9-dars: Fon Neyman arxitekturasi

3-blokProtsessor9–12 darslar

Nega bu muhim

O’tgan blokda uchta qurilma yig’dik: darvozalar qaror qabul qiladi, summator hisoblaydi, registr eslab qoladi. Ular alohida-alohida stolda yotgan detallar, xolos. Kompyuter esa ulardan yagona mashina yasagan narsadir.

Bu birlashtirish sxemasini 1945-yilda Jon fon Neyman ta’riflab bergan. Hayratlanarlisi: telefoningizdan superkompyutergacha — sakson yildan beri deyarli hamma kompyuter aynan shu sxemada ishlaydi.

Bu darsdan keyin siz

fon Neyman arxitekturasining asosiy qismlarini sanab bera olasiz
“dastur ham xotirada saqlanadi” g’oyasi nega inqilob bo’lganini tushuntira olasiz
olish–dekodlash–bajarish siklini qadam-baqadam ko’rsatib bera olasiz
protsessor “aqlli” emas, shunchaki juda tez ekanini his qilasiz

Nazariya

To’rt qism, bitta mashina

Fon Neyman sxemasida kompyuter to’rt qismdan iborat. Protsessor — ichida ALU (hisob) va boshqaruv bloki bor. Xotira — kataklar qatori, har birining manzili bor. Kiritish-chiqarish — klaviatura, ekran va boshqalar. Ularni bog’lovchi shinalar — ma’lumot oqadigan umumiy simlar.

arxitekturaarchitecture

Kompyuter qismlarining tuzilishi va ular orasidagi kelishuv: nima qayerda turadi, kim kim bilan qanday gaplashadi.

Bularning har birini alohida ko’rgansiz. Yangilik — ularning qanday bog’langanida.

Inqilobiy g’oya: dastur ham xotirada

Eng birinchi kompyuterlarni “dasturlash” simlarni qayta ulash degani edi: yangi masala — necha kun ish. Fon Neyman sxemasida esa buyruqlar ham xotiraga yoziladi — xuddi sonlar kabi.

8-darsni eslang: xotira katagida shunchaki bitlar turadi. Endi o’sha bitlar ba’zan son, ba’zan buyruq bo’ladi. Yangi dastur kerakmi? Simlarni emas, xotiradagi sonlarni almashtirasiz.

Sikl: protsessorning yurak urishi

Protsessor qanchalik murakkab ko’rinmasin, u umrbod faqat uchta ishni takrorlaydi.

Olish — PC registridagi manzildan navbatdagi buyruqni xotiradan o’qiydi. Dekodlash — boshqaruv bloki bu bitlar qaysi amalni bildirishini aniqlaydi. Bajarish — kerakli qismlar (ALU, registrlar, xotira) ishga tushadi. Keyin PC bittaga oshadi va hammasi qaytadan.

olish–dekodlash–bajarish siklifetch-decode-execute cycle

Protsessorning asosiy ish aylanishi: buyruqni xotiradan olish, ma’nosini aniqlash, bajarish — va navbatdagisiga o’tish.

8-darsdagi takt shu yerda uzukka ko’z qo’ygandek tushadi: har sikl qadamlari takt zarblariga bog’lanib, milliardlab element bir tekis yuradi.

“Aqlli” mashinaning siri

Sikldagi birorta qadam aqlni talab qilmaydi: o’qi, solishtir, qo’sh, yoz. Protsessorning butun “sehri” — shu oddiy qadamlarni sekundiga milliardlab marta xatosiz bajarishida.

Sinab ko’r

Quyida uch buyruqli dastur bor: 3 va 4-kataklardagi sonlarni qo’shib, natijani 5-katakka yozadi. Har buyruq uch bosqichdan o’tadi — jami 9 qadam. Har bosishda qaysi yo’l “jonlanganiga” qarang.

Olish — dekodlash — bajarish

Qadam tugmasini bosib, protsessor siklining har bosqichida qaysi yo'l jonlanishini kuzating.

