«компьютер жүйелерінің СӘулеті»

Дәрістің қысқаша мазмұны:

Көптеген компьютерлерді құру негізінде 1945 жылы американдық ғалым Джон фон Нейманмен құрастырылған келесі жалпы принциптер жатыр.

1. Екілік кодтау принципі. Осы принципке сәйкес ЭЕМ-ге келіп түсетін барлық ақпарат екілік сигналдар көмегімен кодталада.

2. Программалық басқару принципі. Бұдан программа командалар жиынынан тұратыны белгілі. Олар процессормен қандайда бір ретпен бір-бірімен автоматты түрде орындалады.

Жадыдағы программаны таңдау командалар санағышымен жүзеге асады. Процессордың бұл регистрі ондағы сақталған команда адресін команда ұзындығына ұлғайтады. Демек, программа командалары жадыда бірінен кейін бірі орналасқандықтан, жадыда реттеліп орналасқан ұяшықтардан командалар тізбегін таңдау ұйымдастырылады.

Ал егер команда орындалғаннан кейін келесіге көшу керек болса, шартты немесе шартсыз көшу командасы пайдаланылады. Олар командалар санағышына (счетчик) келесі командадан тұратын жады ұяшығының номерін енгізеді. Жадыдан команданы таңдау «тоқта» (стоп) командасын орындағаннан кейін тоқтайды. Демек, процессор программаны адамның қатысуынсыз автоматты түрде орындайды.

3. Жадының біртектілік принципі. Программалар мен мәліметтер бір жадыда сақталады. Сондықтан компьютер жадының берілген ұяшығында – сан, мәтін немесе команда сақталғанын айыра алмайды.

4. Адрестік принцип. Негізгі құрылымдық жады нөмірленген ұяшықтардан тұрады; процессорға қандайда бір уақыт моментінде кез келген ұяшық қолайлы. Осыдан жады облыстарына атау беру мүмкіндігі туады. Олардың мәндеріне берілген атау көмегімен программаның орындалу процесінде қатынас жасауға немесе ауыстыруға мүмкіндік туғызады.

Бұл принциптерге қатысты құрылған компьютерлер фон-неймандық типке жатады. Бірақ фон-неймандықтан ерекшеленетін компьютерлер бар. Оларда, мысалы, программалық басқару принципі орындалмауы мүмкін, яғни программаның ағымды орындалып жатқан командасын көрсететін «команда счетчигінсіз» жұмыс істеуі мүмкін. Бұл компьютермен жадыда сақталған қандайда бір айнымалыға қатынас жасау үшін оған атау беру қажет емес. Мұндай компьютерлер фон-неймандық-емес деп аталады.

Компьютер жұмысын жалпы былай сипаттауға болады. Біріншіден қандайда бір сыртқы құрылғы көмегімен компьютер жадына программа енгізіледі. Басқару құрылғысы жадының ұяшығындағы мәліметті оқиды. Мұнда программаның бірінші инструкциясы (команда) болады және оның орындалуын ұйымдастырады. Бұл команда арифметикалық немесе логикалық операциялардың орындалуын, арифметикалық немесе логикалық операциялар орындау үшін мәліметтер жадынан оқуды немесе оның нәтижесін жадыға жазуды, сыртқы құрылғыдан мәліметтерді жадыға енгізу немесе мәліметтерді жадыдан сыртқы құрылғыға шығаруды орындайды.

