Kuka kehitti tietokonearkkitehtuurin perusperiaatteet. Tietokonearkkitehtuurin perusteet. Järjestelmäyksikkö sisältää tärkeimmät komponentit

Tietokonearkkitehtuuri - joukko tietokoneen päälaitteita, solmuja ja lohkoja sekä niiden välisten pääohjaus- ja tietoyhteyksien rakenne, joka varmistaa määritettyjen toimintojen suorituskyvyn.

Tietojenkäsittelytieteen arkkitehtuuri– monimutkaisen rakenteen elementtien yhteenliittämisen käsite sisältää loogisten, fyysisten ja ohjelmistorakenteiden komponentteja.

Tietokoneen arkkitehtuuri määräytyy yleensä sen käyttäjän kannalta tärkeiden ominaisuuksien joukosta.

Useimmat nykyaikaiset tietokoneet toimivat unkarilaissyntyisen amerikkalaisen tiedemiehen John von Neumannin vuonna 1945 määrittelemien periaatteiden perusteella:

1. Binäärikoodauksen periaate. Tämän periaatteen mukaan kaikki tietokoneeseen tuleva tieto koodataan binäärisymboleilla (signaaleilla).

2. Ohjelman hallinnan periaate. Tietokoneohjelma koostuu joukosta komentoja, jotka suoritin suorittaa automaattisesti peräkkäin tietyssä järjestyksessä.

3. Muistin homogeenisuuden periaate. Ohjelmat ja tiedot tallennetaan samaan muistiin. Siksi tietokone ei erota, mitä tiettyyn muistisoluun on tallennettu - numeroa, tekstiä tai komentoa. Voit suorittaa samat toiminnot komennoille kuin datalle.

4. Kohdistamisen periaate. Rakenteellisesti päämuisti koostuu numeroiduista soluista, joista mikä tahansa on prosessorin käytettävissä milloin tahansa.

Von Neumannin mukaan tietokone koostuu seuraavista päälohkoista (kuva 1.1.) tiedon syöttö/tulostuslaite; 2) tietokoneen muisti; 3) prosessori, mukaan lukien ohjausyksikkö (CU) ja aritmeettis-looginen yksikkö (ALU)

Tietokoneen käytön aikana tiedot tulevat muistiin syöttölaitteiden kautta. Prosessori hakee käsitellyt tiedot muistista, työskentelee sen kanssa ja sijoittaa käsittelytulokset siihen. Saadut tulokset välitetään henkilölle tulostuslaitteiden kautta .

Tietokoneen muisti koostuu kahden tyyppisestä muistista: sisäinen (operatiivinen) ja ulkoinen (pitkäaikainen) muisti. RAM on elektroninen laite, joka tallentaa tietoja, kun se saa virtansa sähköllä. Ulkoinen muisti on erilaisia ​​​​magneettisia tietovälineitä (nauhat, levyt), optiset levyt.

Viime vuosikymmeninä tietokoneiden parannusprosessi on edennyt annetun rakenteen puitteissa (kuva 1.2).

prosessori- prosessori.

Aritmeettinen logiikkayksikkö ( ALU) – aritmeettisiin laskelmiin ja loogiseen päätöksentekoon.

Muistilaite ( muisti) käytetään tietojen tallentamiseen.

Ohjauslaite ( UU) – erilaisten tietokonelohkojen koordinointi.

ALU:ta, muistia, ohjausyksikköä, syöttö-/tulostuslaitteita ei voida luokitella pelkästään laitteistoiksi, koska ne sisältävät myös ohjelmistoja. Kutsumme sellaisia ​​tietokonejärjestelmien komponentteja.

Riisi. 1.2. Nykyaikainen tietokonearkkitehtuuri

Järjestelmä- joukko elementtejä, jotka noudattavat yleisiä toiminnallisia vaatimuksia.

