Kompüterin quruluşu: prosessor, yaddaş və sistem lövhəsi

Bu dərsdə öyrənəcəksən

kompüterin funksional sxemini və fon Neyman prinsiplərini izah etmək
prosessorun hissələrini və xarakteristikalarını (takt tezliyi, nüvələr, mərtəbəlilik, keş) izah etmək
daxili və xarici yaddaşı fərqləndirmək və yaddaşın tutumu üzrə hesablamalar aparmaq
sistem lövhəsinin və şinlərin rolunu izah etmək, ünvan şininin mərtəbəsinə görə ünvanların sayını tapmaq

Mağazada noutbukun yanında belə yazı var: «6 nüvəli prosessor, 3,2 GHs, 16 Gbayt RAM, 512 Gbayt SSD». Bu rəqəmlər nə deməkdir və hansı kompüter daha sürətli işləyəcək? Bu dərsdə sistem blokunun içinə baxacaq, prosessoru, yaddaşın növlərini və onları birləşdirən sistem lövhəsini öyrənəcəksiniz. DİM-in qəbul imtahanında «doğru (olmayan) fikirləri seçin» tipli tapşırıqlarda yaddaş qurğuları və prosessor haqqında fikirlər tez-tez rast gəlinir. Kompüterə qoşulan klaviatura, monitor, printer kimi qurğular isə «Daxiletmə və xaricetmə qurğuları» dərsindədir.

Funksional sxem və fon Neyman prinsipləri

Tərif

Aparat təminatı

Kompüterin bütün fiziki hissələri: prosessor, yaddaş, sistem lövhəsi, giriş və çıxış qurğuları və s. Onlar informasiyanı qəbul edir, emal edir, saxlayır və xaric edir.

Bütün hissələr sistem lövhəsindəki şinlər vasitəsilə əlaqələnir.

Sxem göstərir ki, informasiya giriş qurğularından prosessora gəlir, orada emal olunur və nəticə çıxış qurğularına gedir. Prosessor proqramı və verilənləri daxili yaddaşdan götürür; uzun müddət saxlanılacaq fayllar isə xarici yaddaşda durur. Müasir kompüterlərin çoxu riyaziyyatçı Con fon Neymanın 1945-ci ildə təsvir etdiyi prinsiplərlə qurulub:

İkilik kodlaşdırma — bütün informasiya (ədədlər, mətn, şəkil, əmrlər) 0 və 1-lərlə kodlaşdırılır.
Proqramla idarəetmə — kompüter əmrlər ardıcıllığını, yəni proqramı avtomatik yerinə yetirir.
Yaddaşın bircinsliliyi — proqram və onun emal etdiyi verilənlər eyni yaddaşda saxlanılır.
Ünvanlılıq — yaddaş nömrələnmiş xanalardan ibarətdir, prosessor istənilən xanaya onun ünvanı ilə müraciət edir.

Mərkəzi prosessor

Tərif

Mərkəzi prosessor (CPU)

Proqramın əmrlərini ardıcıl yerinə yetirən, hesab və məntiq əməllərini aparan və kompüterin digər qurğularının işini idarə edən əsas mikrosxem.

Prosessorun içində idarəetmə qurğusu (İQ) növbəti əmri yaddaşdan götürüb onun yerinə yetirilməsini təşkil edir, hesab-məntiq qurğusu (HMQ) toplama, müqayisə kimi əməlləri aparır, registrlər isə əməl zamanı ədədləri saxlayan çox sürətli kiçik yaddaş xanalarıdır. Müasir prosessorda bir neçə nüvə olur: nüvə prosessorun hesablama işini bilavasitə görən hissəsidir və hər nüvə əmrləri ayrıca yerinə yetirə bilir. Oyunlarda və videoda prosessora videokart (GPU) kömək edir: onun minlərlə sadə nüvəsi təsvir üçün eyni tipli hesablamaları paralel aparır.

Xarakteristika	Nəyi göstərir	Nümunə
Takt tezliyi	saniyədə neçə takt icra olunur	3,2 GHs
Nüvələrin sayı	neçə iş eyni vaxtda görülə bilər	4, 6, 8
Mərtəbəlilik	bir dəfəyə emal olunan bitlərin sayı	32 bit, 64 bit
Keşin həcmi	prosessorun içindəki sürətli yaddaşın tutumu	8–32 Mbayt

N = f · t

burada:

Ntaktların sayı
ftakt tezliyi, Hs (1 GHs = 1000 MHs = 10⁹ Hs)
tvaxt, saniyə

Hers «saniyədə bir dəfə» deməkdir: tezlik saniyədə neçə takt olduğunu göstərir.