Бір команда орындалғаннан кейін басқару құрылғысы жады ұяшығынан командалар орындай бастайды. Бұл командалар басқару құрылғысына жадының қандайда бір басқа ұяшығында орналасқан командадан бастап, программаның орындалуын жалғастыру керектігін көрсетеді. Мұндай көшу программада әрдайым орындалмайды, тек қана қандайда бір шарттың орындалуы кезінде ғана, мысалы, егер қандайда бір сандар тең, егер алдыңғы арифметикалық операция нәтижесінде ноль шықса немесе т.с.с. Бл программада командалар тізбегін бірнеше рет пайдалануға мүмкіндік береді (яғни цикл ұйымдастыру), қандайда бір шарттың орындалуына қатысты әртүрлі командаларды орындау және т.с.с., яғни қиын программалар құру. Демек, басқарушы құрылғы программа инструкциясын автоматты түрде орындайды, яғни адамның қатысуынсыз. Ол компьютердің жедел жады мен сыртқы құрылғыларымен ақпаратпен алмасуы мүмкін. Өйткені сыртқы құрылғылар компьютердің басқа бөліктеріне қарағанда ақырын жұмыс істейді, басқарушы құрылғы сыртқы құрылғымен енгізу-шығару операциясының аяқталуына дейін программаның орындалуын тоқтата тұруы мүмкін. Орындалған программаның барлық нәтижесі компьютердің сыртқы құрылғыларына шығарылуы керек, содан кейін компьютер сыртқы құрылғылардың қандайда бір сигналын күтуге көшеді.

Қазіргі компьютерлер құрылғыларының схемасы жоғарыда келтірілгеннен бірталай ерекшеленеді. Демек, арифметико-логикалық құрылғы мен басқару құрылғысы бір бүтін құрылғы – орталық процессор болып біріктірілген. Сонымен қатар, программалардың орындалу процесі компьютердің сыртқы құрылғыларынан түскен сигналдармен (үзу) байланысты іс-әрекеттерді орындау үшін үзілуі мүмкін. Көптеген тез жұмыс істейтін компьютерлер бірнеше процессорларда мәліметтерді параллельді өңдеуді жүзеге асырады. Сонымен қатар, көптеген қазіргі компьютерлер негізінен фон Нейман айтқан принциптермен сәйкес келеді.

2. Компьютер құрылымы.

Компьютер құрылымы – бұл оның функционалды элементтері мен олардың арасындағы байланыстар жиынтығы. Элементтер әртүрлі құрылғылар – компьютердің негізгі логикалық торабынан бастап қарапайым схемаға дейін болуы мүмкін.

ДК конструктивті түрде орталық жүйелік блок ретінде көрінеді, онда алмалы-салмалылар (разъемы) арқылы сыртқы құрылғылар: жадының қосымша құрылғысы, пернетақта, дисплей, принтер және т.с.с. қосылады.

• 
  микропроцессор
  
• 
  математикалық сопроцессор
  
• 
  тактілік импульстар генераторы
  
• 
  жедел жады (ОЗУ) мен тұрақты жады (ПЗУ) блоктары (микросхемалар)
  
• 
  пернетақта адаптерлері
  
• 
  үзу контроллері
  
• 
  таймер және т.с.с.
  

Микропроцессор құрамына мыналар кіреді:

• 
  Басқару құрылғысы (БҚ) қажет уақыт моментінде машинаның барлық блоктарына басқарудың қандайда бір басқару (басқармалы импульстар) сигналдарын береді; орындалатын операциямен пайдаланылатын жады ұяшықтарының адресін құрайды және осы адрестерді ЭЕМ-нің сәйкес блоктарына жібереді; импульстар тізімін басқару құрылғысы тактілік импульстар генераторынан алады.
  
• 
  Арифметико-логикалық құрылғы (АЛҚ) сандық және символдық ақпаратпен барлық арифметикалық және логикалық операциялар орындау үшін арналған (ДК кейбір модельдерінде операцияны орындауды жылдамдату үшін АЛҚ-ға қосымша математикалық сопроцессор орнатылады).
  
• 
  Микропроцессорлық жады (МПЖ) ақпаратты аз уақытқа сақтау, жазу және беру үшін қызмет етеді. МПЖ регистрлерде құрылады және машинаның жоғары жылдамдығын қамтамасыз ету үшін пайдаланылады, немесе негізгі жады жоғары жылдамдықты микропроцессорлардың тиімді жұмысы үшін қажет ақпаратты жазу, іздеу және оқуды әрдайым қамтамасыз ете алмайды. Регистрлер – әртүрлі ұзындықты жадының тез жұмыс істейтін ұяшығы.
  