Avoimen arkkitehtuurin periaate- koostuu sovellusohjelmien siirrettävyyden varmistamisesta eri alustojen välillä ja järjestelmien keskinäisen vuorovaikutuksen varmistamisesta. Tämä ominaisuus saavutetaan käyttämällä kansainvälisiä standardeja kaikille ohjelmisto- ja laitteistoliitännöille järjestelmäkomponenttien välillä. Tämä mahdollistaa ensinnäkin PC:n päivittämisen, täydentäen sitä uusilla elementeillä ja korvaamalla vanhentuneita yksiköitä, ja toiseksi sen avulla käyttäjä voi itsenäisesti luoda PC:nsä rakenteen tiettyjen tavoitteiden ja tavoitteiden mukaan.

Tietokoneen rakenne– tietty malli, joka määrittää sen komponenttien koostumuksen, järjestyksen ja vuorovaikutuksen periaatteet.

Sanaa "arkkitehtuuri" sen alkuperäisessä merkityksessä käytetään kaupunkisuunnittelussa. Koska moderni kaupunki on melko monimutkainen rakenne, se koostuu kaupunginosista, aukioista, kaduista, taloista jne., jotka sijaitsevat tietyllä tavalla.

Katujen ja aukioiden monimutkaisuudessa navigoimiseksi missä tahansa kaupungissa on historiallisesti vakiintunut nimijärjestelmä sekä tietty talojen numerointi. Yleisesti hyväksytyn osoitteen olemassaolon avulla voit määrittää yksiselitteisesti minkä tahansa rakenteen sijainnin ja tarvittaessa löytää sen nopeasti. Monissa tapauksissa katujen asettelu ja nimien antaminen niille on satunnaista. Samalla tapahtuu, että tämä toiminta on huolellisesti harkittu ja on jatkoa kaupungin yleiselle asettelulle, ts. itse asiassa osa sen arkkitehtuuria. Klassinen esimerkki on New Yorkin tunnettu, keskenään kohtisuorassa oleva järjestelmä (katuja ja katuja). Pelkän käytännöllisyyden lisäksi kaupungin arkkitehtuurilla voi olla myös taiteellista arvoa (joka yleensä kiinnostaa enemmän vierailijoita). Mutta tätä "arkkitehtuurin" käsitteen näkökohtaa ei todennäköisesti siirretä tietotekniikkaan.

Analogisesti kaupunkisuunnittelun kanssa on luonnollista ymmärtää tietokoneen arkkitehtuuri sen käyttäjälle välttämättömien ominaisuuksien kokonaisuutena. Nämä ovat ennen kaikkea tietokoneen päälaitteet ja -lohkot sekä niiden välisten yhteyksien rakenne. Jos katsomme esimerkiksi "Tietokoneiden järjestelmien selittävää sanakirjaa", luemme sieltä, että termiä "tietokonearkkitehtuuri" käytetään kuvaamaan tietokoneen "arkkitehtuurin" loogisten pääsolmujen toimintaperiaatetta, konfiguraatiota ja yhteenliittämistä. ”.

Tietokoneen sisäisen rakenteen kuvaaminen ei kuitenkaan ole ollenkaan päämäärä sinänsä: arkkitehtonisesti kiinnostavat vain ne yhteydet ja periaatteet, jotka ovat yleisimmät, moniin tietokoneiden erityistoteutuksiin sisältyviä. Usein puhutaan jopa tietokoneperheistä, ts. malliryhmiä, jotka ovat yhteensopivia keskenään. Samassa perheessä koneiden suunnittelun ja toiminnan perusperiaatteet ovat samat, vaikka yksittäiset mallit voivat erota merkittävästi suorituskyvyn, kustannusten ja muiden parametrien suhteen. Silmiinpistävä esimerkki ovat erilaiset muunnelmat PDP-tietokoneista DEC:ltä (jotka käyttäjät tuntevat paremmin kotimaisista analogeistaan ​​- DVK-sarjasta), MSX-koneperheestä, joka omistaa laajan YAMAHAn, sekä IBM-yhteensopivia henkilökohtaisia ​​tietokoneita, jotka ovat tulvineet maailmaa.

