Computer Hardware

Өнөө үед компьютер нь бидний амьдралын салшгүй нэг хэсэг болон бидний ажлыг дээд зэргээр хөнгөвчлөх үнэнч туслах минь билээ. Би энэ блог дээрээ та бүхэнд компьютерийн бүтэц болон техник хангамж талаасаа үүсэл хөгжил түүний архитектур дизайны талаар өөрийн өчүүхэн мэдлэгээсээ хуваалцая.

Хамгийн анхны цахим тооцоолуурын машин 1943 онд Америкын нэгдсэн улсын Пенсильваний мужийн их сургуульд ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) нэртэй хийгдэж байжээ. Энэхүү цахим тооцоолуур нь 30 тонн жинтэй 18000 мянган жижиг хэсгээс тогтдог секундэнд 5000 үйлдэл хийх хүчин чадалтай хэрнээ одоогийн бидний хэрэглэдэг алгын чинээхэн тооны машин шиг 10хан оронд үйлдэл хийж чаддаг байжээ. Гэхдээ энэхүү цахим тооцоолуур нь 1955 он хүртэл ашиглагдсан бөгөөд харин 1952 он Von Neumann –ны компьютер буюу бидний өнөөгийн хэрэглэж буй компьютерийн өвөг эцэг Принцтоны институтэд бүтээгджээ. Энэ нь өөрийн гэсэн санах ой, арифметик байгууламж, программ хангамж, оролт гаралтын төхөөрөмжтэй байсан юм. Мөн 1953 онд IBM корпораци хамгийн анхны 701 компьютероо бүтээж байсан бөгөөд эдгээр нь овор хэмжээны хувьд асар том хэвээрээл байлаа. Харин 1958 оноос эхлэн транзисторыг компьютерт ашигласнаар компьютерийн шинэ эрин үе эхэлсэн гэж хэлж болно. Хамгийн анхны транзистортой компьютер нь IBM7000 байсан юм. Гэхдээ 6-хан жилийн дараанаас буюу 1964 оноос эхлэн транзисторын хэмжээ улам жижигсэж чип гэдэг зүйл бий болсоноор нэг чипэнд 100 хүртэл тооны элемент байрлуулж компьютерийн овор хэмжээ улам багссан. Gordon Moore бид энэ хүний тухай дурсалгүйгээр компьютерийн түүхийг яриж болохгүй. Gordon Moore нь микро электроник, чип, компьютерт амьдралаа зориулсан хүн. 1970 онд Moore’s Law буюу моорийн хуулийг гаргасан бөгөөд түүний зарчмийг одоо хүртэл баримталсаар байгаа. Моорийн хуулиар 18 сар бүр нэг чипэндэх транзисторын тоо 2 дахин ихэснэ, чипний хэмжээ багасах тусам түүний бат бөх чанар сайжирна мөн дотоод холболт багасч найдвартай ажиллагаа сайжирна гэсэн байдаг. Үүний ч дагуу 1971 он гэхэд нэг чипэнд 3000 орчим элемент байрладаг болж энэ цааш 1977 онд 100,000 гэх мэтчилэн хөгжсөөр өнөө үед нэг чипэнд 100,000,000 орчим элемент байрлаж байна. Хамгийн анхны микропроцессортой компьютер нь 1971 онд зохиогдсон Intel 4004 компьютер юм. Микропроцессор гэдэг нь CPU-н элементүүд өмнө нь тусдаа чипэнд байрладаг байсан бол энэ үеээс нэг чипэнд бүгд байрладаг болсон. Энэ нь компьютерийн хөгжилд нэгэн шинэ алхам болсон.

Компьютерийн архитектур

Энэ нь маш өргөн хүрээтэй ухагдахуун бөгөөд анх 1959 онд IBM-н судалгааны багд ажиллаж байсан Lyle R. Johnson, Muhammad Usman Khan, Frederick P. Brooks зэрэг хүмүүс гаргаж байжээ. Компьютерийн архитектур гэдэг нь уг компьютерийн бүтэц, түүний бүрэлдэхүүн хэсэг, зохион байгуулалт, санах ойн бүтэц зэрэг бүх зүйл орох бөгөөд дотроо 3 үндсэн хэсэгт хувааж үзэж болдог.

