - әріптердің ондық кодтары
болып саналады. Олар екілік кодтаутардың ондық санау жүйесінде жазылу түрі
деп аталады. Сонымен қатар ASCII - де символдар кодтары 32 - ден басталады.
Ал орыс алфавиті әріптерінің кодтарына келсек олардың кеңейтілген ASCII
кетесі деп аталатын КОИ - 8 кестесіндегі жазылуы мынандай түрде болады: А
әрпінің коды - 11000001 (193), Т әрпінің коды - 11010100 (212), Е әрпінің
коды - 11000101 (197), Х әрпінің коды - 11001000 (200), тағы сол сияқты.
Осындай кесте көмегімен кез - келген текстің екілік кодын жазып алуға
болады. Мысалға 24 разрядты екілік саннан тұратын " хат " деген сөздің
кодын жазсақ ол былай болады: 11001000 11000001 11010100. Қәзіргі кезде ЭЕМ
- нің дамуы нәтижесінде ақпаратты қабылдайтын өңдейтін мыңға тарта
логикалық элементтер, яғни электрондық схемалар бар. Сонымен қатар нөлдер
мен бірліктердің тізбектері көмегімен графикалық ақпаратты кодтауға болады.
Мысалға газеттердегі фотосуретке жақсылап қарасаң, одан сол суреттердің өте
майда нүктелерден тұратынын көре аласың. Әрбір адам екілік кодтау жүйесімен
жұмыс жасаған кезде төмендегідей кестелерге қарап жұмыс істей алады:

1.3. Ақпаратты кодтау тәсілдері, компьютерде ақпараттың берілуі. Негізгі
логикалық элементтер. Алгебра логикасының негіздері. Логикалық құрылымды
синтездеу.
Қазіргі кезде ЭЕМ-дерінде ақпаратты қабылдайтын, өңдейтін
мыңдаған логикалық элементтер (электрондық схемалар) бар. Оларға информация
электр сигналдары түрінде беріледі де, схемаларда жоғарғы деңгейлі кернеу
(U) I-ге, төменгі деңгейлі кернеу 0-ге теңестіріледі. Логикалық
элементтердің ең қарапайым түрлері: ЕМЕС, ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ. Осы элементтердің
әрқайсысының белгілері бар. I - ші логикалық элемент-ЕМЕС (не,not). ЕМЕС
элементінің белгілері: ЕМЕС қарсы мән беретін элемент, оның бір кірісі және
бір шығысы бар. Егер кіріске сигнал берілсе, онда шығыста сигнал мүлдем
болмайды. Ал кірісте сигнал жоқ болса, онда шығысқа сигнал түседі.

II - ші логикалық функция - ЖӘНЕ (и, and). ЖӘНЕ конъюкцияны беретін
элемент: онда екі немесе бірнеше кірістер және бір шығысы бар. Егер
кірістерге сигнал берілсе, онда шығысқа да сигнал түседі. ЖӘНЕ элементінің
көмегімен бірігетін А және В пікірлері логикалық көбейту немесе осы
пікірлердің конъюкциясы деп аталады. Сонымен А және В пікірлерінің шындық
мағынасы келесі шындық кестемен анықталады. ЖӘНЕ элементінің белгілері:

III-ші логикалық элемент - НЕМЕСЕ (или,OR). НЕМЕСЕ элементі
дизъюкцияны береді: онда екі немесе одан да көп кірістер және бір шығысы
бар. Егер кіріске бір сигнал берілсе, онда шығысқа сигнал түседі. НЕМЕСЕ
элементімен біріккен екі пікір логикалық бөлу немесе дизъюкция деп аталады.
А және В пікірінің дизъюкциясы мынадай жаңа пікірімен көрсетіледі: А v В.
Сонымен А v В дизъюнкцияның шындық мағынасы А және В шындық мағынасынан
тәуелді келесі шындық кестемен анықталады.

ІІ. ЭЕМ ЭЛЕМЕНТТЕРІ ЖӘНЕ ТҮЙІНДЕРІ
2.1 Элементтер құрылымы және қызметі. Орталық процессордың жалпы құрылымы.
Орталық прцессордың негізгі элеметтері және қолданылуы.