• 
  Микропроцессордың интерфейстік жүйесі ДК басқа құрылғыларымен тартылысты (сопряжения) және байланысты жүзеге асырады; өзіне МП ішкі интерфейсін, буферлік сақтау регистрлері мен енгізу-шығару порттарымен басқару схемасы және жүйелік шинаны қосады. Интерфейс (interface) – компьютер құрылғыларының тартылыс және байланыс әдістерінің жиынтығы. Енгізу-шығару порты (I/O – Input/Output port) – микропроцессорға ДК-дің басқа құрылғыларын қосуға мүмкіндік беретін тартылыс аппаратурасы.
  

• 
  Мәліметтердің кодтық шинасы (МКШ), операндтың сандық кодының (машиналық сөз) барлық разрядына параллель тасымалдау үшін тартылыс схемасы мен проводтардан тұрады;
  
• 
  Адрестің кодтық шинасы (АКШ), негізгі жады немесе сыртқы құрылғының енгізу-шығару порттарының ұяшықтар адресінің барлық разрядтарын параллель тасымалдау үшін тартылыс схемасы мен проводтарды қосады;
  
• 
  Инструкцияның кодтық шинасы (ИКШ), құрамына машинаның барлық блоктарына инструкция (басқарушы сигналдар, импульстар) беруге арналған тартылыс схемасы мен проводтар кіреді;
  
• 
  Қоректендіру шинасы, электр жүйесіне ДК блоктарын қосуға арналған тартылысы схемасы мен проводтардан тұрады.
  

1. 
   микропроцессор мен негізгі жады арасында;
   
2. 
   микропроцессор мен сыртқы құрылғылардың енгізу-шығару порттары арасында;
   
3. 
   негізгі жады мен сыртқы құрылғылардың енгізу-шығару порттары арасында (жадыға тікелей кіру режимінде).
   

Сыртқы жады есте сақтау құрылғыларының әр түрінен тұрады, бірақ ең көп таралған, кез келген компьютерде бар қатты және иілгіш магнитті дисктерде жинақтағыштар болып табылады. Бұл жинақтағыштардың міндеті – ақпараттың үлкен көлемін сақтау, жедел есте сақтау құрылғысында сұраныс бойынша сақталған ақпаратты жазу және беру. Қатты және иілгіш магнитті дисктерде жинақтағыштар өзара сақталатын ақпарат көлемімен және ақпаратты іздеу уақыты, жазу, оқумен ерекшеленеді.

Сыртқы құрылғы ретінде кассеталық магнитті ленталарда (стример) есте сақтау құрылғылары, CD-R және CD-RW оптикалық дисктерде жинақтағыштар пайдаланылады.

Қоректендіру көзі – бұл ДК автономды және желілік электр қуатын пайдалану жүйесі кіретін блок.

Таймер – бұл машина ішіндегі электронды сағат, қажет кезде ағымды уақыт моментін (жыл, ай, сағат, минут, секунд) автоматты түрде жылжытуға мүмкіндік береді. Таймер автономды қоректендіру көзіне – аккумуляторға қосылады және машина желіден өшкеннен кейін де жұмыс істей береді.

Сыртқы құрылғылар (СҚ) – бұл кез келген есептеу кешенінің маңызды құрама бөлігі. СҚ бағасы бойынша кез кезде барлық ДК-дің 50 – 80% құрайды. СҚ құрамы мен сипаттамасына қарай көбінесе ДК басқару жүйелері мен халық шаруашылығында тиімді пайдалануға байланысты.

ДК СҚ машинаны қоршаған ортамен қарым-қатынасын қамтамасыз етеді: пайдаланушылармен, басқару объектілері мен басқа ЭЕМ-мен. СҚ әр қилы болып келеді және белгілер қатары бойынша жіктелуі мүмкін. Міндеті бойынша келесі СҚ түрлерін бөліп қарастыруға болады:

• 
  сыртқы есте сақтау құрылғылары (СЕСҚ) немесе ДК сыртқы жады
  
• 
  пайдаланушының сұхбаттасу құралы
  
• 
  ақпаратты енгізу құрылғылары
  
• 
  ақпаратты шығару құрылғылары
  
• 
  байланыс және телекоммуникация құралдары
  

Сөздік шығару құрылғысы – бұл цифрлік кодтарды әріптер мен сөздерге түрлендіруді орындайтын әртүрлі дыбыс синтезаторы.

