تطوير الحديث تكنولوجيا الكمبيوتريفتح إمكانيات غير محدودة لأجهزة الرسوم الرقمية فيما يتعلق بإعادة إنتاج المواد الرسومية على الشاشة.

الاتجاه الرئيسي في تطوير تكنولوجيا الحوسبة الحديثة هو الانتقال إلى الاستخدام الانظمة الموزعةوالتي تتكون من عناصر منطقية ذات بنية داخلية بسيطة إلى حد ما. يتم تعليق آمال كبيرة هنا على الإلكترونيات الدقيقة الجزيئية. ويجري تطوير طرق التوليف الكيميائي الشامل لهذه العناصر الجزيئية وطرق ربطها في شبكات تعتمد على آليات التجميع الذاتي.

من المحتمل جدًا أنه مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة، سيتم فهم أنه في كثير من الحالات يكون من المعقول دراسة الظواهر الحقيقية، وتجنب المرحلة المتوسطة من أسلوبها بروح أفكار الرياضيات اللانهائية والمستمرة، مباشرة ل نماذج منفصلة. هذا صحيح بشكل خاص عند الدراسة المعقدة الأنظمة المنظمةقادرة على معالجة المعلومات. في هذه الأنظمة الأكثر تطورًا، يكون الميل نحو التشغيل المنفصل ناتجًا عن أسباب تم شرحها بشكل كافٍ الآن. إنها مفارقة تتطلب تفسير ذلك العقل البشريتعمل الرياضيات بشكل أساسي على مبدأ منفصل، ومع ذلك فإن عالم الرياضيات أكثر سهولة في الوصول إلى الفهم البديهي، على سبيل المثال، لخصائص الجيوديسيا على الأسطح الملساء من خصائص المخططات التوافقية التي يمكن أن تحل محلها تقريبًا.

في العقود الاخيرةفيما يتعلق بتطور تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة، ظهرت إمكانيات استخدام حساب التفاضل والتكامل المصفوفي في مناطق مختلفةالعلوم الطبيعية والتكنولوجيا والاقتصاد. لذلك، من الضروري أن تكون دائرة أوسع من القراء على دراية بقضايا حساب التفاضل والتكامل المصفوفات. وبناءً على ذلك، تم تجميع الكتاب المقترح بطريقة تمكن القارئ من تطوير فهم أولي لحساب التفاضل والتكامل المصفوفي بشكل مستقل. إنه مخصص في المقام الأول لأولئك الذين يتعين عليهم التعامل مع حساب التفاضل والتكامل المصفوفة كجزء من حياتهم النشاط المهني.  

وبالتالي، يصبح التكيف عاملا حاسما في التغيير الجذري لاتجاه تطوير تكنولوجيا الحوسبة الحديثة. بدونها، من المستحيل ببساطة حل المشكلات التي تطرحها الممارسة الاقتصادية الوطنية.

بدأ تطوير تكنولوجيا الحوسبة الحديثة بعد إدخال مبدأ جديد- مبدأ فصل هيكل البرامج عن هيكل القائمين على تنفيذ أنشطتها الأجهزة المادية. تم إنشاء أجهزة كمبيوتر عالمية توفر القدرة على تنفيذ وتشغيل أنواع مختلفة من البرامج.

بفضل تطور تكنولوجيا الحوسبة الحديثة، وخاصة الحواسيب الصغيرة والمتناهية الصغر، فضلا عن ظهور خوارزميات معالجة الإشارات اللازمة، وخاصة تحويل فورييه السريع، أصبحت طرق القياس أكثر انتشارا خصائص الترددعندما تتعرض لحركة دافعة على جسم ميكانيكي. تخضع القوة الدافعة ونبضات الاستجابة لتحويل فورييه، ويتم تحديد الخاصية المطلوبة من النسبة التوافقية.

إنها الأداة الرئيسية لإجراء البحوث الفيزيائية الأساسية والتطبيقية، والأساس لتطوير تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة، والإلكترونيات الراديوية، والاتصالات، والأتمتة، وعلم التحكم الآلي التقني، وتستخدم على نطاق واسع في العديد من قطاعات الاقتصاد الوطني.

تنشأ مسألة المراسلات بين أساليب البحث وأفكارنا عند النمذجة المباشرة لعمليات العلوم الأخرى: الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا، والآن العلوم الاجتماعية. الجميع الآن منخرطون في هذه المجموعة من القضايا انتباه اكتروخاصة فيما يتعلق بتطور تكنولوجيا الحوسبة الحديثة والفرص التي تمثلها. في الواقع، أصبحت النمذجة الآن مجالًا واسعًا لتطبيق الرياضيات وتخصصًا في الرياضيات التطبيقية. علاوة على ذلك، فإن بعض علماء الرياضيات، مثل جون فون نيومان، يتخذون موقفًا عمليًا للغاية وربما متطرفًا بشأن هذه القضية: فالعلوم الدقيقة لا تفسر. ونادرا ما يناقشون الظواهر ويقدمون نماذج في الغالب. النموذج هو بناء رياضي يصف الظواهر المرصودة.

ولعل الخاصية الأكثر لفتًا للانتباه في الذكاء البشري هي القدرة على التقبل القرارات الصحيحةفي بيئة من المعلومات غير الكاملة وغير الواضحة. بناء نماذج الاستدلال الإنساني التقريبي واستخدامها في الفكر الفكري أنظمة الكمبيوتريمثل اليوم واحدة من أكثر اتجاهات واعدةتطور تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة.

يعتمد تطوير تكنولوجيا الحوسبة الحديثة على الإنجازات تكنولوجيا الحالة الصلبة. وترتبط هذه التطورات بدورها ارتباطًا وثيقًا بقدرتنا على تحديد مستويات ضئيلة من الشوائب في السيليكون، المادة الرئيسية المستخدمة في التصنيع. الدوائر الدقيقة الحديثة. والآن، تتيح أجهزة التحليل المجهرية، التي تستخدم تقنيات التصوير المقطعي المحوسب، حل هذه المشكلة الرئيسية.

هذا الانضباط في هذا كتاب مدرسيتم النظر فيه من وجهة نظر استخدام الدوائر الإلكترونية في تكنولوجيا الكمبيوتر مما أثر على محتوى وتسلسل المادة المقدمة. عند تقديم هذا المقرر، يبرز الاتجاه في تطور تكنولوجيا الحاسوب الحديثة نحو الاستخدام السائد أجهزة أشباه الموصلاتوأن الإلكترونيات الحديثة [21 تعتبر النظرية دوائر الترانزستوركحالة عامة، ونظرية الدوائر الأنبوبية كحالة خاصة.

في كيمياء الكم، يتم النظر إلى جميع أنواع التفاعلات داخل الجزيئات من منظور موحد. تعتبر طبيعة أي قوى تفاعل كهروستاتيكية. مع الأخذ بعين الاعتبار قوانين ميكانيكا الكم، يتم إجراء عملية حسابية لتحديد بنية الجزيئات واستقرارها وطاقتها وغيرها من المعالم. في الوقت الحاضر، يتم إجراء مثل هذه الحسابات فقط على أبسط الجزيئات. ومع ذلك، فإن إمكانيات الحسابات الكيميائية الكمومية تتزايد باستمرار مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة.

الصفحات:      1

هناك الكثير من أنظمة تصنيف الكمبيوتر. سننظر فقط في عدد قليل منها، مع التركيز على تلك التي يتم ذكرها غالبًا في الأدبيات والأدوات التقنية المتاحة وسائل الإعلام الجماهيرية.

التصنيف حسب الغرض
يعد التصنيف حسب الغرض أحد أقدم طرق التصنيف. يتعلق الأمر بكيفية استخدام الكمبيوتر. وعلى هذا المبدأ يميزون أجهزة الكمبيوتر المركزية(أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية)، أجهزة الكمبيوتر الصغيرة، أجهزة الكمبيوتر الصغيرة و حواسيب شخصيةوالتي تنقسم بدورها إلى محطات جماعية وتجارية ومحمولة وترفيهية ومحطات عمل.

يسمى تكوين نظام الحوسبة بالتكوين. عادة ما يتم النظر في أجهزة وبرامج الكمبيوتر بشكل منفصل. وفقا لذلك، تكوين الأجهزة لأنظمة الحوسبة و تكوين البرمجيات. يعتبر مبدأ الفصل هذا ذا أهمية خاصة لعلوم الكمبيوتر، حيث أنه في كثير من الأحيان يمكن توفير حل لنفس المشكلات من خلال كل من الأجهزة والبرامج. معايير اختيار الأجهزة أو حل البرمجياتهي الإنتاجية والكفاءة.

كيف ترى الطبيعة الجدلية للعلاقة بين البرمجيات والأجهزة؟
قم بتسمية المستويات الأربعة الرئيسية برمجة. ما هو ترتيب تفاعلهم؟
أي فئة تتضمن برامج مدمجة في مسجل الفيديو، قابلة للبرمجة غسالة، فرن المايكرويف؟
ما هي مزايا وعيوب القيام به عمل مكتبي(على سبيل المثال، آلات النسخ) الأجهزة والبرامج؟
ما هي فئات البرامج التي يمكن أن تستخدمها الشركات الصغيرة ولأي أغراض؟
ما هي أنواع العمل النموذجية لمؤسسة صناعية كبيرة (على سبيل المثال مصنع بناء الآلات)، يمكن أن يكون آليا مع
باستخدام أجهزة الكمبيوتر؟ ما الفئات برمجةلهذا
ضروري؟
قم بتسمية الفئات الرئيسية للبرامج المتعلقة بفئة محرري الرسوم. ما هو الفرق الأساسي بين هذه الفئات؟
ما هي أوجه التشابه والاختلاف بين مفاهيم البرمجيات و دعم المعلوماتمرافق الكمبيوتر؟

3. تكنولوجيا الحاسوب 1

3.1 تاريخ تطور تكنولوجيا الكمبيوتر

3.2 طرق تصنيف أجهزة الكمبيوتر 3

3.3 أنواع أخرى من تصنيف الكمبيوتر 5

3.4 تكوين نظام الحوسبة 7

3.4.1 الأجهزة 7

3.4.2 البرمجيات 7

3.5 تصنيف البرمجيات التطبيقية 9

3.6 تصنيف البرامج المساعدة 12

3.7 مفهوم المعلومات والدعم الرياضي لأنظمة الحاسوب 13

3.8 تلخيص 13

1. هندسة الكمبيوتر

   1. تاريخ تطور تكنولوجيا الكمبيوتر

نظام الحوسبة، الكمبيوتر

يعد العثور على وسائل وطرق لميكنة وأتمتة العمل إحدى المهام الرئيسية للتخصصات الفنية. أتمتة العمل مع البيانات لها خصائصها واختلافاتها عن أتمتة أنواع العمل الأخرى. بالنسبة لهذه الفئة من المهام، يتم استخدام أنواع خاصة من الأجهزة، معظمها أجهزة إلكترونية. تسمى مجموعة من الأجهزة المصممة لمعالجة البيانات تلقائيًا أو آليًا تكنولوجيا الكمبيوتر،تسمى مجموعة محددة من الأجهزة والبرامج المتفاعلة المصممة لخدمة منطقة عمل واحدة نظام الحوسبة.الجهاز المركزي لمعظم أنظمة الحوسبة هو حاسوب.