ЭЕМ негізгі екі қызмет атқарады:
•Ақпаратты өңдеу және сақтау;
•Сыртқы объекттермен ақпарат алмасу.
Бұл қызметтер ЭЕМ-нің екі компоненті арқылы орындалады: бағдарламалық
қамтамасыз ету және аппараттық қамтамасыз ету.
Аппараттық қамтамасыз ету келесі бөліктерден тұрады:
•Жүйелік блок;
•Ақпаратты енгізу құрылғылары (пернетақта);
•Ақпаратты шығару құрылғылары (монитор).
Жүйелік блок, пернетақта және монитор дербес компьютерді құрайды.

Сурет 2.1 – Дербес компьютер құрылысы

Жүйелік блок - компьютердің ең негізгі құрылғысы болып табылады.
Жүйелік блокта компьютердің барлық негізгі құрылғылары орналасқан:
- Компьютердің жұмысын басқаратын электрондық схема (микропроцессор,
тұрақты сақтау жадысы,контроллер құрылғысы және т.б.);
- Ток көзі;
- Дискіжетек, СD-ROM;
- Қатты диск және т.б.
Жүйелік блоктың типіне қарай қолданылатын жүйелік платаның пішімі мен
орналасуына, қоректену блогының минимальды қуатына және орналасатын
жинақтауыштарға байланысты.
Жұмыс жасау орнына байланысты жүйелік блокты екіге бөледі: тігіннен
және көлденең. Көлденең орналасқан жүйелік блокқа desktop (үстелді), small-
footprint (кішіпрофильді), slimline (жіңішке) және (ultra) superslimline
(сверхкомпактный) типті корпустар жатады. Бұл корпустардағы жүйелік плата
да тігіннен орналасады. Desktop типті корпус әдетте екі 5,25 дюймді және
бір-екі 3,5 дюймді орынды сыртқы байланыста болады. Тігіннен орналасқан
корпустар әдетте үш түрде болады: tower, midi-tower және big-tower.
Бұлардың бір-бірінен айырмашылығы - габаритінде, қоректену блогының
қуатында, 5,25 дюймді дискіжетектің мӛлшерінде. Демек, қосымша плата
орналасуында мен жинақтауыштар мүмкіндігінде.

Сурет 2.2 - Жүйелік блоктың сыртқы құрылысы

Сурет -2.3. Жүйелік блоктың артқы жағы

Процессор – компьютердің ең басты бөлігі. Ол- компьютердің - миы. Ол
бүкіл компьютердің жұмысын басқарады және бағдарламалардағы барлық
командаларды орындайды.
Бұл құрылғы командаларды таниды, оларды орындайды және өз жұмысының
нәтижелерін шығарып береді немесе оны машинаның жадына жазады, тіпті екеуін
де қатар орындай алады. Компьютердің кез-келген жұмысы болса да,
процессордың қатысуымен орындалады. Іс жүзінде компьютердің орындайтын
жұмысының бәрін оның бас микросхемасы – микропроцессор атқарады. Қазіргі
кезде ең көп тараған процессор (Pentium) ― пентиум деп аталады, сондықтан
мұндай процессор орнатылған компьютерді - Пентиум деп атайды. Компьютердің
негізгі сипаттамасының бірі – оның жылдам әрекеттілігі, ол мегагерцпен
өлшенетін жиілікке байланысты. Жиілік жоғарылаған сайын, компьютерде
жақсырақ болады. Процессор жадпен бірге жұмыс істейді. Жад микросхемасынан
процессор өзіне қажетті ақпаратты алады және өз жұмысының нәтижесін
қайтадан жадқа жібереді. Орындайтын функцияларына сәйкес процессор екі
бөліктен тұрады: БҚ- басқару құрылғысы және АЛҚ арифметикалы-логикалық
құрылғысы. Құрлысы бойынша процессор жедел жадтың ұяшықтарына ұқсас
ұяшықтардан тұрады, бірақ бұл ұяшықтарда деректер тек сақталып қана қоймай,
өзгертіледі де. Процессордың ішкі ұяшықтары регистр деп аталады. Қазіргі
дербес компьютерлердің архитектурасының барлық үлгісі магистральды
принципке негізделген. Қазіргі ДК қарапайым әрі күрделі. Өткен жылдар
ішінде жүйені құрастыру үшін қолданылатын құрауыштардың көбі басқа
құрауыштармен біріктірілді, сондықтан элементтерінің саны азайып, ол едәуір
қарапайым болды. Сонымен қатар ол күрделірек те болды, өйткені қазіргі
жүйенің әрбір бөлігі бұрынғы жүйелердің сол бөліктеріне қарағанда әлдеқайда
көп функция атқарады. Төменде қазіргі ДК-нің құрамына кіретін негізгі
құрауыштар аталған:
• Жүйелік процессор
• жад (жедел жад)
• қатқыл диск
• CD-ROM, CD-R немесе DVR-ROM жинақтауышы
• Бейнеадаптер