• 
  пернетақта – ДК-ге сандық, мәтіндік және басқарушы ақпаратты қолмен енгізуге арналған құрылғы.
  
• 
  графикалық планшеттер (диджитайзерлер) арнайы көрсеткіш (перо) планшеті бойынша тасымалдау жолымен графикалық ақпаратты, бейнені қолмен енгізу үшін; пероны тасымалдау кезінде автоматты түрде оның орналасу координатын есептеу және ДК-де осы кординаттарды енгізу орындалады.
  
• 
  сканерлер (оқитын автоматтар) қағаздық тасымалдағыштармен автоматты түрде оқу үшін және ДК-ге машиналық мәтіндерді, графиктерді, суреттерді, сызбаларды енгізу; мәтіндік режимде сканерді кодтау құрылғысында оқылатын символдар арнайы программалар контурымен салыстырылғаннан кейін ASCII кодында түрлендіріледі, ал графиктік режимде оқылатын графиктер мен сызбалар екіөлшемді реттілікпен түрлендіріледі.
  
• 
  манипуляторлар (көрсету құрылғысы): джойстик, тышқан, трекбол (қобдишадағы шар) және т.с.с., экран бойынша курсордың жылжуын басқару жолымен дисплей экранында графикалық ақпаратты енгізу үшін;
  
• 
  сенсорлық экрандар ДК-де дисплей полиэкранынан бейнелер, программалар немесе командалардың жеке элементтерін енгізу үшін.
  

• 
  принтерлер – қағаздық тасымалдағыштарда ақпаратты тіркеуге арналған баспа құрылғысы.
  
• 
  графтүзеткіштер (плоттер) ДК-ден қағаздық тасымалдағыштарға графикалық ақпаратты (графиктер, сызбалар, суреттер) шығаруға арналған.
  

Жоғарыда аталған құрылғылардың көбі шартты ерекшеленген топ – мультимедиа құралдарына жатады. Мультимедиа құралдары (multimedia – многосредовость) – бұл адамның компьютермен сөйлесуіне мүмкіндік беретін аппараттық және программалық құралдар кешені, олар әртүрлі орталарды: дыбыс, видео, график, мәтін, анимация және т.б. пайдаланады.

Мультимедиа құралдарына ақпаратты сөздік енгізу және шығару құрылғылары жатады. Қазір ең көп таралған сканерлер (өйткені олар компьютерге автоматты түрле мәтіндер мен суреттерді енгізуге мүмкіндік береді); жоғары сапалы видео- (video-) және дыбыстық (sound-) платалар, видеомагнитофон немесе видеокамерамен бейнені түсіретін және оны ДК-ге енгізетін видеозахват (video grabber) платалары; жоғары сапалы акустикалық және видеоөндіруші (видеовоспроизводящий) жүйелер, дыбыс колонкалары, үлкен видеоэрандар.

Компакт дисктердің (CD) бағасы жоғары емес, ал олардың үлкен көлемі (650 Мбайт, ал жаңа типтерде – 1Гбайт және жоғары), CD-да ақпараттық сақтау бағасы пайдаланушылар үшін магнитті дисктерге қарағанда төмен болып табылады. Бұл көптеген программалық құралдарды CD тасымалданатынын көрсетеді. Компакт-дисктерде үлкен мәліметтер қоры, кітапханалар ұйымдастырылады; CD-да сөздіктер, анықтамалықтар, энциклопедиялар сақталады.

CD кең пайдаланылады, мысалы, шет тілін меңгеру, жолда жүру ережесі, бухгалтерлік есеп кезінде. CD аудио- және видеожазбаны сақтау үшін пайдалануға болады, яғни плейерлі аудиокассета және и видеокассета орнына пайдалану.