الكمبيوتر هو جهاز إلكتروني مصمم لأتمتة إنشاء البيانات وتخزينها ومعالجتها ونقلها.

كيف يعمل الكمبيوتر

عند تعريف الكمبيوتر كجهاز، أشرنا إلى السمة المميزة - إلكتروني.ومع ذلك، لم يتم إجراء الحسابات التلقائية دائمًا بواسطة الأجهزة الإلكترونية. معروف و الأجهزة الميكانيكية، قادرة على إجراء العمليات الحسابية تلقائيا.

تحليل التاريخ المبكرتكنولوجيا الكمبيوتر، غالبًا ما يطلق بعض الباحثين الأجانب على جهاز الحساب الميكانيكي أنه السلف القديم للكمبيوتر طبلية تاج.يشير النهج "من المعداد" إلى سوء فهم منهجي عميق، حيث أن المعداد لا يمتلك خاصية إجراء العمليات الحسابية تلقائيًا، ولكنه حاسم بالنسبة للكمبيوتر.

المعداد هو أقدم جهاز عد ميكانيكي، وكان في الأصل عبارة عن صفيحة من الطين بها أخاديد توضع فيها الحجارة التي تمثل الأرقام. يعود ظهور المعداد إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. يعتبر مكان المنشأ هو آسيا. في العصور الوسطى في أوروبا، تم استبدال المعداد بجداول بيانية. تم استدعاء الحسابات التي تستخدمها العد على الخطوط، وفي روسيا في القرنين السادس عشر والسابع عشر، ظهر اختراع أكثر تقدمًا، والذي لا يزال يستخدم حتى يومنا هذا - المعداد الروسي.

في الوقت نفسه، نحن على دراية بجهاز آخر يمكنه إجراء العمليات الحسابية تلقائيًا - الساعة. بغض النظر عن مبدأ التشغيل، فإن جميع أنواع الساعات (الساعة الرملية، الساعة المائية، الميكانيكية، الكهربائية، الإلكترونية، إلخ) لديها القدرة على توليد حركات أو إشارات على فترات منتظمة وتسجيل التغييرات الناتجة، أي القيام بالجمع التلقائي للإشارات أو الحركات. يمكن رؤية هذا المبدأ حتى في الساعات الشمسية التي تحتوي على جهاز تسجيل فقط (يتم تنفيذ دور المولد بواسطة نظام الأرض والشمس).

الساعة الميكانيكية عبارة عن جهاز يتكون من جهاز يقوم بالحركات تلقائيًا على فترات زمنية محددة ومنتظمة وجهاز لتسجيل هذه الحركات. مكان ظهور الأول ساعة ميكانيكيةمجهول. تعود أقدم الأمثلة إلى القرن الرابع عشر وتنتمي إلى الأديرة (ساعة البرج).

في قلب أي جهاز كمبيوتر حديث، كما هو الحال في ساعة إلكترونية، يكذب مولد الساعة،توليد إشارات كهربائية على فترات منتظمة تستخدم لتشغيل جميع الأجهزة في نظام الكمبيوتر. إن التحكم في جهاز الكمبيوتر يأتي في الواقع إلى إدارة توزيع الإشارات بين الأجهزة. يمكن تنفيذ هذا التحكم تلقائيًا (في هذه الحالة يتحدثون عن التحكم في البرنامج)أو يدويًا باستخدام عناصر التحكم الخارجية - الأزرار والمفاتيح ووصلات العبور وما إلى ذلك (في النماذج المبكرة). في أجهزة الكمبيوتر الحديثةيتم التحكم الخارجي بشكل آلي إلى حد كبير باستخدام واجهات منطقية خاصة بالأجهزة تتصل بها أجهزة التحكم وإدخال البيانات (لوحة المفاتيح والماوس وعصا التحكم وغيرها). وعلى النقيض من التحكم في البرنامج، يسمى هذا التحكم تفاعلية.

المصادر الميكانيكية

تم إنشاء أول جهاز أوتوماتيكي في العالم لإجراء عملية الإضافة على أساس الساعة الميكانيكية. وفي عام 1623، قام بتطويرها فيلهلم شيكارد، الأستاذ في قسم اللغات الشرقية بجامعة توبنغن (ألمانيا). في الوقت الحاضر، تم استنساخ نموذج عمل للجهاز من الرسومات وأكد وظائفه. أطلق المخترع نفسه على الآلة اسم "الساعة التجميعية" في رسائله.

في عام 1642، طور الميكانيكي الفرنسي بليز باسكال (1623-1662) جهاز إضافة أكثر إحكاما، والذي أصبح أول آلة حاسبة ميكانيكية يتم إنتاجها بكميات كبيرة في العالم (أساسا لاحتياجات مقرضي المال والصرافين الباريسيين). في عام 1673، ابتكر عالم الرياضيات والفيلسوف الألماني جي دبليو لايبنتز (1646-1717) آلة حاسبة ميكانيكية يمكنها إجراء عمليات الضرب والقسمة من خلال تكرار عمليات الجمع والطرح مرارًا وتكرارًا.

خلال القرن الثامن عشر، المعروف بعصر التنوير، ظهرت نماذج جديدة أكثر تقدمًا، لكن مبدأ التحكم الميكانيكي في عمليات الحوسبة ظل كما هو. جاءت فكرة برمجة العمليات الحسابية من نفس صناعة الساعات. تم ضبط ساعة برج الدير القديم على هذا النحو وقت محددقم بتشغيل الآلية المرتبطة بنظام الجرس. كانت مثل هذه البرمجة قاسٍ -تم إجراء نفس العملية في نفس الوقت.

تم تحقيق فكرة البرمجة المرنة للأجهزة الميكانيكية باستخدام شريط ورقي مثقوب لأول مرة في عام 1804 في نول الجاكار، ولم يكن بعدها سوى خطوة واحدة لتحقيق التحكم في البرنامجالعمليات الحسابية.

هذه الخطوة قام بها عالم الرياضيات والمخترع الإنجليزي المتميز تشارلز باباج (1792-1871) في محركه التحليلي، الذي للأسف لم يقم المخترع ببنائه بالكامل خلال حياته، بل أعيد إنتاجه في أيامنا هذه حسب رسوماته، لذلك أنه يحق لنا اليوم أن نتحدث عن المحرك التحليلي كجهاز موجود بالفعل. من السمات الخاصة للمحرك التحليلي أنه كان أول من قام بتنفيذه مبدأ تقسيم المعلومات إلى أوامر وبيانات.يحتوي المحرك التحليلي على وحدتين كبيرتين - "مخزن" و "مطحنة". تم إدخال البيانات إلى الذاكرة الميكانيكية لـ "المستودع" عن طريق تركيب كتل من التروس، ومن ثم معالجتها في "الطاحونة" باستخدام الأوامر التي تم إدخالها من البطاقات المثقبة (كما هو الحال في نول الجاكار).

من المؤكد أن الباحثين في أعمال تشارلز باباج يلاحظون الدور الخاص الذي لعبته الكونتيسة أوغوستا أدا لوفليس (1815-1852)، ابنة الشاعر الشهير اللورد بايرون، في تطوير مشروع المحرك التحليلي. كانت هي التي جاءت بفكرة استخدام البطاقات المثقبة لبرمجة العمليات الحسابية (1843). وعلى وجه الخصوص، كتبت في إحدى رسائلها: "ينسج المحرك التحليلي أنماطًا جبرية بنفس الطريقة التي يقوم بها النول بإعادة إنتاج الزهور وأوراق الشجر". يمكن تسمية السيدة آدا بحق بأنها أول مبرمجة في العالم. واليوم سُميت إحدى لغات البرمجة الشهيرة باسمها.

فكرة تشارلز باباج للنظر المنفصل فرقو بياناتتبين أنها مثمرة بشكل غير عادي. في القرن 20th وقد تم تطويره في مبادئ جون فون نيومان (1941)، واليوم في حساب مبدأ الاعتبار المنفصل البرامجو بياناتمهم جدا. يتم أخذها في الاعتبار عند تطوير بنيات أجهزة الكمبيوتر الحديثة وعند تطوير برامج الكمبيوتر.

المصادر الرياضية

إذا فكرنا في الأشياء التي عمل عليها الأسلاف الميكانيكيون الأوائل للكمبيوتر الإلكتروني الحديث، فيجب أن نعترف بأن الأرقام تم تمثيلها إما في شكل حركات خطية لآليات السلسلة والرف، أو في شكل حركات زاوية للتروس و آليات الرافعة. وفي كلتا الحالتين كانت هذه حركات لا يمكن إلا أن تؤثر على أبعاد الأجهزة وسرعة عملها. فقط الانتقال من تسجيل الحركات إلى إشارات التسجيل جعل من الممكن تقليل الأبعاد بشكل كبير وزيادة الأداء. ومع ذلك، في الطريق إلى هذا الإنجاز، كان من الضروري تقديم المزيد مبادئ مهمةوالمفاهيم.