Juuri sitä, mikä on yleistä tietokoneen rakenteessa, kutsutaan arkkitehtuuriksi. On tärkeää huomata, että tällaisen yhteisyyden tarkoitus on loppujen lopuksi täysin ymmärrettävä toive: kaikkien saman perheen koneiden, laitteesta ja valmistajasta riippumatta, pitäisi pystyä suorittamaan sama ohjelma. Tästä seuraa väistämättä johtopäätös, että arkkitehtonisesti kaikki tieto tietokoneen rakentamisesta ei ole tärkeää, vaan vain se, jota voidaan jollain tavalla käyttää ohjelmoinnissa ja "käyttäjätyössä" tietokoneen kanssa. Alla on luettelo yleisimmistä tietokoneen rakentamisen periaatteista, jotka liittyvät arkkitehtuuriin:

Tietokoneen muistin rakenne;

Muistin ja ulkoisten laitteiden käyttötavat;

Kyky muuttaa tietokoneen kokoonpanoa;

Komentojärjestelmä;

Tietomuodot;

Käyttöliittymän organisaatio.

Yhteenvetona kaikesta yllä olevasta saamme seuraavan arkkitehtuurin määritelmän:

"Arkkitehtuuri on tietokonerakentamisen yleisimmät periaatteet, jotka toteuttavat sen päätoimintoyksiköiden toiminnan ja vuorovaikutuksen ohjelmistoohjauksen."

2. KLASSINEN TIETOKONEARkkitehtuuri II VON NEUMANNIN PERIAATTEET

Tietokonearkkitehtuurin opin perustan loi erinomainen amerikkalainen matemaatikko John von Neumann. Hän osallistui maailman ensimmäisen putkitietokoneen ENIACin luomiseen vuonna 1944, kun sen suunnittelu oli jo valittu. Työnsä aikana, useiden keskustelujen aikana kollegoidensa G. Goldsteinin ja A. Berksin kanssa, von Neumann ilmaisi ajatuksen täysin uudesta tietokoneesta. Vuonna 1946 tiedemiehet esittelivät tietokoneiden rakentamisen periaatteensa nykyään klassikkoartikkelissa "Electronic Computing Devicen loogisen suunnittelun alustava tarkastelu". Siitä on kulunut puoli vuosisataa, mutta siinä esitetyt säännökset ovat edelleen ajankohtaisia.

Aiemmin kaikki tietokoneet tallensivat käsitellyt numerot desimaalimuodossa. Kirjoittajat osoittivat vakuuttavasti binäärijärjestelmän edut teknisessä toteutuksessa, aritmeettisten ja loogisten operaatioiden suorittamisen mukavuuden ja yksinkertaisuuden. Myöhemmin tietokoneet alkoivat käsitellä ei-numeerisia tietoja - tekstiä, grafiikkaa, ääntä ja muita, mutta binääridatan koodaus muodostaa edelleen minkä tahansa nykyaikaisen tietokoneen tietopohjan.

Toinen todella vallankumouksellinen idea, jonka merkitystä on vaikea yliarvioida, on Neumannin ehdottama "tallennettu ohjelma" -periaate. Alun perin ohjelma asetettiin asentamalla jumpperit erityiseen korjauspaneeliin. Tämä oli erittäin työläs tehtävä: esimerkiksi ENIAC-koneen ohjelman muuttaminen kesti useita päiviä (vaikka itse laskenta ei voinut kestää muutamaa minuuttia kauempaa - lamput epäonnistuivat). Neumann ymmärsi ensimmäisenä, että ohjelma voidaan tallentaa myös nollien ja ykkösten sarjana samaan muistiin kuin sen käsittelemät numerot. Perusteellisen eron puuttuminen ohjelman ja datan välillä mahdollisti sen, että tietokone pystyi muodostamaan itselleen ohjelman laskelmien tulosten mukaisesti.