Сурет 2.4 - Процессорлардың сыртқы көрінісі

2.2. Жады құрылымы және оны ұйымдастыру. Жады элеметтері, олардың
қолданылуы, мүмкіндіктері және жұмыс жасау принципі. Компьтерлік жады
құрылымы.

Жедел жад. Жүйелік жад көбінесе жедел жад немесе ерікті қатынасты жад
(Random Access Memory) деп аталады. Бұл онда процессор өңдеу кезінде
пайдаланылатын барлық бағдарламалар мен деректер жазылатын негізгі жад.
Жедел жадта деректерді сақтау үшін оны үздіксіз деректермен қоректендіріп
отыру керек. Компьютерді ажыратқанда- жедел жадтағының бәрі өшеді, ал
компьютерді қосқанда – барлық бағдарламалар мен деректерді процессордың
өңдеуі үшін жедел жадқа қайта жүктейді. Бастапқы жүктеу бағдарламалары
процессорға тұрақты жадтайтын құрылғы- ІЖҚ(Read Only Memory - ROM) деп
аталатын, ішіндегісі компьютерді әдеттегідей ажыратқанда өшпейтін арнайы
типті жадтан жүктеледі. Бұл жадта операциялық жүйені және басқа
бағдарламаларды дискіжетектердің бірінен жедел жадқа жүктеуге мүмкіндік
беретін командалар жазылған. Кейінгі жаңа операциялық жүйелер бірнеше
бағдарламаларды қатар орындауға мүмкіндік береді және әрбір бағдарлама
жадтың өзіне бөлініп, арнайы бөлігіне жүктеледі. Жалпы айтқанда, жүйе
жадының көлемі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым көп бағдарламаны қатар
орындауға болады.
Қазіргі компьютерде жад модульдері екі: (SIMM Single Inline Memory
Module- жадтың кіріктірме жеке модулі) немесе DIMM (Dual Inline Memory
Module – жадтың құрамдас қосарлы модулі) типтерінің біріне жатады. Типтік
компьютерде қанша жедел жад болуы керек туралы тұжырымдар үздіксіз өзгеріп
отырады. 80-жылдардың ортасында 1 Мбайт жадтың өрісі өте зор болып саналса,
90- жылдардың барысында 8 тіпті 16 Мбайт көлемі жеткілікті болып саналады.
Бүгінгі таңда типтік деп көлемі 32-64 Мбайт ЖЖҚ саналады, бірақ өте жақын
уақытта бұл көлем әуелі жалпылай қолданылатын модельдерде де 2-4 есе өседі.
Жедел жад компьютерде модульдер деп аталатын стандарты тақталарда
орналасады. Жедел жадтың модульдерін аналық тақшадағы сәйкес ажыратпаларға
қондырады. Жедел жадтың модульдерінің негізгі сипаттамалары жад көлемі (4,
8,16,32Мбайт) және қатынау уақыты (әдетте 50-70- наносекунд – секундтың
миллиардтық үлесі) Сыртқы жад ДК-нің сыртқы құрылғыларына жатады және қашан
болса да, қандай да болса міндеттерді шешуге қажет болуы мүмкін кез-келген
ақпаратты ұзақ уақыт сақтау үшін қолданылады. Атап айтқанда, сыртқы жадта
компьютердің барлық программалық жасауы сақталады. Сыртқы жад есте
сақтайтын құрылғылардың әр алуан түрлерінен тұрады, бірақ неғұрлым кең
тараған, негізінде кез-келген компьютерде болатын түрлері- қатқыл (ҚМДЖ