Қосымша схемалар. Жүйелік шина мен ДК МП-на микропроцессордың: математикалық сопроцессор, жадыға тікелей кіретін контроллер, енгізу-шығару сопроцессоры, үзу контроллері және т.б. функционалды мүмкіндігін кеңейтетін және жақсартатын интегралды микросхемаларымен қосымша платалар қосуға болады.

Математикалық сопроцессор екілік сандармен операцияны тез орындау үшін пайдаланылады. Математикалық сопроцессордың өзінің командалар жүйесі бар және негізгі МП параллель жұмыс істейді. Операцияның орындалу жылдамдығы он есе артады. МП соңғы моделі, 80486 DX МП бастап, сопроцессорды өз құрылымына қосады.

Жадыға тікелей кіру контроллері магнитті дисктерде жинақтағыштарды тікелей басқарудан МП-ды босатады, бұл ДК жылдамдығын жоғарлатады. Бұл контроллерсіз СЕСҚ мен ЖЕСҚ арасында мәлімет алмасу МП регистрі арқылы жүзеге асады.

Енгізу-шығару сопроцессоры МП-мен параллель жұмыс істеу арқылы бірнеше сыртқы құрылғыларды (дисплей, принтер, қатты магнитті диск жинақтағыш, иілгіш МДЖ және т.б.) қамтамасыз ету кезінде енгізу-шығару процедурасын орындауды жылдамдатады; МП-ды енгізу-шығару процедураларын орындаудан босатады, сонымен қатар жадыға тікелей кіру режимін қамтамасыз етеді.

Үзу контроллері ДК-де ең маңызды роль ойнайды. Үзу – бір программаның орындалуын екіншісінің оперативті орындалуы мақсатында уақытша тоқтату. Үзі компьютердің жұмыс істеуі кезінде жиі туындайды. Ақпаратты енгізу-шығарудың барлық процедуралары үзіліс бойынша орындалады, мысалы, таймерден үзіліс секундына 18 рет (пайдаланушы оны елемейді) үзу контроллерімен туындайды және қамтамасыз етіледі.

Үзу контроллері үзу процедурасын қамтамасыз етеді, сыртқы құрылғылардан сұраныс қабылдайды, осы сұраныстың деңгейін анықтайды және МП-ға үзу сигналын береді. МП бұл сигналды алғаннан кейін ағымды программаның орындалуын тоқтата тұрып, сыртқы құрылғы сұраныс жасаған сол үзілісті қамтамасыз етудің арнайы программасын орындауға көшеді. Программа аяқталғаннан кейін үзілген программаның орындалуы жалғастырылады. Үзу контроллері программаланатын болып табылады.

3. ЭЕМ-ді функционалды ұйымдастыру түсінігі.

ЭЕМ-ді функционалдау әртүрлі жіктелуі (реализация) мүмкін: аппараттық-программалық, аппараттық немесе программалық құралдармен.

Регистр – бұл бір санды қабылдау және есте сақтауға арналған ЭЕМ-нің құрамындағы құрылғы, сонымен қатар олармен қандайда бір операция орындауға арналған. Регистр енгізу және шығару сигналдарымен басқарудың жалпы жүйесімен өзара байланысқан триггерлер жиынтығын көрсетеді. Регистр разрядтылығы ондағы пайдаланылатын триггерлер санымен анықталады. Сандармен орындалатын операциялар түрі бойынша қабылдау, тасымалдау және жылжыту регистрлерін ерекшелейді.

ЭЕМ функциясын өндіру әдістері ЭЕМ-нің құрылымдық ұйымдастырылуын құрайды. Сонда элементтік база, ЭЕМ-нің функционалды тораптары мен құрылғылары, әртүрлі программалық модульдер (үзу өңдегіштері, драйверлер, com, exe, tsr, bat, программалар мен подфайлдар және т.б.) ЭЕМ-нің құрылымдық компоненттері болып табылады.