Von Neumann ei ainoastaan ​​esittänyt tietokoneen loogisen rakenteen perusperiaatteet, vaan myös ehdotti sen rakennetta, joka toistettiin kahden ensimmäisen tietokonesukupolven aikana. Päälohkot Neumannin mukaan ovat ohjausyksikkö (CU) ja aritmeettis-looginen yksikkö (ALU) (yleensä yhdistetty keskusprosessoriksi), muisti, ulkoinen muisti, syöttö- ja lähtölaitteet. Tällaisen tietokoneen suunnittelukaavio on esitetty kuvassa 2.1. Tasaiset viivat nuolilla osoittavat tiedonkulkujen suunnan, katkoviivat osoittavat ohjaussignaaleja prosessorista muihin tietokoneen solmuihin

Kuva 2.1 - Von Neumannin periaatteille rakennettu tietokonearkkitehtuuri

Ohjauslaite ja aritmeettis-looginen yksikkö nykyaikaisissa tietokoneissa on yhdistetty yhdeksi yksiköksi - prosessoriksi, joka on muistista ja ulkoisista laitteista tulevan tiedon muuntaja (tämä sisältää ohjeiden noudon muistista, koodauksen ja dekoodauksen, suorittaa erilaisia, mukaan lukien aritmeettisia , toiminnot, tietokonesolmujen toiminnan koordinointi). Muisti (muisti) tallentaa tietoa (dataa) ja ohjelmia. Nykyaikaisten tietokoneiden tallennuslaite on "monikerroksinen" ja sisältää RAM-muistin, joka tallentaa tiedot, joiden kanssa tietokone työskentelee suoraan tietyllä hetkellä, sekä ulkoisia tallennuslaitteita (ESD), joiden kapasiteetti on paljon suurempi kuin RAM-muisti. , mutta pääsy on huomattavasti hitaampaa. Muistilaitteiden luokittelu ei pääty RAM- ja VRAM-muistiin - tietyt toiminnot suorittavat sekä SRAM (super-random access memory), ROM (vain lukumuisti) että muut tietokoneen muistin alatyypit.

Kuvatun kaavion mukaan rakennetussa tietokoneessa käskyt luetaan peräkkäin muistista ja suoritetaan. Seuraavan muistisolun numero (osoite), josta seuraava ohjelmakomento puretaan, ilmaistaan ​​erityisellä laitteella - ohjausyksikön komentolaskurilla. Sen läsnäolo on myös yksi kyseisen arkkitehtuurin tunnusomaisista piirteistä.

Von Neumannin kehittämien laskentalaitteiden arkkitehtuurin perusteet osoittautuivat niin perustavanlaatuisiksi, että ne saivat kirjallisuudessa nimen "von Neumann-arkkitehtuuri". Suurin osa nykyajan tietokoneista on Neumann-koneita. Ainoat poikkeukset ovat tietyntyyppiset rinnakkaislaskennan järjestelmät, joissa ei ole ohjelmalaskuria, klassista muuttujan käsitettä ei ole toteutettu, ja niissä on muita merkittäviä perustavanlaatuisia eroja klassiseen malliin (esimerkkejä ovat suoratoisto- ja redusointitietokoneet).

Tietokoneen rakenne on sen toiminnallisten elementtien ja niiden välisten yhteyksien kokonaisuus. Tietokoneen rakenne on esitetty graafisesti lohkokaavioina, joiden avulla voit kuvata tietokonetta millä tahansa yksityiskohtaisella tasolla.

Tietokoneen arkkitehtuuri on sen esitys tietyllä yleisellä tasolla, mukaan lukien kuvaus käyttäjän ohjelmointiominaisuuksista, komentojärjestelmistä, osoitejärjestelmistä, muistin organisoinnista jne. Arkkitehtuuri määrittelee loogisten pääsolmujen toimintaperiaatteet, tietoyhteydet ja yhteenliittämisen. tietokoneesta: prosessori, käyttömuisti (RAM) RAM, OP), ulkoinen tallennustila ja oheislaitteet.

Merkittävin paikka järjestelmien strukturoinnissa on rajapintavälineillä, joita kutsutaan rajapinnoiksi. Liitäntä on joukko kytkimiä, linjoja, signaaleja, elektronisia piirejä ja algoritmeja (protokollia), jotka on suunniteltu vaihtamaan tietoja laitteiden välillä.