1. Командын багцын архитектур

Үүнд программын хэл, командуудын төрөл, санах ойн хаяглалт, процессорын регистрүүд зэрэг орно.

2. Микро архитектур

Энэ компьютерийн зохион байгуулалт буюу жижиг элементүүдийн хоорондох холболт зэрэг орно.

3. Системийн загвар

Үүнд системийн холболт буюу дотоод холболт, санах ойн удирдлага ба шатлал, CPU-ны ажиллагаа, боловсруулалт зэрэг орно.

Компьютерийн гол цөм нь болсон Central Processing Unit буюу CPU-ны архитектурын талаар цааш нь дэлгэрэнгүй тайлбарлъя. CPU нь арифметик логик байгууламж, регистр, удирдлагын хэсэг гэсэн 3 үндсэн хэсгээс бүтдэг боловч архитектурынхаа хувьд RISC ба CISC гэж 2 хуваагддаг.

RISC(Reduced Instruction Set Computer) архитектур –1986он

Энэ нь багасгасан командын командын багцтай компьютер буюу CPU энгийн цөөхөн команд ашиглан үйлдэл гүйцэтгэдэг. Өөрөөр хэлбэл RISC-н командууд 1 клокд хийгддэг энгийн хэлбэртэй цөөн тооны командууд байдаг. RISC-г өөрөөр программ хангамж дээр суурилсан архитектур гэж үздэг. Учир нь цөөн командаар олон үйлдэл хийж чаддаг бөгөөд нэг удаа боловсруулахдаа ихээхэн хэмжээний мэдээлэл боловсруулдаг. Үүний тулд RISC нь нэлээн урт олон тооны регистрүүд ашигладаг. Жишээлбэл MIPS процессор нь 94 ширхэг командтай бөгөөд 32 битийн урттай 32 ширхэг регистэртэй бол CISC архитектуртай INTEL процессор 235 командтай 32 битийн урттай 8 регистэртэй байна.

CISC(complex instruction-set computers) архитектур—1980он

Энэ нь бүрэн командын багцтай компьютер гэсэн үг бөгөөд маш олон тооны командаар үйлдэл гүйцэтгэдэг. Мөн командууд нь нүсэр учраас нэлээн хэдэн клокоор нэг үйлдэл хийдэг юм. Энэ нь танд удаан юм шиг санагдаж магадгүй. Гэхдээ RISC-г бодвол маш олон төрлийн командтай учраас программын бичлэгийн хувьд богино маш ойлгомжтой байдгаараа давуу. Гэхдээ мөн программууд нь дандаа дээд түвшний хэл дээр байдаг учраас заавал машин кодруу хөрвүүлэлт хийгддэг. Мөн өгөгдлөө санах ойгоосоо ачааллаад үр дүнгээ санах ойдоо хадгалдаг учраас удирдахад хялбар.

RISC vs CISC

Эцэст нь дүгнээд энэ 2-н ялгааг товчхон бичлээ.

CISC	RISC
Техник хангамж дээр суурилсан	Программ хангамж дээр суурилсан
Олон клокд олон командтай	Нэг клокд, цөөн командтай
Memory-to-memory:	Register to register:
Программ богино бичлэгтэй, олон давталтай	Программ нь их бичлэгтэй, цөөн давталтай
Санах ойн ихэнх хэсэг нь Командууд хадгалдаг	Санах ойн ихэнх хэсэг нь регистрт Зориулагддаг

RISC архитектуртай компьютерүүд: Sony playstation, Nintendo x64, IBM, Apple Macintosh, AMD, ARM, PowerPC, HP, Blackberry, I Phone, I Pad, Hitachi, Atmel гэх мэт дийлэнх брэндүүд RISC ашигладаг. Учир нь 1986 он хүртэл компьютерүүд CISC архитектуртай байсан бол 1986-1990 оны хооронд ихэнх нь RISC архитектуртай болсон.

Цаашид та бүхэнд илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл болон сүүлийн үеийн шинэ технологийн тухай нийтэлж байх болно.