ЭЕМ бірге (совместными) болуы мүмкін, яғни бір программамен (программалық сыйысушылық (совместимость)) жұмыс істеуге бейімделген және біртипті көрсетілген ақпаратты (ақпараттық сыйысушылық) алу кезінде бірдей нәтиже алу. Егер ЭЕМ-нің аппаратуралық бөлігі бірге жұмыс жасау үшін олардың электрлік қосылуына рұқсат берсе, онда ЭЕМ-нің техникалық сыйысушылық да орын алады.

Бірге қосылатын ЭЕМ-дер бірдей функционалды ұйымдастырылуы керек: ақпараттық элементтер (символдар) ЭЕМ-нен енгізу және шығару кезінде бірдей көрсетілуі керек, командалар жүйесі осы ЭЕМ-де ақпаратты бірдей түрлендіру кезінде бірдей нәтиже алуды қамтамасыз ету керек. Мұндай машиналардың жұмысын функционалды – бірге қосылатын операциялық жүйелер басқару керек, ол үшін аппаратуралық-программалық есептеу кешенінің жұмысын жобалау және басқару әдістері мен алгоритмдері бірдей болуы керек. ЭЕМ-нің толық емес сыйысушылығы кезінде (олардың функционалды өндірілуінде сәйкессіздік болған кезде) эмулятор, яғни функционалды элементтерді программалық түрлендіргіш қолданылады.

4. ЭЕМ-ді ұйымдастыру деңгейлері

Кез келген ЭЕМ-нің функционалдау негізі оның берілген іс-әрекетті орындау мүмкіндігі болып табылады. Кез келген ЭЕМ-нің аппараттық құралдары салыстырмалы қарапайым командалардың тек шектелген жиынын орындауы мүмкін. Бұл командалар машинаның машиналық тілін құрайды. Компьютер аппаратурасының қиындығы туралы айтатын болсақ, машиналық командаларды әлдеқайда оңай етіп жасау керек, бірақ көптеген машиналық командалардың жабайылығы оларды пайдалануды ыңғайсыз және қиын етеді. Сондықтан құрастырушылар адам қатынасы (жоғары деңгейлі тілдер) үшін өте ыңғайлы басқа командалар жиынын енгізеді.

Суретте программалау тілдері мен виртуалдьы машина арасында тығыз байланыс бар екенін көрсетеді, бірақ жалпы жағдайда ол сызықты емес болып табылады. Қандайда бір деңгейде жұмыс істеп отырған пайдаланушы негізінен ұйымдастырудың басқа деңгейлерінде болып жатқан процестерді білмеуі де мүмкін, бірақ тиімді программалар құру үшін программалаудың төменгі тілдерін білу қажет. Көптеген қазіргі ЭЕМ-дер виртуалдаудың 6-7 деңгейлерін біріктіреді. Машиналықтан бастап төменгі деңгейлер өзгерістерге консерваторлы.

Қазіргі ЭЕМ-де машиналық командалар микропрограммалар көмегімен жіктеледі. ОЖ жеңгейі аралас деңгей болып табылады, яғни көптеген супервизорлық командалар машиналық деңгейдің командалары болып табылады. ОЖ деңгейі құрамына қосымша машиналық деңгейдің қандайда бір типтік программасы болып табылатын командалар кіреді (енгізу-шығару командасы, программалар арасында ауыстырып қосу. Қарапайым пайдаланушылар машиналықтан бастап оқумен шектеледі. Төменгі деңгейлер құрастырушылар үшін қажет.

5. ЭЕМ сипаттамалары

ЭЕМ-нің негізгі сипаттамалары:

1. ЭЕМ-нің операциялық ресурстары – бұл ЭЕМ мүмкіндіктерінің тізімі. Мұндай мыналар жатады:

• 
  ЭЕМ-де ақпаратты көрсету әдістері
  
• 
  ЭЕМ командалар жүйесі
  
• 
  Адресациялау әдістері
  

2. Жады көлемі (сыртқы және негізгі).