Bu simulyatorda uch buyruqli dastur Fon Neyman sikli bo'yicha ijro etiladi: olish (buyruq xotiradan keladi), dekodlash (boshqaruv bloki tushunadi), bajarish (ALU va registrlar ishlaydi).

JavaScript'siz sinash: "6 va 5 ni qo'shib natijani yozish" ishini uch buyruqqa bo'ling va har buyruq uchun uch bosqichni daftarda yozib chiqing — jami 9 qadam bo'ladi.

OLISHDEKODLASHBAJARISH

O'QI n — n-katakni A ga o'qi · QO'SH n — A ga n-katakni qo'sh · YOZ n — A ni n-katakka yoz

0/9

Dastur: 3 va 4-kataklardagi sonlarni qo'shib, natijani 5-katakka yozish. Qadam bosing.

Xulosa

Fon Neyman arxitekturasi: protsessor + xotira + kiritish-chiqarish + shinalar
Inqilobiy g’oya: dastur ham xotirada — buyruq ham shunchaki son
Protsessor umrbod uch qadamni aylantiradi: olish → dekodlash → bajarish
PC registri navbatdagi buyruq manzilini ushlab turadi
Protsessor aqlli emas — juda tez: sekundiga milliardlab oddiy qadam

O’zingizni sinang

1Fon Neyman sxemasidan oldingi kompyuterlarda yangi dastur qanday 'yozilardi' va bu nega noqulay edi?

Javobni ko'rish

Simlarni jismonan qayta ulash kerak edi — yangi masala uchun mashinani qayta qurish. Bu kunlab vaqt olardi va xatoga juda moyil edi. Dastur xotiraga ko’chgach, yangi dastur — shunchaki xotiradagi yangi sonlar.

2Sikl uch bosqichining har birida qaysi qism bosh rolda?

Javobni ko'rish

Olishda — PC va xotira (manzil boradi, buyruq keladi). Dekodlashda — boshqaruv bloki (bitlarning ma’nosini aniqlaydi). Bajarishda — buyruqqa qarab ALU, registrlar yoki xotira.

3PC registri bo'lmasa protsessor nimani 'unutib qo'yadi'?

Javobni ko'rish

Qayerda turganini. PC navbatdagi buyruqning manzilini saqlaydi — usiz protsessor bir buyruqni bajarib bo’lgach, keyingisini qayerdan olishni bilmay qoladi. Dastur oqimi degan tushunchaning o’zi PC ga tayanadi.

4Simulyatordagi dastur 9 qadam bosdi. 100 buyruqli dastur nechta qadam bosadi va bu real vaqtda qancha?

Javobni ko'rish

Har buyruq 3 bosqich: 300 qadam. 3 GHz protsessorda har qadam taxminan bir takt desak, bu 0.0000001 sekund — ko’z ochib yumguningizcha million marta ulguradi.

5Xotiradagi 0000 0101 bitlari son ham, buyruq ham bo'lishi mumkin. Protsessor qaysi biri ekanini qanday 'biladi'?

Javobni ko'rish

Hech qanday belgi yo’q — farq faqat ishlatilishida. PC shu katakni ko’rsatib tursa, bitlar buyruq sifatida dekodlanadi. Buyruq shu katakdan ma’lumot o’qisa — son bo’ladi. Ma’no bitning o’zida emas, kontekstda.

Amaliy topshiriq

~20 daqiqaoson

Simulyatordagi dasturni “protsessor tilidan” hikoya qilib yozing: to’qqiz qadamning har biri uchun bir gap. “Men PC ga qaradim, u 0 dedi…” uslubida — lekin har gapda qaysi qism ishlagani aniq bo’lsin.

Keyin shu hikoyani yaqiningizga (ota-ona, aka-uka) o’qib bering va bitta savol oling. O’sha savolni va o’z javobingizni yozib qo’ying.

Topshiriladigan natija: 9 gaplik hikoya + berilgan savol va javobingiz.

Darsni belgilash uchun JavaScript kerak. Bu progressni saqlash uchun ishlatiladi — darslikning o'zi JavaScript'siz ham to'liq o'qiladi.