немесе НДД) және иілгіш (ИМДЖ) магниттік дискілерде, магниттік таспаларда
(стримерлер), оптикалық дисклерде (CD- ROM - Compact Disk Read Only Memory-
тек оқитын ғана жады бар компакт-диск) және магнитті - оптикалық
дискілердегі жинақтауыштар болып табылады. Бұл жинақтауыштардың қызметі –
ақпараттың үлкен көлемін сақтау, сақтаулы ақпаратты сұрау бойынша жедел
жадтайтын құрылғыға жазу және басып шығарып беру. ҚМДЖ (НДД) мен ИМДЖ бір-
бірінен конструкциясы, сақтайтын ақпарат көлемі бойынша, ақпаратты іздеу,
жазу және есепке алу құрылғылары да әр түрлі болады. Ішкі жадта деретер мен
программалар байттар немесе байттар тобы түрінде ұяшықтарда орналасады.
Оларға ұяшық адресі бойынша шығуға болады. Сыртқы жад құрылғысы мүлдем
басқа. Мұнда сақталатын ақпарат көлемі үлкен болғандықтан, байттық әдіс
қолайсыз. Біріншіден, көлемі тым үлкен. Екіншіден, пайдаланушылар үшн
қиындық тудыратындығынан. Процессормен жұмыс істейтін ішкі жадтан
айырмашылығы – адамның сыртқы жад құрылғысымен тікелей (ақпаратты жазу және
сақтау кезінде) жұмыс істеуіне тура келеді. Байттық әдіс жағдайында
пайдаланушының үнемі құрылғының типін, ондағы ақпараттың берілу схемасын
тексеріп, байттың ішіндегісінің дерек немесе программа екендігін, егер
дерек болса, онда ол оның қандай түрі және т.с.с. анықтап отыру қажет
болады. Бұл проблемаларды шешу үшін сақтау құрылғыларының түріне, тасушының
типіне, оның кӛлеміне, жазу және есепке алу жылдамдығына қатыссыз ақпараи
сақтаудың арнайы пішіні ойлап табылды. Ақпарат тасушыға аты бар белгілі
үлестер түрінде жазылады. Мұндай құрылым файлдық, ал үлестер файлдар деп
аталады.
Файлдармен орындалатын күрделі айла-шарғыны операциялық жүйенің
функционалды бөлігі болып табылатын файлдық жүйе жасайды. Файлдармен
орындалатын операциялардан басқа, файлдық жүйенің міндеті- файлдарды
сақтауды ұйымдастыру және оларға жылдам шығуды қамтамасыз ету. Файлдарды
орналастырудың үш варианты мүмкін: бірдеңгейлік, көпдеңгейлік, кестелік.
Бірдеңгейлік схема жағдайында файлдар бірінен кейін бірі сызықты
орналасады. Файлдарды іздеу, аты бойынша барлық файлдарды ретімен қарап
шығу арқылы жүргізіледі. Кестелік сақтау жағдайында жолдар мен бағандар
нөмірлері олардың қиылысқан жеріндегі файлдың координаттары болып табылады.
Көпдеңгейлік жүйеде файлды іздеу ―толық аты деп аталатын файлдардың аты
бойынша жүргізіледі. Қатқыл магнитті дискідегі жинақтауыштар немесе
винчестер – бұл дискілер жиыны бар (екі жақ бетіне де ақпарат жазылатын,
жылтыратып тегістелген ферромагнитті қабаты бар мүлтіксіз жазық бірнеше
пластина), жетекпен бірге жинақталған (сәйкес электронды басқару схемасымен
оқу-жазу механизмінің үйлесуі) жадтайтын құрылғы.