ЭЕМ-нің басқа маңызды сипаттамасы есте сақтау құрылғыларының көлемі болып табылады. Ол ақпараттың құрылымдық бірлік санымен өлшенеді. Бұл көрсеткіш программалар мен мәліметтер жиынының қайсысы біруақытта жадыда орналастырылуы мүмкін екендігін анықтауға мүмкіндік береді.

Негізгі жады, қандай үлкен болмасын, әрқашан шектеулі. Компьютер сипаттамасы үшін негізгі жады көлемі пайдаланылады. Жадыны пайдалану көпбайтты (многобайтно) жүреді, демек, кіру байтпен (максималды жады 4Гб) өлшенеді.

Сыртқы жады шексіз. Сыртқы жады – барлық жинақтаушы құрылғылардың көлемі.

Қазіргі компьютерлерде жоғары оперативті жады (cashe, кэш-жады) бар, оның көлемі – есепті шешу уақытына әсер ететін маңызды параметрлердің бірі. КЭШ-жады – бұл буферлі, пайдаланушы үшін қолайлы емес, жоғары жылдамдықты жады, ақпаратпен операцияны жеделдетуге арналған автоматты түрде компьютермен пайдаланылатын жады. Мысалы, негізгі жадымен операцияны жеделдету үшін микропроцессор ішінде (бірінші деңгей КЭШ-жады) немесе микропроцессордан тыс аналық платада (екінші деңгей КЭШ-жады) регистрлі КЭШ-жады ұйымдастырылады; дискілік жадымен операцияны жеделдету үшін электронды жады ұяшығында КЭШ-жады ұйымдастырылады.

256 Кбайт көлемі бар КЭШ-жады ДК өнімділігін 20% ұлғайтатынын есте сақтау керек.

3. Жоғары жылдамдық және өнімділік (быстродействие и производительность)

Жоғары жылдамдық бір секундта ЭЕМ-мен орындалатын командалар типінің санын сипаттайды. Өнімділік – бұл уақыт бірлігінде ЭЕМ-мен орындалатын жұмыстар көлемі (мысалы, стандартты программалар саны).

Жоғары жылдамдық және өнімділік сипаттамасының анықтамасы шешімнің бірде-бір әдісі жоқ өте қиын есептерді көрсетеді.

ЭЕМ-нің жоғары жылдамдығы компьютермен ақпаратты өңдеу жылдамдығын (секундына орындалатын операциялар саны (V), орындалу уақыты (τ=1/v)) сипаттайды.

Бірақ әртүрлі операцияларға бұл көрсеткіштер әртүрлі, демек, нақты сипаттама – номиналды жоғары жылдамдық (V_н)- бірлік уақытта орындалатын қысқа операциялар саны (көбінесе «+»операциясын алады, ал операндтар процессордың (R-R) ішкі регистрлерінде сақталады). Кейде жоғары жылдамдық сипаттамасы ретінде – негізгі жадыға айналдыру циклі, сонымен қатар тиімді жоғары жылдамдық (V_эф) V_эф=1/ ∑p_iτ_i, мұндағы p_i – i-ші операцияның орындалу ықтималдығы. Мазмұны бойынша ЭЕМ өнімділігі – бұл уақыт бірлігінде орындалатын операцияның орташа саны.

ЭЕМ-нің өнімділігі мыналарға байланысты:

1. 
   Процессордың жоғары жылдамдығы
   
2. 
   Шешілетін есептер класы
   
3. 
   ЭЕМ арқылы есептің өту реті
   

Операция ретінде мұнда көбінесе қосу сияқты қысқа операция қарастырылады. MIPS екінші және үшінші буынның үлкен машиналарын бағалау үшін кең пайдаланылды. Бірақ қазіргі ЭЕМ-ді бағалау үшін келесі белгілер бойынша аз пайдаланылады:

– қазіргі микропроцессор командаларының жиыны бір-бірінен орындалу ұзақтығымен ерекшеленетін жүздеген командаларды қосуы мүмкін;

– MIPS көрсетілген мәндер программа ерекшелігіне қарай өзгереді;

–MIPS мәні мен өнімділік мәні бір-біріне қарама-қайшы болуы мүмкін (мысалы, жүзуші нүктесі бар және жоқ сандар үшін құрамында сопроцессор бар ЭЕМ).