Takt tezliyi

1) Takt tezliyi 3 GHs olan prosessor 2 saniyədə neçə takt icra edir?
2) Hansı tezlik böyükdür: 2,4 GHs, yoxsa 3200 MHs?

Həllini göstər

1) 3 GHs = 3 · 10⁹ Hs. N = 3 · 10⁹ · 2 = 6 · 10⁹ — 6 milyard takt.
2) Eyni vahidə keçək: 3200 MHs = 3200 / 1000 = 3,2 GHs. 3,2 > 2,4, deməli, 3200 MHs böyükdür.
Diqqət: sürət yalnız tezlikdən asılı deyil — nüvələrin sayı və keş də rol oynayır.

Yaddaş: daxili və xarici

Yaddaş iki böyük qrupa bölünür. Daxili yaddaş sistem lövhəsində və prosessorun içində yerləşir, prosessor onunla birbaşa işləyir. Xarici yaddaş faylları uzun müddət saxlayır; sərt disk sistem blokunun içində olsa belə, xarici yaddaşa aiddir, çünki prosessor onunla birbaşa işləmir — lazım olan məlumat əvvəlcə RAM-a köçürülür. Yaddaşın ölçü vahidləri (bayt, Kbayt, Mbayt, Gbayt, Tbayt) «İnformasiyanın ölçülməsi: bit, bayt və vahidlər» dərsində öyrənilib.

Tərif

RAM — operativ (əməli) yaddaş

İşləyən proqramların və onların verilənlərinin saxlandığı sürətli daxili yaddaş. Elektrik kəsiləndə içindəki hər şey silinir.

Tərif

ROM — daimi yaddaş

Sistem lövhəsindəki mikrosxemdə yazılmış, elektrik olmadan da qalan yaddaş. Burada kompüteri işə salan və qurğuları yoxlayan proqram — BIOS (müasir kompüterlərdə UEFI) saxlanılır.

Tərif

Keş yaddaş

Prosessorun içindəki (L1, L2, L3 səviyyələri) çox sürətli, amma kiçik yaddaş. Prosessora tez-tez lazım olan verilənlərin surətini saxlayır ki, onları RAM-dan gözləmək lazım gəlməsin.

Qurğu	Növ	Elektrik kəsiləndə	Tipik tutum
Keş	daxili	silinir	Mbaytlarla
RAM	daxili	silinir	8–32 Gbayt
ROM (BIOS/UEFI)	daxili	qalır	Mbaytlarla
Sərt disk (HDD)	xarici; fırlanan maqnit disklər	qalır	1–8 Tbayt
SSD	xarici; hərəkətli hissəsi yoxdur, HDD-dən sürətlidir	qalır	256 Gbayt – 4 Tbayt
Fləş-yaddaş, yaddaş kartı	xarici	qalır	16–512 Gbayt
CD / DVD / Blu-ray	xarici; optik disk (lazerlə oxunur)	qalır	700 Mbayt / 4,7 Gbayt / 25 Gbayt (bir qat)
Disket (3,5 düym)	xarici; köhnəlib	qalır	1,44 Mbayt

Neçə disk lazımdır

1) 4 Gbayt məlumatı yazmaq üçün tutumu 700 Mbayt olan neçə CD lazımdır?
2) 20 Gbayt video üçün tutumu 4,7 Gbayt olan neçə DVD lazımdır?
3) Bir CD-nin (700 Mbayt) bütün məlumatını 1,44 Mbaytlıq disketlərə köçürmək üçün neçə disket lazımdır?

Həllini göstər

1) 4 Gbayt = 4 · 1024 = 4096 Mbayt. 4096 / 700 ≈ 5,85 → yuxarı: 6 CD (5 disk kifayət etməz).
2) 20 / 4,7 ≈ 4,26 → 5 DVD.
3) 700 / 1,44 ≈ 486,1 → 487 disket — disketlərin niyə köhnəldiyi aydındır.

Neçə fayl yerləşir

1) 16 Gbaytlıq fləş-yaddaşa hər biri 3 Mbayt olan neçə foto yerləşir?
2) 500 Gbaytlıq diskə hər biri 1,5 Gbayt olan neçə film yerləşir?

Həllini göstər

1) 16 Gbayt = 16 · 1024 = 16 384 Mbayt. 16 384 / 3 ≈ 5461,3 → aşağı: 5461 foto (5462-ci üçün yer çatmır).
2) 500 / 1,5 ≈ 333,3 → 333 film.
(Real diskdə fayl sisteminin özü də bir az yer tutur, ona görə fayllar bir qədər az yerləşir — bax: «Fayl sistemləri və diskdə tutulan yer».)