نظام لايبنتز الثنائي.في الأجهزة الميكانيكية، يمكن أن تحتوي التروس على الكثير من العناصر الثابتة، والأهم من ذلك، الفرق بينتشكل أحكاما. عدد هذه الأحكام، وفقا ل على الأقل، يساوي عدد أسنان التروس. في الكهرباء و الأجهزة الإلكترونية نحن نتحدث عنلا يتعلق بالتسجيل أحكامالعناصر الهيكلية، وحول التسجيل تنص علىعناصر الجهاز. مستقرة جدا و يمكن تمييزههناك حالتان فقط: تشغيل - إيقاف؛ مفتوح - مغلق مشحونة - مفرغة، وما إلى ذلك. لذلك، فإن النظام العشري التقليدي المستخدم في الآلات الحاسبة الميكانيكية غير مناسب لأجهزة الحوسبة الإلكترونية.

القدرة على تمثيل أي أرقام (وليس الأرقام فقط) أرقام ثنائيةتم اقتراحه لأول مرة من قبل جوتفريد فيلهلم لايبنتز في عام 1666. وقد توصل إلى نظام الأعداد الثنائية أثناء بحثه في المفهوم الفلسفي للوحدة والصراع بين الأضداد. إن محاولة تصور الكون في شكل تفاعل مستمر بين مبدأين («الأسود» و«الأبيض»، الذكر والأنثى، الخير والشر) وتطبيق أساليب الرياضيات «البحتة» على دراسته، دفعت لايبنتز إلى الدراسة خصائص التمثيل الثنائي للبيانات. ولا بد من القول أن لايبنيز كان قد فكر بالفعل في إمكانية استخدام النظام الثنائي في جهاز حاسوبي، ولكن بما أنه لم تكن هناك حاجة لذلك بالنسبة للأجهزة الميكانيكية، فإنه لم يستخدم مبادئ النظام الثنائي في آلته الحاسبة (1673). .

المنطق الرياضي لجورج بول,في حديثه عن عمل جورج بول، يؤكد الباحثون في تاريخ تكنولوجيا الكمبيوتر بالتأكيد أن هذا العالم الإنجليزي المتميز كان الأول نصف القرن التاسع عشركان القرن العصاميين. ربما كان السبب على وجه التحديد هو الافتقار إلى التعليم "الكلاسيكي" (كما كان مفهوما في ذلك الوقت) حيث أدخل جورج بول تغييرات ثورية على المنطق كعلم.

أثناء دراسته لقوانين التفكير، طبق نظامًا للتدوين الرسمي وقواعد المنطق التي كانت قريبة من النظام الرياضي. بعد هذا النظام يسمى الجبر المنطقيأو الجبر البوليني.تنطبق قواعد هذا النظام على مجموعة واسعة من الكائنات ومجموعاتها (مجموعات،حسب مصطلحات المؤلف). كان الغرض الرئيسي للنظام، كما تصوره جيه بول، هو تشفير البيانات المنطقية وتقليل هياكل الاستنتاجات المنطقية إلى تعبيرات بسيطة قريبة من الصيغ الرياضية من حيث الشكل. نتيجة التقييم الرسمي للتعبير المنطقي هي إحدى القيمتين المنطقيتين: حقيقيأو كذب.

تم تجاهل أهمية الجبر المنطقي لفترة طويلة، حيث لم تكن تقنياته وأساليبه تحتوي على فوائد عملية للعلوم والتكنولوجيا في ذلك الوقت. ومع ذلك، عندما ظهرت الإمكانية الأساسية لإنشاء تكنولوجيا الكمبيوتر على أساس إلكتروني، تبين أن العمليات التي أدخلها بول كانت مفيدة للغاية. لقد ركزوا في البداية على العمل مع كيانين فقط: حقيقيو كذب.ليس من الصعب أن نفهم مدى فائدتها في التعامل مع الكود الثنائي، والذي يتم تمثيله أيضًا في أجهزة الكمبيوتر الحديثة بإشارتين فقط: صفرو وحدة.

لم يتم استخدام كل نظام جورج بول (ولا كل العمليات المنطقية التي اقترحها) لإنشاء إلكترونيات أجهزة الكمبيوتربل أربع عمليات أساسية: و (تداخل)،أو (اتحاد)،لا (جاذبية)وحصريا أو - يشكل أساس تشغيل جميع أنواع المعالجات في أجهزة الكمبيوتر الحديثة.

أرز. 3.1. العمليات الأساسية للجبر المنطقي

أجهزة الكمبيوتر (VMs) و أنظمة الحوسبة(VS) تستخدم للعمل مع المعلومات. المعلومات - معلومات حول الأحداث والعمليات والأشياء التي تخضع للإدراك والنقل والتحويل والتخزين. موضوع البحث في علوم الكمبيوتر – تكنولوجيا المعلوماتوتكنولوجيا الكمبيوتر - VM، ومجموعات الحوسبة (VC)، VS، والشبكات. تم تصميم الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر لأتمتة عمليات معالجة المعلومات وتخزينها ونقلها. تنتمي الأجهزة الافتراضية إلى أنظمة معقدة؛ ويستخدم وصفها وتصميمها المفاهيم والمبادئ المحددة في النظرية العامةالأنظمة: النظام، الخوارزمية، الوظيفة، الهيكل، المنظمات الوظيفية والهيكلية. النظام عبارة عن مجموعة من العناصر أو الأجهزة المترابطة لتحقيق هدف محدد. من بين الأنظمة هناك أنظمة معقدة. هذا مفهوم نوعي. دعونا قائمة الرئيسية سماتأنظمة معقدة. البعد الكبير – رقم ضخمالعناصر: المئات، الآلاف. وينتج عن عدم تجانس العناصر والعقد عدم وجود جهاز رياضي موحد لوصف سلوك هذه العناصر والعقد. تعدد المعايير في تحسين اختيار خيارات بناء النظام. الكمبيوتر هو نظام يقوم بتنفيذ تسلسل معين ومحدد بوضوح من العمليات (البرنامج) وفقًا لخوارزمية معالجة المعلومات المحددة. الخوارزمية عبارة عن مجموعة من التعليمات التي تحدد بشكل فريد محتوى وتسلسل الإجراءات لحل المشكلة بشكل منهجي. بالنسبة للخوارزمية، يمكننا التمييز بين سبعة معلمات تميزها: مجموعة البيانات الأولية المحتملة، مجموعة النتائج المحتملة، مجموعة النتائج المحتملة نتائج متوسطة، قاعدة بدء عملية معالجة البيانات، قاعدة المعالجة الفورية، قاعدة إنهاء العملية، قاعدة استخراج النتيجة. يجب أن تتمتع الخوارزمية بخصائص الإنتاج الضخم والفعالية. النطاق الشامل – قابلية التطبيق لحل مشكلة مع أي مجموعة من البيانات الأولية من مجموعة من البيانات المحتملة – الحصول على نتيجة من مجموعة من البيانات المحتملة في عدد محدود من الخطوات. للحصول على تمثيل مرئي، يتم تصوير الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر في شكل رسوم بيانية تتكون من كتل واتصالات فيما بينها. تمثل هذه المخططات (الوظيفية والهيكلية) رسمًا بيانيًا موجهًا تكون رؤوسه عبارة عن كتل. في المخطط الوظيفي، يتم تحديد الكتل وفقًا لخصائصها الوظيفية أثناء التحلل الوظيفي. في المخططات الكتليةتتوافق الكتل الإلكترونية مع المكونات الهيكلية - الأجهزة والوحدات الهيكلية والدوائر المتكاملة. في حالة معينة، قد تتزامن الكتل الفردية من المخططات الوظيفية والهيكلية. تحتوي كل كتلة على مدخلات ومخرجات ووظيفة مرتبطة بها. تحدد الوظيفة الخوارزمية لتشغيل الكتلة، أي. قواعد الحصول على تسلسلات الإخراج من تسلسلات الإدخال. يُظهر الهيكل كيفية تنظيم الكتلة، ويكشف عنها في شكل رسم تخطيطي يحتوي على كتل ذات مستويات أدنى من التسلسل الهرمي. التنظيم الهيكلي هو تمثيل لنظام (كتلة) في شكل رسم تخطيطي يحتوي على أجهزة وعقد وعناصر يمكن تحقيقها فعليًا. حل مشكلة على جهاز افتراضي يسبقه الخوارزمية والبرمجة. الخوارزمية هي تنفيذ علاقات السبب والنتيجة والأنماط الأخرى في شكل عملية موجهة لمعالجة المعلومات وفقًا لقواعد رسمية. البرمجة – تطوير برامج للأجهزة الافتراضية التي يتم تنفيذها خوارزمية معينة. في VM، يتم التحكم في عمليات الإدخال والإخراج ومعالجة المعلومات على أساس البرامج. البرنامج عبارة عن خوارزمية مكتوبة على شكل تسلسل أوامر الآلة- الرموز المقابلة لبعض الاتفاقيات المعتمدة أثناء تطوير الأجهزة الافتراضية. هناك نوعان من أجهزة الكمبيوتر: التناظرية (AVM) والرقمية (DVM). في التشوه الشرياني الوريدي، تُستخدم الكميات الفيزيائية المستمرة، غالبًا الجهد، لتمثيل المعلومات. يتم تقديم المعلومات في الكمبيوتر الرقمي الرموز الثنائية. في هذه الحالة، يأخذ كل رقم قيمتين من المجموعة (0، 1). لتمثيل متغير ثنائي يتم استخدامه إشارة منفصلة. أجهزة الكمبيوتر الرقمية هي أكثر علاج عالميمعالجة المعلومات وفي عدد من أهم المؤشرات الفنية العامة تتفوق على الألغام المضادة للمركبات. ولذلك، فقد أصبحت أكثر انتشارا. طرق عرض المعلومات في الحاسب الآليالرسوم البيانية الوظيفية لـ VM و أجهزة الحوسبةتتكون من كتل، كل منها عبارة عن محول معلومات. يتم تمثيل المعلومات عند مدخلات ومخرجات الكتل بالإشارات. الإشارة هي حاملة للمعلومات في شكل متغير بمرور الوقت الكمية المادية، توفير نقل البيانات. تسمى الإشارة منفصلة إذا كانت معلمة الإشارة يمكن أن تأخذ عددًا محدودًا فقط من القيم. حاليا، الغالبية العظمى من محولات المعلومات الدوائر الإلكترونية، تحتوي على متصلة بطريقة معينة مع بعضها البعض المفاتيح الإلكترونية – الصمامات. يتم أيضًا تنفيذ هذه الدوائر الإلكترونية باستخدام تقنيات الإلكترونيات الدقيقة الحديثة في شكل دوائر متكاملة. يمكن أن تحتوي الدائرة المتكاملة على عدد من الوحدات إلى عدة ملايين من البوابات. لتشغيل الدائرة المتكاملة، يتم تزويدها بجهد كهربي. في هذه الحالة، يتم تمثيل الإشارات في الدائرة المتكاملة بمستويات الجهد. لتمثيل الإشارات، يتم أخذ مستويين غير متداخلين فقط من نطاق مستوى الجهد. مع جهد إمداد 5 فولت: النطاق 0 - 0.4 فولت، الموافق للقيمة المنطقية للإشارة "0"، والمدى 5 - 2.4 فولت، الموافق لقيمة الإشارة "1". تسمى المعلومات المقدمة في شكل مشفر والمستخدمة في أجهزة VM بيانات. يتم تقسيم البيانات إلى مكونات تسمى عناصر البيانات. عناصر البيانات مختلفة أنواع. أمثلة على أنواع البيانات: عدد صحيح و أرقام حقيقيةالمتغيرات المنطقية (المنطقية). للعرض أنواع مختلفةيتم تشفير البيانات باستخدام المتغيرات الثنائية. الرمز هو نظام من العلامات التقليدية (الرموز) وقواعد تفسيرها، يُستخدم لتمثيل المعلومات في شكل بيانات. يتم تقديم المعلومات في الجهاز الافتراضي في شكل رموز ذات طول ثابت معين (كلمات الآلة). المعلومات المقدمة بهذه الطريقة تسمى البيانات. المبادئ الأساسية لتنظيم أجهزة الكمبيوتر والأنظمة.تعتمد مبادئ تنظيم عملية الحوسبة المستخدمة في معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة على مفهوم J. von Neumann، الذي طرحه في النصف الثاني من الأربعينيات. القرن العشرين يحدد هذا المفهوم جهاز افتراضي مستقل يحتوي على وحدة تحكم ووحدة منطق حسابية (ALU) وذاكرة وأجهزة إدخال/إخراج. (الشكل 1) يُقترح تنظيم الأجهزة الافتراضية المبادئ التالية:

الترميز الثنائيالمعلومات، وتقسيمها إلى كلمات ذات عمق بت ثابت.

تنظيم ذاكرة العنوان الخطي (خلايا N من n بت). يُطلق على جهاز كتابة وتخزين وقراءة كلمة مكونة من أرقام ثنائية n خلية ذاكرة. يتم ترقيم الخلايا بالترتيب (0، 1، ...، N-1). رقم الجوال – العنوان. في أوامر البرنامج، العنوان هو اسم (معرف) المتغير المخزن في الخلية المقابلة.

تمثيل خوارزمية بواسطة برنامج يتكون من الأوامر. الأمر هو بيان يحدد خطوة في عملية تنفيذ البرنامج. يحتوي على رمز التشغيل وعناوين المعاملات ورموز الخدمة الأخرى.

تخزين الأوامر والبيانات في ذاكرة واحدة. يكمن اختلافهم فقط في طريقة استخدامهم وتفسيرهم للكلمة المقروءة من الذاكرة.

يتم تنظيم عملية الحوسبة على شكل تنفيذ متسلسل للأوامر بالترتيب الذي يحدده البرنامج.

تتمثل صلابة البنية في عدم التغير أثناء تشغيل الجهاز الظاهري وبنيته وقائمة الأوامر وطرق تشفير البيانات.

أثناء تشغيل VM، يحدث التفاعل الأكثر كثافة بين ALU وجهاز الاتجاه. مع التطور قاعدة العنصرومن أجل زيادة الإنتاجية عن طريق تقليل تأخير الاتصالات، تم دمج هذه الأجهزة في وحدة واحدة تسمى المعالج. يقرأ المعالج وينفذ أوامر البرنامج، وينظم الوصول إليها ذاكرة الوصول العشوائي(أ ف)، في الحالات الضروريةيبدأ تشغيل جهاز الإدخال/الإخراج. يقوم جهاز الإدخال بالتحويل إشارات الإدخالإلى الإشارات المستلمة لتمثيل البيانات الموجودة على الناقل الذي يربط جهاز الإدخال بوحدة ALU. تقوم الذاكرة بتخزين التعليمات والبيانات التي يعمل عليها المعالج. يتم أيضًا تسجيل نتائج الحسابات المتوسطة فيه. يتم إرسال نتائج تنفيذ البرنامج إلى جهاز الإخراج. يقوم جهاز الإخراج بتحويل إشارات الإخراج إلى شكل مناسب للإدراك البشري (النصوص والصور الرسومية وما إلى ذلك). يتم تكرار اختيار الأمر من الذاكرة وتنفيذه بشكل دوري. تتضمن الدورة المراحل التالية: أخذ العينات وفك التشفير والتنفيذ. في مرحلة جلب التعليمات، يتم جلب محتويات خلية الذاكرة الموجهة بواسطة دائرة جهاز تحكم خاص (عداد البرنامج) من الذاكرة ووضعها في سجل معالج خاص يسمى سجل التعليمات. في مرحلة فك التشفير، يدخل رمز التعليمات من سجل التعليمات إلى وحدة فك ترميز تعليمات المعالج ويتم تحويله إلى سلسلة من إشارات التحكم التي تقوم بتكوين ALU لأداء الوظيفة المحددة بواسطة التعليمات. بعد ذلك، يتم إنشاء عنوان الأمر التالي في جهاز التحكم. التالي هي مرحلة التنفيذ. بعد تنفيذ الأمر، تحدث العودة إلى المرحلة الأولى - جلب الأمر التالي.

المخطط الوظيفي الأساسي لجهاز الكمبيوترالكمبيوتر

يحتوي المخطط الوظيفي الأساسي للكمبيوتر الشخصي (الشكل 2) على أربعة عناصر رئيسية الأجهزة الوظيفية: المعالج، الذاكرة الرئيسية، أجهزة الإدخال / الإخراج (الأشعة فوق البنفسجية أو الأجهزة الطرفية)، ناقل النظام (SB). تحتوي الحافلة على ثلاث مجموعات من خطوط الاتصال، والتي تسمى ناقل العناوين (ABA)، وحافلة البيانات (SD)، وحافلة التحكم (CC). تم توحيد عمق البت لـ ShA وShD وShu وترتيب تفاعل الأجهزة ومستويات وتسلسل الإشارات في ShU. تشمل الأجهزة الرئيسية: لوحة المفاتيح، الماوس، الشاشة (العرض)، القرص الصلب - محرك الأقراص الثابتة (HDD أو HDD) الصلب محرك الأقراص(HDD)، محرك الأقراص المرنة الأقراص المغناطيسيةمحرك الأقراص المرنة (FDD)، الطابعة.

يتم إنشاء أجهزة الكمبيوتر الشخصية باستخدام المبادئ الأساسية لـ J. von Neumann الموضحة أعلاه. يتم التحكم في عملية الحوسبة بواسطة المعالج – وحدة المعالجة المركزية (CPU). يحتوي OP على منظمة عنوان خطي. العناوين هي أسماء البيانات المستخدمة في أوامر البرنامج. تشكل مجموعة العناوين المستخدمة في الأوامر مساحة عنوان (AS). يسمى تبادل المعلومات بين الأجهزة عبر الإنترنت بالتبادل داخل الآلة. يتضمن أي تبادل جهازين على الأقل: نشط (المصدر) وسلبي (المستقبل). في جهاز الكمبيوتر، يتم استخدام مساحتين للعناوين لتنظيم عمليات التبادل داخل الآلة: AP OP وAP UVV. إطار العجلة(العمود الفقري) في VM عبارة عن مجموعة من خطوط نقل الإشارة التي يمكن توصيل عدة كتل بها بالتوازي. تحمل الحافلة العناوين والبيانات وإشارات التحكم. ماديًا، تتكون الحافلة من موصلات مطبوعة تتصل بها المدخلات والمخرجات ذات الاسم نفسه لوحدات الطائرات المختلفة. يتم استخدام SHA لمعالجة خلايا الذاكرة وسجلات (منافذ) الأجهزة الخارجية التي يتفاعل معها المعالج. يتم إرسال العنوان عبر الناقل إلى جميع الأجهزة المتصلة به. تحتوي جميع الأجهزة على محددات العناوين التي يمكنهم التعرف عليها العنوان الخاص. يستجيب الجهاز المعنون فقط للوصول إلى الحافلة. هذا هو الذي يتلقى إشارات التحكم المرسلة عبر غرفة التحكم بناءً على إشارة من محدد العنوان وينفذ العمليات المقابلة. هناك نوعان تبادل المعلوماتبواسطة SS: الإدخال (القراءة) والإخراج (الكتابة). ويسمى نقل البيانات إلى المعالج بالإدخال، ومن المعالج بالإخراج. أثناء التبادل، يقوم الجهاز النشط (المعالج غالبًا) بإنشاء رمز عنوان يتوافق مع رقم الخلية في OP أو رقم المنفذ المستخدم للتخزين المؤقت لكلمة واحدة من البيانات. يتم استخدام SD لتبادل البيانات بين المعالج والذاكرة والأجهزة المحمولة جواً المتصلة بالحافلة. SD - ثنائي الاتجاه. باستخدام هذا الناقل، يتمتع المعالج بالقدرة على نقل المعلومات إلى الأجهزة الأخرى واستقبال المعلومات من الأجهزة الأخرى. في أي لحظة من الزمن، يمكن إرسال المعلومات عبر SD ثنائي الاتجاه في اتجاه واحد فقط، لذلك من الضروري وجود إشارات خاصة تشير إلى هذا الاتجاه. يتم إنشاء إشارات التحكم هذه بواسطة المعالج. تحدد هذه الإشارات "وضع التبادل" في الحافلة. يتم إرسال جميع إشارات التحكم من خلال غرفة التحكم، حيث تكون معظم الخطوط أحادية الاتجاه، وبعضها ثنائي الاتجاه. يتم إرسال إشارات التحكم إلى جميع كتل VM المتصلة بالحافلة، وتكوينها الوضع المطلوبعمل. لتقليل الوقت المستغرق في تبادل المعلومات بين OP والمعالج، يتم تضمين ذاكرة تخزين مؤقت. يقع المستوى الأول من ذاكرة التخزين المؤقت على الشريحة المعالج الحديث، المستوى الثاني موجود على شريحة المعالج أو في المنطقة المجاورة مباشرة لهذه الشريحة. في هذه الحالة، لا يوجد تبادل مع OP بكلمات منفصلة، ولكن في حزم من الكلمات، مما يسمح باستخدام أكثر كفاءة للمورد المشترك - الحافلة. فيما يتعلق بالمهام تفاعل المعلومات أجهزة مختلفةيتم استخدام مفهوم "الواجهة" تحت واجهه المستخدمتُفهم (الواجهة - الواجهة) على أنها مجموعة من الأجهزة والبرامج وأدوات التصميم المستخدمة لتنفيذ تفاعل المعلومات للكتل الوظيفية في جهاز افتراضي (كمبيوتر شخصي). يتم استخدام مفهوم "الواجهة" في جميع أجهزة VM: المعالج، SS، OP، الأجهزة الطرفية. لتنسيق واجهات SB والأجهزة الطرفية والأجهزة (المحولات أو وحدات التحكم) الموجودة عليها لوحات الدوائر المطبوعةملحقات. تختلف وحدة التحكم عن المحول من حيث أنها جهاز نشط، أي. جهاز قادر على إجراءات مستقلةدون مشاركة المعالج بعد تلقي الأوامر من البرامج التي تخدمه. تعد كتل الواجهة (المحولات ووحدات التحكم وبطاقات الواجهة) بمثابة مخزن مؤقت بين الأجهزة الطرفية والمعالج. أنها تحتوي على السجلات (المنافذ) التي تتوافق معها عناوين محددةفي I/O AP. المخزن المؤقت مطلوب لتحويل تنسيقات البيانات ومعدلات النقل المتأصلة في الأجهزة الطرفية إلى التنسيقات والسرعات التي يعمل بها معالج الكمبيوتر. لتنظيم تبادل المعلومات مع الأجهزة الطرفية، يتم استخدام ثلاث طرق:

استقصاء البرامج، في هذه الحالة يكون البادئ بالتبادل هو المعالج، الذي يصل، إذا لزم الأمر، إلى سجلات الأجهزة الطرفية (المنافذ) على العناوين المناسبة؛

التبادل مع انقطاع البرنامج (يتم تنفيذه باستخدام آلية مقاطعة الأجهزة، والتي تضمن استجابة الكمبيوتر للأحداث غير المتزامنة بناءً على طلب الأجهزة الطرفية)؛

نقل المعلومات في الوضع الوصول المباشرإلى الذاكرة - الوصول المباشر للذاكرة (DMA).

يتم استخدام الوصول المباشر للذاكرة عند الحاجة السرعه العاليهالتبادل بين الأجهزة الخارجية والذاكرة. في وضع DMAتم فصل المعالج عن الشبكة. لا يتم نقل البيانات بكلمات مفردة، بل في حزم. يتم التحكم في التبادل بواسطة وحدة تحكم DMA خاصة، والتي تولد إشارات التحكم في SHU وعناوين في SHU. يمكن اعتبار وحدة التحكم DMA بمثابة معالج مساعد للإدخال/الإخراج، مما يحرر المعالج المركزي من مهام إدارة التبادل عند نقل مصفوفة بين الأجهزة الطرفية وOP. تنظيم متعدد المستويات لعمليات الحوسبة. تحتوي مفاهيم هندسة الكمبيوتر والأجهزة والبرمجيات VMs وأجهزة الكمبيوتر، كونها أنظمة معقدة، على عدد كبير من وحدات الأجهزة والبرامج المتفاعلة. أنظمة معقدةلا تملك أوصاف بسيطة. هذا يرجع إلى الميزات التالية: كثرة عدد عناصر النظام (الوحدات) وعدم تجانسها، وتنوع وعدم انتظام الروابط بينها، وعدم وجود جهاز موحد لوصف سلوك الوحدات المختلفة. يتم استخدام النهج الهرمي لوصف وتصميم وتنظيم التحكم في الطائرات. دعونا ننظر في مستويات تنظيم عمليات الحوسبة (الشكل 3) في الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر، فضلا عن فئات المتخصصين الذين يستخدمون المستويات المقابلةالتمثيل في أنشطتهم المهنية، والعمليات التي تنفذ تفاعل المستويات. على المستوى المفاهيمي، يقوم المستخدم بتحليل المشكلة واختيار طريقة لحلها وتطوير الخوارزمية. بالنسبة للمشكلات المعقدة، يتم إجراء التحليل الوظيفي، وتحديد هياكل البيانات، و وحدات البرمجيات، يتم تحديد الروابط بينهما. بعد ذلك، تتم كتابة البرنامج بإحدى اللغات عالية المستوى. هذا التمثيل للبرنامج مستقل عن الآلة، أي مستقل عن بنية الطائرة وميزاتها المعدات. على مستوى قيادة الجهاز، يتم ضمان الاتصال بين البرامج والأجهزة. على هذا المستوى، يتم تطوير قائمة الأوامر، ويتم تحديد طرق تشفير العمليات والعناوين، وعدد حقول العناوين في الأمر والمعلمات الأخرى المضمنة في بنية الجهاز الظاهري. تتم ترجمة البرنامج من لغة عالية المستوى إلى رموز الآلة بواسطة برنامج خاص– مترجم. بالنسبة لبرنامج واحد مكتوب بلغة عالية المستوى، من الممكن إنشاء العديد من البرامج على مستوى تعليمات الآلة، والتي تكون متكافئة في الوظائف التي تؤديها، ولكنها تختلف في استخدام موارد VM (الذاكرة، وقت المعالج). ولذلك، فإن مهمة بناء مترجم الأمثل أمر ملح. كلما كانت تركيبة مشغلي اللغة عالية المستوى أقرب إلى قائمة أوامر VM، كلما كان المترجم أبسط وأكثر كفاءة في تنفيذ البرنامج الناتج. عند البرمجة، غالبا ما تستخدم لغة التجميع. التجميع هي لغة برمجة تعتمد على الآلة. يحتل تمثيل المشكلة في لغة التجميع موقعًا متوسطًا في التسلسل الهرمي للتمثيلات بين اللغات عالية المستوى وتعليمات الآلة. تستخدم لغة التجميع في الكتابة برامج النظام، والتي يكون تكرار تنفيذها أعلى بكثير من تكرار البرامج التطبيقية، على سبيل المثال بالنسبة لـ MKs (وحدات التحكم الدقيقة)، التي تكون مواردها محدودة، و برامج التطبيقاتبالنسبة لهم، كقاعدة عامة، برامج التحكم في المعدات، والتي يتم تنفيذها أيضا بشكل متكرر. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن إجراء الاتصال بين اللغات عالية المستوى وتعليمات الآلة إما عن طريق التجميع أو الترجمة الفورية. عند تجميعه، يتم أولاً تحويل برنامج اللغة عالي المستوى بالكامل إلى برنامج تعليمات برمجية للآلة، ومن ثم يمكن تنفيذه باستخدام المزيد مستويات منخفضةعملية الحوسبة. عندما يعمل المترجم، فإن برنامج المستخدم بلغة عالية المستوى هو بيانات الإدخال، والبرنامج المقابل في لغة أوامر الجهاز هو بيانات الإخراج، نتيجة المترجم. عند تنفيذه، لم يعد البرنامج الناتج في كود الآلة يُستخدم كبيانات، بل كبرنامج يتحكم في عملية الحوسبة. عند الترجمة، يتم استخدام برنامج المستخدم بلغة عالية المستوى مباشرة للتحكم في عملية الحوسبة باستخدام برنامج النظام - مترجم. يختار المترجم أمر البرنامج التالي بلغة عالية المستوى، ويستبدله بسلسلة من أوامر الآلة التي تؤدي الوظائف المطلوبة، ويرسل على الفور هذا التسلسل من أوامر الآلة للتنفيذ. بعد ذلك، مع الأخذ في الاعتبار الخصائص التي تميز نتيجة التحويلات المنفذة، يتم تحديد أمر البرنامج التالي بلغة عالية المستوى، وما إلى ذلك. عند الترجمة، هناك حاجة إلى برنامج نظام أكثر تعقيدا - مترجم. تتطلب عملية التجميع المزيد من الذاكرة، ولكن التنفيذ برنامج المستخدميحدث بشكل أسرع بكثير. في هذا الصدد، تستخدم الأجهزة الافتراضية الحديثة بشكل أساسي طريقة التجميع. على مستوى عمليات نقل السجلات، يتم تنفيذ العمليات الدقيقة التي تقوم بها أجهزة VM. هذه هي عمليات إرسال وتخزين وتحويل الرموز، والتي تتم عن طريق إرسال الإشارات بين السجلات من خلال دوائر مجمعة (منطقية) (الشكل 4). العملية الدقيقة هي عملية على الرموز يتم إجراؤها عن طريق نقل سجل واحد (لكل دورة على مدار الساعة). لتكوين الدوائر لإجراء العملية الدقيقة المطلوبة أثناء نقل السجل، من الضروري إنشاء مجموعة مناسبة من إشارات التحكم. يتم استدعاء رمز مجموعة إشارة التحكم فريق صغير. يُطلق على تسلسل التعليمات الدقيقة المطابق لتنفيذ أمر الآلة برنامج صغير. كل أمر آلة له برنامج صغير خاص به. يتم الاتصال بين مستويات تعليمات الآلة وعمليات نقل التسجيل عن طريق الترجمة الفورية. يتحكم في اختيار الأوامر من برنامج تعليمات برمجية للجهاز وتفسير الأمر المحدد. جهازالتحكم في وحدة المعالجة المركزية. ويسمى مستوى نقل السجل أيضًا بمستوى البرنامج الصغير. على مستوى البوابة المنطقية، يتم أخذ الدوائر المنطقية بعين الاعتبار التصميم المنطقيمعدات VM. إذا تم النظر في العمليات التي تحتوي على رموز n-bit على مستوى عمليات نقل التسجيل، فعندئذ على مستوى البوابات - مع المتغيرات الثنائية الفردية. يعمل التنظيم متعدد المستويات على تبسيط تنفيذ الأجهزة الافتراضية وإدارة عملية الحوسبة، ولكنه يقلل من الكفاءة التشغيلية بسبب النفقات الإدارية العامة. أثناء التشغيل، هناك تفاعل "مكوكي" بين المستويات: جلب الأمر التالي على مستوى أوامر الآلة، وتفسير الأمر على مستوى عمليات نقل السجل، وتنفيذ نقل السجل عن طريق إرسال الإشارات في شبكة من العناصر المنطقية، وميزات التسجيل التي تميز نتيجة العملية، وذلك باستخدام ميزات التفرع أثناء أخذ عينات من الأمر التالي، وما إلى ذلك. تشارك كل من البرامج والأجهزة في إدارة العملية الحسابية مع منظمة هرمية. يعتمد عمل الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر على التفاعل الوثيق الذي لا ينفصم بين المعدات والبرامج. يتحول خط الفصل بين الوظائف المطبق في الأجهزة والبرامج، مع تطور بنية الأجهزة الافتراضية وتكنولوجيا التصنيع الخاصة بها، نحو تنفيذ الأجهزة. دعونا نحدد مفهوم "هندسة VM". من وجهة نظر المستخدم، الهندسة المعمارية هي مجموعة من أنظمة الأوامر، وطرق تنظيم الذاكرة، ونظام العنونة، وتنظيم الإدخال والإخراج، وما إلى ذلك. من وجهة نظر المطور، هذا هو هيكل الأجهزة، اعتمادًا على قاعدة العناصر، وتكوين العقد الرئيسية وتفاعلها، وتوزيع الوظائف بين مستويات التنظيم الهرمي لعمليات الحوسبة، وتحديد الحدود و واجهات. عادة ما يتم تقسيم البرمجيات إلى قسمين: النظام والتطبيق. النظاميةالبرنامج (برنامج النظام) هو مجموعة من برامج النظام اللازمة للتشغيل و صيانة VM، لتنظيم عمليات الحوسبة وأتمتة تطوير برامج التطبيقات. العنصر الأكثر أهمية في برنامج النظام هو نظام التشغيل. مُطبَّقالبرنامج مخصص. يتضمن برامج وحزم تطبيقية مصممة لحل مشكلة أو فئة من المشكلات على جهاز افتراضي في مجال معين من العلوم والتكنولوجيا والاقتصاد والفن. بناءً على وظائفها، تنقسم برامج النظام إلى البث والخدمة والتحكم. تقوم برامج الترجمة بتحويل البرامج المقدمة بلغات البرمجة إلى رموز الآلة. تعد البرامج الإذاعية جزءًا مما يسمى بأنظمة البرمجة. خدمات- جزء متغير ديناميكيًا من برنامج النظام، اعتمادًا على غرض الجهاز الافتراضي وتكوين الأجهزة. وتشمل هذه برامج التشغيل (برامج للعمل مع الأجهزة الطرفية)، والاختبارات، برامج التشخيصوبعض الآخرين. تُستخدم برامج التحكم في تنظيم عمليات الحوسبة لتوزيع الموارد وإرسال العمليات. يتم تنظيم إدارة عمليات الحوسبة في الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر وفقًا لـ المبدأ الهرمي. افضل مستوىيشغل نظام التشغيل التسلسل الهرمي. يُفهم نظام التشغيل على أنه نظام برمجي مصمم لضمان مستوى معين من كفاءة الطائرات بسبب التحكم الآليتشغيلها والخدمات المقدمة للمستخدمين من أنواع معينة. يضمن نظام التشغيل تفاعل الكمبيوتر مع المستخدم وتنسيق عمل جميع أنظمته الفرعية: إطلاق البرامج ومشاركة OP والموارد الأخرى بينهما والتواصل مع الأجهزة الخارجية. باستخدام تمثيل متعدد المستويات لعمليات الحوسبة، يمكن ملاحظة أن نظام التشغيل يتحكم في إدخال البرنامج بلغة عالية المستوى، وترجمته إلى رموز الآلة، وتوفير الموارد اللازمة وبدء التنفيذ. مطلوب جزء من برنامج النظام يسمى BIOS (نظام إخراج الإدخال الأساسي) لتهيئة تشغيل الكمبيوتر والتحكم في تنفيذ عدد من العمليات. وظائف النظام. BIOS هو نظام برامج بلغة الآلة يتحكم في نقل البيانات بين أجهزة VM (المعالج، الذاكرة، الأقراص، الشاشة)، وينفذ أيضًا وظائف اضافيهعند تشغيل الكمبيوتر. برامج BIOSالمسجلة على ذاكرة غير متطايرة(روم أو فلاش). في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، يتم تثبيت شريحة الذاكرة غير المتطايرة المقابلة مع البرامج المسجلة عليها اللوحة الأم. يقوم بتخزين الاختبار برامج التمهيد, نظام أساسيالإدخال/الإخراج يتيح لك استخدام ذاكرة فلاش لتخزين BIOS تحديث الإصدار. دعونا قائمة الرئيسية وظائف BIOSعلى أجهزة الكمبيوتر الشخصية:

التهيئة والاختبار الأولي للأجهزة، يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة البرنامج POSTYLE = "– اختبار التشغيل الذاتي؛

إعداد وتكوين الأجهزة و موارد النظام- إعداد BIOS؛

مقاطعة أجهزة الخدمة - مقاطعات أجهزة BIOS؛

العمل خارج وظائف أساسية عناوين البرنامج(الخدمات) ل أجهزة النظام– خدمات ROM BIOS.

تأثير تكنولوجيا إنتاج الدوائر المتكاملة على معمارية وخصائص أجهزة الكمبيوتر والأنظمة

يعتمد هيكل الأجهزة الافتراضية وأجهزة الكمبيوتر وتنظيم عملية الحوسبة بشكل كبير على التنظيم الوظيفي وتوزيع الوظائف بين الكتل. وهذا بدوره يتحدد إلى حد كبير من خلال القدرة الوظيفية لـ VLSI. من الناحية النظرية والتطبيقية لدوائر VLSI الحديثة، من المعروف أن المنطقة الرئيسية على الشريحة غير مشغولة بوابات المنطق، بوابات منطقية، والروابط بينهما. كما أن أداء المخططات محدود بشكل أساسي بسبب تأخيرات الاتصال. إن تطوير تقنية VLSI يسمح بكل شيء عدد أكبريتم نقل العناصر والاتصالات إلى مستوى الشريحة، مما يقلل التكلفة ويزيد الأداء والموثوقية. مع زيادة مستوى التكامل والوظائف لـ VLSI في تطوير البنية، يمكن ملاحظة الاتجاهات التالية:

نقل وظائف برامج النظام التي يتم تشغيلها بشكل متكرر إلى الأجهزة؛

الاستخدام الواسع النطاق للأساليب المعالجة المتوازيةعلى جميع مستويات تنظيم عملية الحوسبة؛

توسيع نطاق استخدام المعالجات المتخصصة والموجهة وظيفيا؛

تقليل الوقت النسبي المستغرق في التبديل مقارنة بالمعالجة.

تقنيات الإنتاج لثلاثة أنواع من الوسائل لها التأثير الأقوى على الطائرات: MP، VLSI الذاكرة الديناميكية(DRAM) وأجهزة التخزين الخارجية الأقراص المغناطيسيةيرتبط تطوير المعالجات الدقيقة ارتباطًا مباشرًا بالتقدم في تكنولوجيا تصنيع الدوائر المتكاملة. يزداد عدد البوابات الموجودة على الشريحة بنسبة 60-80% سنويًا. ويرجع ذلك إلى تحسين تكنولوجيا تصنيع IC وتطوير تكنولوجيا زراعة بلورات أشباه الموصلات. تزداد سرعة تبديل الصمامات بنفس معدل كثافتها تقريبًا. ولكن بسبب تأخيرات الاتصال وزيادة الاتصالات مع زيادة درجة تكامل VLSI، تنخفض مدة دورة الساعة (نقل التسجيل) بشكل أبطأ. يتم تصنيع جميع الدوائر المتكاملة الحديثة باستخدام تقنية المستوى. في هذه الحالة، يتم تشكيل هيكل أشباه الموصلات على سطح البلورة في عدة طبقات (15-20). يتم استخدام طبقات منفصلة لتشكيل العناصر الطوبولوجية لهيكل أشباه الموصلات: الانتشار، والبولي سيليكون، والمعادن، والعازل الكهربائي. يتم تحديد شكل وأبعاد العناصر الطوبولوجية باستخدام قناع (في الطباعة الحجرية الضوئية) أو باستخدام شعاع إلكتروني متحكم فيه (في الطباعة الحجرية الإلكترونية). في أي طريقة لتشكيل هيكل أشباه الموصلات، تكون الانحرافات التكنولوجية أمرًا لا مفر منه، ويعتمد التسامح معها على دقة المعدات التكنولوجية. الاتجاه الرئيسي هو تقليل الحجم الخطي الذي يمكن من خلاله تكوين العنصر. كقياس، يتم استخدام المعلمة μ، والتي يحدد مضاعفاتها عرض المعدن، ومركب البولي سيليكون، والأبعاد الخطية لقسم الانتشار، وما إلى ذلك. وتسمى هذه المعلمة μ معيار التصميم. وهي تساوي قيمة الإزاحة العشوائية القصوى لحدود العنصر الطوبولوجي. كلما كان μ أصغر، ارتفع مستوى تكامل IS. نوع آخر من VLSI يتم إنتاجه بكميات كبيرة مع دورة تصميم كاملة، والذي يؤثر تطويره بشكل كبير على بنية الطائرة، هو الذاكرة الديناميكية VLSI - DRAM. الكتلة الرئيسية لبنية DRAM هي مصفوفة عناصر التخزين (SE). يتم إدخال عنوان الخلية بالتوازي والتتابع (أولاً النصف السفلي من العنوان، ثم النصف العلوي من خلال نفس المسامير). مع هذا التنظيم، تؤدي زيادة عدد مدخلات العناوين بمقدار واحد إلى زيادة عدد العناصر الإلكترونية في المصفوفة بمقدار أربعة أضعاف. ولذلك الزيادة القدرة على المعلوماتيحدث VLSI DRAM بشكل منفصل. تكون الزيادة في الأداء أبطأ بكثير بسبب زيادة طول الاتصالات بين العنصر الأرضي والمخرج الخارجي لـ VLSI مع زيادة سعة المعلومات لمصفوفة العنصر الأرضي. وتتميز الزيادة في الأداء بالمؤشر التالي: انخفاض وقت الوصول بنسبة 30٪ على مدى 10 سنوات. يتميز التقدم في مجال الذاكرة الخارجية على الأقراص المغناطيسية بالبيانات التالية. تزداد كثافة وضع المعلومات على الوسط وحجم المعلومات بمعدل 4 مرات خلال 3 سنوات. يقل وقت الوصول بمقدار 1-3 مرات خلال 10 سنوات. يتم تحديد الخصائص المحددة لسرعة تطوير الأجهزة الرئيسية متوسط ​​​​المدةالتقادم الأخلاقي للمعالج هو 5 سنوات.