МФЛОПС (MFLOPS – Mega FLoating Operations Per Second) – жүзуші (плавающей) үтірі (нүктесі) бар сандармен миллион операция.

Ғылыми-техникалық есептерді шешу кезінде программаларда жүзуші нүктесі бар операциялардың салыстырмалы салмағы тез ұлғаяды. Бұл жағдайда үлкен бірпроцессорлы машиналар үшін MFLOPS көрсетілген жоғары жылдамдық сипаттамасы пайдаланылды және пайдаланылып келеді. Дербес ЭЕМ үшін бұл көрсеткіш ондағы шешілетін есептер ерекшелігі мен ЭЕМ-нің құрылымдық сипаттамасы үшін қолданылмайды.

ЭЕМ өнімділігінің бағасы әрдайым жуықталған, сонымен қатар операцияның қандайда бір орталықтандырылған немесе нақты түріне негізделеді. әртүрлі есептерді шешу кезінде әр түрлі операциялар жиыны пайдаланылады. Сондықтан ДК сипаттамасы үшін өнімділік орнына көбінесе тактілік жиілікті көрсетеді, өйткені әрбір операция өзінің орындалуы үшін такттер санын қажет етеді. Тактілік жиілікті біле отырып, кез келген машиналық операцияның орындалу уақытын дәл анықтауға болады.

4. ЭЕМ сенімділігі.

Сенімділік – ЭЕМ құрамы қойылған есепті шешу үшін қажет, уақыттың берілген аралығында оған берілген функцияларды орындау. ЭЕМ-нің функционалдауы процесінде жеке элементтердің немесе олардың арасындағы байланыстың түзетілмегенімен байланысты қабылдамау туындайды.

Туындау сипатына қарай қабылдамау :

1. кенет қабыл алмау (элементтердің механикалық құруы)

2. бірте-бірте қабыл алмау (ЭЕМ параметрлерінің деградациясы)

болуы мүмкін.

Математикалық жағынан – қабыл алмау бұл кездейсоқ құбылыс. Ең қарапайым математикалық модель - «Қабыл алмаудың қарапайым потогы» пайдаланылады. Егер қабыл алмау потогы қарапайым болса, онда сенімділік сипаттамасы ретінде қабыл алмау потогының интенсивтілік өлшемі пайдаланылады. λ=1/Т_р Т_р – екі қабылдамау арасындағы тоқтаусыз жұмыстың орташа уақыты.

Егер ЭЕМ-ді жөндеу керек болса, онда қабылдамау себебін тапқаннан кейін – компьютердің жұмысқа қабілеттілігі қалпына келтіріледі (Т_в – қалыпқа келтірудің орташа уақыты). Т_в – нақты уақыт. Қарапайым қабыл алмау потогы бар компьютерлер үшін көрсеткіш ретінде дайындық көрсеткіші пайдаланылады: Кг = Т_р/(Т_р+Т_в), компьютер берілген уақты моментінде қажет есепті шешуге дайын екенін сипаттайды.

5. Баға көрсеткіші – ЭЕМ құрамына кіретін барлық жабдықтарының жалпы бағасы. Егер ЭЕМ жабдықтарының саны жоғарласа, онда оның өнімділігі де өседі. Статистикалық анализ жолымен құны және өнімділік арасында байланыс шығарылды. Бірінші рет Найтпен құрылды және «Грош заңы» деген атауға ие болды. (V=kS²), мұнда к – тұрақты.

Қорытынды, егер компьютердің техникалық базасын ауыстырмаса, онда:

1. ЭЕМ бағасының өсуі кезінде жабдықтар саны өседі және есепті шешу жылдамдығы да төмендейді.

2. ЭЕМ бағасының өсуі кезінде жабдықтар көлемі өседі және жөндеу уақыты ұлғаяды.

Т_∑=Т_сч+Т_р, яғни технологияның берілген деңгейінде жақсы техникалық сипаттама беретін, қандайда бір оптималды бағасы бар.