Sistem lövhəsi və şinlər

Sistem lövhəsi (ana plata) kompüterin bütün hissələrini birləşdirən böyük elektron lövhədir. Onun üzərində prosessor yuvası, RAM modulları üçün yuvalar, BIOS/UEFI olan ROM mikrosxemi, videokart və digər genişləndirmə kartları üçün yuvalar, disklərin qoşulduğu birləşdiricilər və arxa tərəfdə xarici qurğular üçün portlar var. Hissələr bir-biri ilə şinlər vasitəsilə «danışır».

Tərif

Şin

Qurğular arasında siqnalları ötürən ümumi naqillər dəsti. Verilənlər şini ədədləri və kodları, ünvan şini müraciət olunan yaddaş xanasının nömrəsini, idarəetmə şini isə «oxu», «yaz» kimi əmrləri ötürür.

Ünvan şininin hər xətti bir bit ötürür. n xətli (n mərtəbəli) şinlə 2ⁿ müxtəlif ünvan yazmaq olar — bu, fon Neymanın ünvanlılıq prinsipinin rəqəmlə ifadəsidir:

N = 2ⁿ

burada:

nünvan şininin mərtəbəsi (bitlərin sayı)
Nmüraciət oluna bilən yaddaş xanalarının (baytların) sayı

Hər xana 1 bayt olduqda N baytlıq yaddaşa müraciət etmək olar.

Ünvan şini və yaddaşın həcmi

Hər xana 1 baytdır. Ünvan şini a) 16, b) 20, c) 32 mərtəbəli olduqda prosessor ən çox nə qədər yaddaşa müraciət edə bilər? d) 1 Gbayta müraciət etmək üçün ən azı neçə mərtəbə lazımdır?

Həllini göstər

a) 2¹⁶ = 65 536 bayt = 65 536 / 1024 = 64 Kbayt.
b) 2²⁰ = 1 048 576 bayt = 1 Mbayt.
c) 2³² = 4 294 967 296 bayt = 4 Gbayt — ona görə 32 mərtəbəli sistemlər 4 Gbaytdan çox RAM-ı işlədə bilmirdi.
d) 1 Gbayt = 2¹⁰ · 2¹⁰ · 2¹⁰ = 2³⁰ bayt, deməli, n = 30.

Kompüterin əsas xarakteristikaları

Kompüter seçərkən ən çox bu xarakteristikalara baxılır: prosessorun takt tezliyi və nüvələrinin sayı, RAM-ın həcmi (eyni vaxtda neçə proqramın rahat işləyəcəyini göstərir), xarici yaddaşın növü və tutumu (SSD sistemi HDD-dən qat-qat tez yükləyir), videokart və ekran. DİM tapşırıqlarında bu biliklər fikirlər şəklində yoxlanılır.

Doğru olmayan fikirlər

Doğru olmayan fikirləri seçin.
1. Keş yaddaş RAM-dan sürətlidir.
2. DVD xarici yaddaş qurğusudur.
3. ROM-dakı məlumat elektrik kəsiləndə silinir.
4. Takt tezliyi hers və onun misilləri ilə ölçülür.
5. Sərt disk sistem blokunun içində olduğu üçün daxili yaddaşdır.
A) 1, 2 B) 3, 5 C) 2, 4 D) 1, 3 E) 4, 5

Həllini göstər

1 — doğru. 2 — doğru. 3 — yanlış: ROM elektrik olmadan da məlumatı saxlayır (silinən RAM-dır). 4 — doğru. 5 — yanlış: sərt disk xarici yaddaşdır.
Cavab: B) 3, 5.

1 / 6

Əsas fikirlər

Kompüterin bütün fiziki hissələri aparat təminatıdır; fon Neyman prinsipləri: ikilik kodlaşdırma, proqramla idarəetmə, yaddaşın bircinsliliyi, ünvanlılıq.
Prosessor = idarəetmə qurğusu + hesab-məntiq qurğusu + registrlər; sürəti takt tezliyindən, nüvələrin sayından və keşdən asılıdır.
Daxili yaddaş: keş, RAM (elektrik kəsiləndə silinir), ROM (BIOS, silinmir); xarici yaddaş: HDD, SSD, fləş, CD/DVD, disket.
Hissələr sistem lövhəsindəki şinlərlə — verilənlər, ünvan və idarəetmə şinləri ilə — əlaqələnir; n mərtəbəli ünvan şini 2ⁿ ünvan verir.
Tutum məsələlərində vahidləri eyniləşdirin (1 Gbayt = 1024 Mbayt); «neçə disk» — yuxarı, «neçə fayl» — aşağı yuvarlaqlaşdırın.

Özünü yoxla

12 sual. Hər düzgün cavab XP qazandırır.

1 / 12

Proqramın əmrlərini hansı qurğu yerinə yetirir?