مقدمة ل التنظيم الوظيفيالمعالج

المعالج هو الجهاز الذي ينفذ عملية المعالجة مباشرة. المعلومات الرقميةفي VM والتحكم في البرامج لهذه العملية. يحتل المعالج مكانًا محايدًا في هيكل VM. بمساعدتها، تتم إدارة تفاعل جميع الأجهزة المضمنة في VM. يقرأ المعالج أوامر البرنامج وينفذها، وينظم الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ويبدأ تشغيل الأجهزة الطرفية عند الضرورة، ويستقبل ويخدم طلبات المقاطعة الواردة من أجهزة VM وخارجيًا. يتم تنفيذ معالجات VM الحديثة في معظم الحالات على شريحة واحدة باستخدام تقنية VLSI. مُتَجَانِس دارة متكاملةيسمى المعالج الدقيق. يتطابق مفهوم MP وظيفيًا مع مفهوم المعالج ويعكس فقط الميزات المرتبطة باستخدام تقنية VLSI في تنفيذها. تتمثل المزايا الرئيسية لـ MP في قابلية البرمجة والتكلفة المنخفضة وصغر الحجم والوزن والموثوقية وسهولة التشغيل. بالفعل الاستخدامات الأولى لـ MP حددت اتجاهين رئيسيين لتطبيقها: استخدام MP as وحدات المعالجة المركزية- التنفيذ القائم على VM وMP لأنظمة التحكم المدمجة كائنات مختلفة. في جدا الحالة العامة رسم بياني وظيفييمكن تمثيل MP كتركيبة من ثلاث كتل وظيفية: كتلة التشغيل (OB)، وكتلة التحكم، وكتلة الواجهة. (الشكل 4) بالإضافة إلى ذلك، قد يشتمل المعالج الدقيق على وحدة المقاطعة، ووحدة حماية الذاكرة، ووحدات التحكم والتشخيص، وما إلى ذلك. كتلة التشغيل.مصممة لأداء بعض الوظائف طقم كاملمنطقي و عمليات حسابية. كقاعدة عامة، يتضمن ALU، وسجلات المخزن المؤقت للمعامل، وسجل النتائج (المراكم)، وسجل الميزات وكتلة التسجيل هدف عام(رون). تحتوي الدائرة التوافقية، والتي هي أساس وحدة ALU، على جامع ثنائي ومجموعة الدوائر المنطقية. يقوم ALU بتنفيذ العديد من العمليات الحسابية البسيطة (الجمع والطرح) والمنطقية للبت ( و, أو, لاالخ) العمليات. في التنظيم متعدد المستويات لعملية الحوسبة، يتم تنفيذ هذه العمليات على مستوى عمليات نقل السجل بين مصادر المعاملات ومتلقي النتيجة. يتم تنفيذ عمليات معالجة البيانات التي لا تحتوي OB على أجهزة لها في البرامج باستخدام الإجراءات. يتم تنفيذ هذه الإجراءات كتسلسل عمليات بسيطةأوب، أي. يؤدي لأكثر من ذلك مستوى عالتنظيم عملية الحوسبة من مستوى عمليات نقل السجل. بالإضافة إلى وحدة ALU العامة، قد تحتوي وحدة MP على واحدة أو أكثر من وحدات ALU المتخصصة: وحدات الضرب والقسمة في الأجهزة. وكذلك كتل لتنفيذ عمليات الفاصلة العائمة. الكتلة هي عنصر مهم في النائب الحديث الذاكرة الداخليةتم تنفيذها كمجموعة من السجلات التي يمكن الوصول إليها بواسطة البرامج والمفتوحة بواسطة سجلات للأغراض العامة (GPR). وقت الوصول إلى RON أقل من أي أجهزة ذاكرة أخرى، وبالتالي فإن الذاكرة الموجودة على RON تسمى ذاكرة الوصول العشوائي الفائق، والجهاز الذي يتم تنفيذه فيه يسمى جهاز تخزين فائق العشوائي. (سوزو). عدد RON في MP صغير (6 - 16)، ومع ذلك، فإن وجودهم يسرع بشكل كبير تنفيذ العمليات. إذا كان هناك كتلة RON، فيمكن وضع معاملات التعليمات في أحد وسائط التخزين - الذاكرة الرئيسية أو SRAM. يتيح استخدام SRAM إزالة جزء كبير من وصول MP إلى OP من خلال ناقل النظام المشترك. من ناحية، يؤدي هذا إلى زيادة الأداء بسبب الوصول بشكل أسرع إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ومن ناحية أخرى، يصبح من الممكن، بالتوازي مع تشغيل MP، استخدام ناقل النظام لتبادل المعلومات بين أجهزة VM الأخرى. استخدام فرق خاصةيمكن للمستخدم إما كتابة المعلومات إلى RON أو قراءتها من RON عند إجراء عمليات حسابية ومنطقية مختلفة. قد يختلف عدد وغرض وسعة سجلات كتلة RON في MPs المختلفة بشكل كبير. هناك طريقتان متطرفتان لاستخدام RON. في الطريقة الأولى، التي تم تنفيذها في Motorola MP، تعمل جميع سجلات MP تقريبًا بشكل مطلق نفس الوظائف، أي. فهي عالمية وقابلة للتبديل. وفي النهج الثاني خاصية النائب شركة انتلالعديد من السجلات، إلى جانب إمكانية استخدامها كسجلات عالمية في بعض التعليمات، يمكنها أداء وظائف محددة مخصصة لهذه السجلات. إن تخصص السجلات عند تنفيذ العمليات الأكثر استخدامًا يجعل من الممكن عدم تحديد عناوينها في الأوامر المقابلة، مما يضمن تقليل المعلومات المطلوبة للتحكم وترميز الأوامر بشكل أكثر إحكاما. على وجه الخصوص، يتم استخدام سجلات Pentium MP محددة في تعليمات الضرب والقسمة. إدارة الحلقات، الإدخال/الإخراج، تحويلات الجدول، عمليات المكدس والتحويل. في الغالبية النماذج المبكرةتم تخصيص أحد السجلات العامة ليكون السجل الرئيسي. تخصيص سجل رئيسي يسمى المجمع أو سجل النتائج، وظائف خاصةجعل من الممكن تنفيذ OB في شكل جهاز أحادي البث. في مثل هذا OB، يجب وضع أحد المعاملات الأولية للعملية الحسابية والمنطقية في المجمع ويتم وضع النتيجة فيه. قد يكون المعامل الآخر للعمليات المسماة في الذاكرة أو RON. تأتي بيانات الإدخال إلى البطارية من ناقل MP الداخلي، ويمكن للبطارية بدورها إرسال البيانات إلى هذا الناقل. وظائفإن OB الذي يحتوي على البطارية (الشكل 4) واسع جدًا. دعونا نلقي نظرة على العمليات الدقيقة الأساسية. يمكن نقل محتويات أي RON أو خلية ذاكرة عبر ناقل البيانات الداخلي من خلال المجمع إلى السجل المؤقت أو مباشرة إلى سجل الإزاحة. تضمن ALU تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية على محتويات سجل التحول والسجل المؤقت، مع كتابة النتيجة إلى المجمع والسمات إلى سجل السمات. يمكن نقل نتيجة العملية من البطارية إلى أي خلية RON أو خلية ذاكرة. تتم عملية نقل محتويات أي RON عن طريق نقل كلمة من RON إلى سجل التحول بشكل تسلسلي، وتحويل هذه الكلمة ثم كتابة الكلمة المحولة إلى نفس سجل RON. يتم تنفيذ العمليات على الكلمات ذات عمق البت المتزايد في البرنامج معالجة تسلسليةالأجزاء الفردية من الكلمات متعددة البت. لضمان القدرة على معالجة البيانات بعمق بت يتجاوز سعة بتات وحدة ALU والسجلات، يوفر هيكل OB اثنين مشغل إضافي: T1 و Tr2. وبمساعدتهم، يتم تخزين إشارات الحمل الحسابية من وحدة ALU وبتة حمل الإخراج الخاصة بسجل التحول. على سبيل المثال، باستخدام MP 8 بت، تكون المعالجة الحسابية للكلمات ذات 24 بت بسيطة نسبيًا. للقيام بذلك، يتم تنفيذ ثلاث دورات لمعالجة الأجزاء 8 بت من هذه الكلمات. يتم تخزين علامات عمليات ALU (الأعلام) التي تميز نتائج العمليات الحسابية في العلامات التي تحمل الاسم نفسه في سجل العلامات. العلامات النموذجية هي: النتيجة الصفرية، الحمل، الفائض، التكافؤ، الإشارة وبعض العلامات الأخرى. يتم تعيين علامة النتيجة الصفرية ZF (علامة الصفر) على "1" عندما قيمة صفرنتيجة. إذا كانت النتيجة غير الصفر، ZF = 0. يتذكر علم الحمل CF (علم الحمل) قيمة الحمل (الاقتراض) عند إضافة (طرح) المعاملات. يستخدم بعض النواب أيضًا علامة CF لتذكر البت الذي سيتم نقله عند إزاحة المعامل. تعمل علامة الفائض OF (علامة السعة) على إصلاح تجاوز سعة شبكة البت للنتيجة عند إجراء عملية بأرقام موقعة. يحدث التجاوز فقط عندما تكون رموز المصطلحات موجودة نفس القيمبتات الإشارة، ورمز المبلغ له قيمة بتات إشارة مختلفة. لتحديد تجاوز OVR، استخدم عملية منطقية XOR ( حصري أو) فوق قيم يحمل في بتة الإشارة C s-1 من بتة الإشارة C s وفقًا لهذا التعبير، يحدث تجاوز إذا كان الحمل في بتة الإشارة C s-1 لا يتزامن مع قيمة تحمل من علامة التكافؤ C s أو علامة التكافؤ PF (علامة التكافؤ) تشير إلى وجود عدد زوجي من الأرقام الفردية في البايت المنخفض لنتيجة العملية. غالبًا ما يتم استخدام علامة التكافؤ للتحقق من صحة نقل البيانات. تقوم علامة الإشارة SF (علامة الإشارة) بتكرار قيمة البت الأكثر أهمية في النتيجة. علامة SF عند استخدامها رمز إضافييطابق علامة الرقم. في معظم الحالات، يتم استخدام سمات النتيجة للتحكم برمجيًا في تسلسل الأوامر المنفذة أثناء الفروع والحلقات. من بين RONs، غالبًا ما يتم التمييز بين السجلات المستخدمة كسجلات أساسية وسجلات فهرس. في عدد من طرق العنونة، تشارك محتويات السجلات المحددة في تكوين العناوين التنفيذية للمعاملات في الذاكرة. كتلة التحكم. أثناء تنفيذ البرنامج، تقوم وحدة التحكم (الشكل 4) بتنسيق تشغيل جميع كتل MP و نظام المعالجات الدقيقةعمومًا. بمساعدة وحدة التحكم، يتم إنشاء إشارات التحكم اللازمة لتنظيم تبادل المعلومات مع الأجهزة الخارجية، ويتم استرجاع أوامر البرنامج من الذاكرة. بشكل عام، يتم تنفيذ وحدة التحكم الإجراءات التالية:

يقرأ ويخزن الأمر الحالي؛

يولد عنوان الأمر التالي؛

ينفذ تنفيذ خوارزمية الأمر المستلمة من خلال دورات الساعة؛

يتحكم في تبادل المعلومات مع الأجهزة الخارجية عبر ناقل النظام.

تتكون وحدة التحكم من سجل الأوامر (RgK)، ووحدة فك تشفير الأوامر (DshK)، ووحدة توليد إشارة التحكم (BFUS). يتم إرسال إشارات التحكم من مخرجات BFUS إلى مدخلات التحكم الخاصة بكتل MP الأخرى، وإعدادها لأداء عمليات دقيقة معينة. تتضمن وحدة التحكم أيضًا عداد برامج كمبيوتر يمكن الوصول إليه برمجيًا (عداد البرامج) ومؤشر مكدس (مؤشر المكدس). تم تصميم عداد الكمبيوتر للتعامل مع أوامر البرنامج. بعد جلب الأمر التالي من الذاكرة، يتم تكوين عنوان الأمر التالي بالترتيب في سجل IP. في أوامر القفزات المشروطة وغير المشروطة، واستدعاءات الإجراءات الفرعية والإرجاع من الإجراءات الفرعية، يتم تحميل عنوان الانتقال مباشرة في سجل IP. يتم تنفيذ أي أمر كسلسلة من ثلاث مراحل: الجلب وفك التشفير والتنفيذ. تضمن مرحلة أخذ العينات قراءة الأمر التالي من الذاكرة وإرساله إلى MP. يتم تحديد عنوان أمر القراءة من خلال محتويات عداد برنامج الكمبيوتر. يحتوي أي أمر دائمًا على الكل معلومات ضروريةحول العملية التي يتم تنفيذها ومعاملاتها. يتكون هيكل الأمر من جزأين: رمز التشغيل وجزء العنوان. يحدد رمز العملية بشكل فريد نوع العملية التي يتم تنفيذها. يشير جزء العنوان إلى خلايا الذاكرة التي يجب الوصول إليها عند تنفيذ الأمر. اعتمادًا على النوع، يمكن أن يتكون الأمر من بايت واحد أو أكثر، مع وضع كود التشغيل دائمًا في البايت الأول من الأمر. رمز العملية الفريق الحالييتم تذكره في RgK. وفي مرحلة فك التشفير، يتم تحويل محتويات RgK إلى كلمة تحكم باستخدام DshK. بعد جلب الأمر وفك تشفيره، يتلقى OB في شكل معلومات مفككة التشفير حول العملية التي يجب أن يقوم بها، ومكان وجود البيانات في الذاكرة، وأين يجب إرسال نتيجة العملية، ومكان وجود الأمر التالي. في مرحلة التنفيذ، يقوم BFUS بإنشاء سلسلة من إشارات التحكم التي تضمن تنفيذ العملية المحددة في الأمر. عند وصف الوظائف التي تنفذها كتل MP، يمكن تقديم الأخيرة كآلات ذات حالة محدودة (مع أو بدون ذاكرة) أو كمجموعات من آلات الحالة المحدودة المترابطة. يتم استدعاء الإجراء الأولي الذي يتم تنفيذه في إحدى عقد OB خلال دورة ساعة واحدة عملية دقيقة. تتوافق مجموعة العمليات الدقيقة المنفذة في وقت واحد مع التعليمات الدقيقة. بشكل عام، يتكون الأمر من عدة إجراءات بسيطة ويتم تنفيذه عادةً في بضع دورات على مدار الساعة. يتم استدعاء تسلسل التعليمات الدقيقة الذي يضمن تنفيذ الأمر البرامج الثابتة للأوامر. يتم تنفيذ أي أمر في دورات الساعة على مستوى عمليات نقل التسجيل بواسطة برنامج الأوامر الصغير؛ ويسمى جهاز التحكم الآلي الذي يولد مجموعات من إشارات التحكم جهاز البرنامج الصغير (MPA). يتم تقسيم MPA إلى MPA مع منطق التحكم "الصلب" و MPA مع منطق التحكم "الناعم". الميزة الرئيسية لـ MPA مع منطق التحكم "الصارم" هي سرعتها. عند تنفيذ MPA باستخدام منطق التحكم "الناعم"، يتم استخدام بنية نموذجية لآلة آلية مع كتلة ذاكرة برنامج صغير. قبل ظهور تقنية VLSI، كانت المناطق البحرية المحمية ذات منطق التحكم "الناعم" منتشرة على نطاق واسع في الغالب. كان هذا يرجع بشكل رئيسي إلى حقيقة أنه عندما الإعاقاتأتاحت تقنيات إنتاج IC وأدوات التشغيل الآلي لتصميم MPA بمنطق التحكم "الناعم" الاستخدام الفعال لكتل ​​الذاكرة ذات البنية العادية لتخزين البرامج الدقيقة لأوامر النظام الجاري تصميمه. في MPs الحديثة، اعتمادًا على نظام الأوامر وتعقيد خوارزميات برنامج الأوامر الدقيقة، يتم استخدام كلا الطريقتين عند إنشاء MPAs. على مستوى عمليات نقل التسجيل، باستخدام MPA، بغض النظر عن نوع التحكم، يتم تفسير وتنفيذ أوامر الجهاز الخاصة بالبرنامج مباشرة. ولهذا السبب يُطلق على مستوى عمليات نقل التسجيل أيضًا اسم مستوى البرنامج الصغير لتنظيم عمليات الحوسبة الافتراضية. كتلة الواجهة. مصمم لتنظيم تفاعل MP (الشكل 4) مع الذاكرة وأجهزة الإدخال/الإخراج الموجودة على ناقل نظام المعالج، بالإضافة إلى تبادل البيانات بين OB و الأجهزة الداخليةالنائب. يتم إجراء الاتصال المباشر لأجهزة الإدخال / الإخراج بـ MP باستخدام دوائر اقتران خاصة، والتي تسمى واجهة الإدخال / الإخراج. بشكل عام، يجب أن تعمل وحدة واجهة المعالج الوظائف التالية:

توليد إشارات الإخراج على حافلات العنوان والبيانات والتحكم في وضع الإخراج؛

إنشاء عنوان والتحكم في إشارات الإخراج وقراءة الإشارات من ناقل البيانات في وضع الإدخال؛

مزامنة العمليات داخل المعالج وعلى ناقل النظام؛

تنفيذ بروتوكول التبادل القياسي لحافلة النظام.

نظام الحافلاتيجمع البيانات والعنوان وإشارات ناقل التحكم. يحدد بروتوكول تبادل المعلومات SB تسلسلات الإشارات (مخطط توقيت الإشارات على الناقل) التي تضمن النقل الصحيح للمعلومات بين أجهزة نظام المعالجات الدقيقة. تحدد المواصفات الكهربائية للإشارات العاملة على خطوط SS المستويات المضمونة الفولتية الكهربائيةوتحديد الحالتين المنطقيتين "0" و"1" وسعة التحميل الخاصة بهما. إحدى ميزات مكونات VM، التي تجعل من الممكن التفاعل كهربائيًا مع بعضها البعض، هي التوافق مع TTL. يتم تحديد اختيار هذا المعيار للواجهة واسع الانتشارأجهزة مختلفة على دوائر TTL. إشارات الخرج الخاصة بـ MP منخفضة الطاقة (سعة التحميل الخاصة بها تعادل مدخل واحد من دوائر TTL). لمطابقة إشارات خرج MP مع مدخلات الحمل للأجهزة الخارجية، يتم استخدام مكبرات صوت خاصة، ولا سيما أجهزة تشكيل الناقل. التفاعل عبر الناقل (تسجيل النقل بين أحد سجلات OB للمعالج وخلية أو منفذ OP الجهاز الطرفي) يتم تنفيذها لكل دورة حافلة. قد يختلف وقت دورة الناقل حسب سرعة الأجهزة الخارجية. لتنسيق سرعة الأجهزة المتفاعلة أثناء التبادل عبر الناقل، يتم استخدام مبدأ المصافحة. جوهرها هو أن المعالج الذي يتحكم في التبادل ينتظر إشعارًا (إيصالًا) في كل دورة يفيد بأن الجهاز الموجود على الناقل قد أكمل العمليات المتعلقة بالتبادل، أي. وضع البيانات على الناقل أثناء الإدخال أو تلقي البيانات من الناقل أثناء الإخراج. للإخطار، يتم استخدام إشارة "جاهز"، يتم إرسالها من جهاز خارجيإلى المعالج عبر أحد خطوط ناقل التحكم. يتم التحكم في التبادل بواسطة جهاز أوتوماتيكي يعد جزءًا من وحدة واجهة المعالج.