Kомпьютердің жадысының архитектурасы.
Қазіргі компьютерлердің жадысының иерархиясы бірнеше деңгейлерге
құрылады, соның ішінде ең жоғары деңгей төменгі жеңгейге қарағанда көлемі
бойынша аз, жылдам және байтпен есептегенде үлкен құнға ие болады. Иерархия
деңгейлері өзара байланысты: бір деңгейдегі барлық мәліметтер неғұрлым
төмен деңгейде де табылуы мүкін, және осы неғұрлым төменгі деңгейдегі
барлық мәліметтер келесі төмен жатқан деңгейден табылуы мүмкін және сөйтіп
біз негізгі иерархияға жетпейінше жалғаса береді. Жады иерархиясы көбіне
көптеген деңгейлерден құралады, бірақ уақыттың әр сәтінде біз тек жақын
жатқан екі деңгеймен жұмыс жасаймыз. Екі деңгейлі иерархияда болатын, не
болмайтын ақпараттың ең кіші бірлігі блок деп аталады. Блок өлшемі
белгіленген, не айнымалы болады. Егер бұл өлшем белгіленген болса, онда
жады көлемі блок өлшеміне қысқарады. Соғұрлым жоғары деңгейге сәтті немесе
сәтсіз жүгіну сәйкесінше тию (hit) немесе мүлт кету (miss) деп аталады. Тию
– бұл неғұрлым жоғары деңгейде табылған жадыдағы объектіге жүгіну, ал сол
кездегі мүлт кету бұл сол деңгейде оның табылмағанын білдіреді. Тию үлесі
(hit rate) немесе тию коэффициенті (hit ratio) неғұрлым жоғары деңгейде
табылған жүгіну үлесі болып табылады. Кейде ол пайызбен беріледі. Мүлт
кетудің үлесі (miss rate) неғұрлым жоғары деңгейде табылмаған жүгінудің
үлесі болып табылады.
Өнімділікті көтеру жады иерархиясының пайда болуының ең басты себебі
болғандықтан тию мен мүлт кету жиіліг маңызды сипат болып табылады. Тию
кезіндегі жүгіну уақыты (hit time) өзінде, дербес жағдайда, жүгіну тию ме
әлде мүлт кету ме екенін анықтауға кететін уақытты құрайтын иерархияның
неғұрлым жоғары деңгейіне жүгіну уақыты болып табылады. Мүлт кетудегі
жоғалтулар (miss penalty) неғұрлым жоғары деңгейдегі блокты неғұрлым төмен
деңгейдегі блокпен ауыстыруға арналған уақыты мен осы блокты қажет ететін
құрылғыға (көбіне процессорға) тасымалдауға арналған уақыт болып табылады.
Мүлт кетулердегі жоғалтылар әрмен қарай екі компоненттен құралады: кіру
уақыты (access time) - мүлт кету кезінде блоктың бірінші сөзіне жүгіну
уақыты, және жіберу уақыты (transfer time) – блоктың қалған сөздерін
жіберуге арналған қосымша уақыт. Кэш-жады Кэш-жадысының ұйымдастырылуын,
жады иерархиясына қатысты төрт сұраққа жауап беру арқылы егжей-тегжейлі
қарастырайық. Блоктардың кэш-жадыға орналасу принциптері олардың
ұйымдастыруының үш негізгі типін анықтайды: - Егер негізгі жадының әр блогы
тек ғана бір белгіленген, онда кэш-жадыда пайда бола алатын, орынға ие
болса, онда бұндай кэш-жады тікелей кӛрсетілімді кэш (direct mapped) деп
аталады. Бұл кэш-жадының ең қарапайым ұйымдасқан түрі, ол кезде негізігі
жадының блоктарының адрестерін көрсету үшін кәш-жадының адрестеріне блок
адрестерінің жай ғана кіші разрядтары қолданылады. Сөйтіп, негізгі жадының
өз адрестерінде бірдей кіші разрядқа ие барлық блоктар кэш-жадысының бір
блогына түседі, яғни

(Кэш жадының блогының адресі) =(негізгі жадының блогының адресі) mod (Кэш
жадыдағы блоктар саны)

Егер негізгі жадының кейбір блоктары кэш - жадының кез келген орнында
орналаса алса, онда кэш толық ассоцияланған (fully associative) деп
аталады. Егер негізгі жадының кейбір блоктары кэш-жадының көптеген шектеулі
орнында орналаса алса, онда кэш көптік-ассоцияланған (set associative) деп
аталады. Көбіне көптік кэштегі блоктардың екі немесе одан көп саныннан
құралған топты білдіреді. Егер көптік n блоктардан тұрса, онда ондай
орналасу n каналды көптік-ассоцияланған (n-way set associative) деп
аталады. Блокты орналастыру үшін ең алдымен көптікті анықтау керек. Көптік
жады блогының адресінің кіші разрядымен (индекспен) анықталады:

(Кэш жадының көптіктің адресі) =(негізгі жадының блогының адресі) mod (Кэш
жадыдағы көптіктер саны)

Әрмен қарай блок берілген көптіктің кез келген орнында орналаса
алады. Кэш-жадының мүмкін ұйымдасқан диапазоны өте кең: тікелей
көрсетілімді кэш-жады жай ғана бір каналды көптік-ассоцияланған кэш-жады,
ал m блокты толық ассцияланған кэш-жады m-каналды көптік-ассоцияланғандеп
аталуы мүмкін. Қазіргі процессорларда дұрысында тікелей көрсетілімді кэш-
жады не екі - (төрт-) каналды көптік-ассоцияланған кэш-жады қолданылады.
Кэш-жадыдағы әр блоктың, негізгі жадыдағы қандай блок кэш-жадыдағы
берілген блокты білдіретінін көрсететін тегтер адресі болады. Бұл тегтер
көбіне бір уақытылы процессор шығаратын жадының блок адресімен
салыстырылынады. Сонымен қатар, кэш-жадыдағы блок қолдануға жарамды немесе
дұрыс ақпарат құратындығын анықтайтын тәсілдер қажет. Бұл мәселені шешудің
ортақ тәсілі тегке дұрыстық биті (valid bit) деп аталатын қосу болып
табылады. Көптік-ассоцияланған кэш-жадыны адресациялау процессордан түскен
адресті үшке бөлу арқылы орындалады: жылжыту алаңы кэш-жадының блогының
ішінде байт таңдау үшін қолданылады, индекс алаңы көптіктің нөмірін
анықтайды, ал тег алаңы салыстыру үшін қолданылады. Егер кэш-жадысының
өлшемі белгіленген болса, онда ассоциялық деңгейін өсіру көптікте блоктар
санының өсуіне әкеп соқтырады, сонымен қатар, индеск өлшемі кішірейіп, тег
өлшемі өседі. Мүлт кету пайда болған кезде кэш-жадының контроллері
ауыстыралытын блокты таңдауы қажет болады. Тікелей көріністі ұйымдастыруды
қолданудан түсетін пайда бұл жердегі аппараттық шешімдер барынша
қарапайымдылығында. Таңдайтын ештеңе жоқ: тиюге тек бір блок тексеріледі
және тек осы блок ғана алмастырыла алады. Кэш-жадыны толық ассоцияланған
немесе көптік –ассоцияланған ұйымдастыру кезінде, олардан мүлт кеткен
жағдайда кандидат таңдау қажет болатын бірнеше блоктар болады. Дұрысында,
блоктарды ауыстыру үшін екі басты стратегия қолданылады: кездейсоқ және
LRU. Бірінші жағдайда, бірдей бөлістіру алу үшін, блок-кандидаттар
кездейсоқ таңдалады. Кейбір жүйелерде көшірмелі әрекеті, әсіресе
аппаратураны тексергенде пайдалы, алу үшін ауыстырудың жалған кездейсоқ
алгоритмі қолданылады. Екінші жағдайда, жақын уақытта қажет болып қалуы
мүмкін ақпараттарды лақтыру ықтималдылығын төмендету ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.