Tietokonerakenteet ja -arkkitehtuurit Von Neumannin periaatteet

Useimpien tietokoneiden arkkitehtuuri perustuu seuraaviin yleisiin periaatteisiin, jotka amerikkalainen tiedemies J. von Neumann muotoili vuonna 1945 raportissaan EDVAC-tietokoneesta.

Ohjelman hallinnan periaate; muistin homogeenisuuden periaate; kohdistamisen periaate. Yli 60 vuotta myöhemmin useimmissa tietokoneissa on edelleen "von Neumann-arkkitehtuuri", joka yleensä toteuttaa von Neumannin periaatteita seuraavassa muodossa:

• Random access memory (RAM tai RAM - hajasaantimuisti) on järjestetty joukoksi konesanoja (MS), joilla on kiinteä pituus tai bittikapasiteetti (eli kunkin MS:n sisältämien binääriyksiköiden tai bittien lukumäärää). Esimerkiksi varhaiset PC:t olivat 8-bittisiä, sitten 16-bittisiä ja sitten ilmestyivät 32- ja 64-bittiset koneet. Kerran oli jopa 45-bittisiä (M-20, M-220), 35-bittisiä (Minsk-22, Minsk-32) ja muita koneita;
• OP muodostaa yhden osoiteavaruuden, MS-osoitteet kasvavat matalasta korkeaan;
• OP sisältää sekä tietoja että ohjelmia, ja tietoalueella yksi sana vastaa pääsääntöisesti yhtä numeroa ja ohjelma-alueella - yksi komento (konekäsky - ohjelman vähimmäis- ja jakamaton elementti);
• komennot suoritetaan sisään luonnollinen järjestys(OP:n osoitteiden nousevassa järjestyksessä), kunnes se kokoontuu johtoryhmä(ehdollinen/ehdoton siirtymä tai haara), jonka seurauksena luonnollinen sekvenssi katkeaa;
• CPU voi mielivaltaisesti päästä mihin tahansa OP:n osoitteisiin hakeakseen ja/tai kirjoittaakseen numeroita tai ohjeita MS:ään.

Toiminnalliset lohkot (yksiköt, laitteet)

Lyhyt luettelo tietokoneiden tärkeimmistä laitteista on esitetty kuvassa. 2.1.

Keskusyksikkö (CU) edustaa tietokoneen pääkomponenttia ja sisältää puolestaan ​​CPU - keskusyksikön (CPU) ja RAM-muistin (Main Storage, Core Storage, Random Access Memory - RAM).

Prosessori toteuttaa suoraan tietojenkäsittelyn ja laskentaprosessin ohjauksen toiminnot, hakemalla konekäskyjä ja dataa toimintamuistista.

2.1. Tietokonerakenteet ja -arkkitehtuurit

Riisi. 2.1. Luettelo tietokonelaitteista

* Näitä laitteita ei oteta huomioon tässä. Lukija voi viitata esim.

muisti, niiden suorittaminen ja tulosten tallentaminen OP:iin, tietokoneen käynnistäminen ja sammuttaminen. Otetaan esimerkkinä Intel Pentium -prosessori (kuva 2.2). Se koostuu seuraavista lohkoista:

Ydin. Päätoimilaite, joka sisältää aritmeettis-loogisen yksikön (ALU tai Aritmetic and Logical Unit - ALU), rekisterit, liukuhihnat. ALU - prosessorin osa, joka suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita tiedoille, toimii sille välitettyjen toimintakoodien mukaisesti, jotka on suoritettava rekistereihin sijoitetuille muuttujille. Parempi suorituskyky saavutettiin kahden liukuhihnan ansiosta, mikä mahdollistaa useiden käskyjen suorittamisen samanaikaisesti. Nämä ovat kaksi rinnakkaista 5-vaiheistanaa, joiden avulla voit lukea, tulkita ja suorittaa kaksi komentoa samanaikaisesti. Kokonaislukukäskyt voidaan suorittaa yhdessä kellojaksossa. Nämä liukuhihnat eivät ole samoja: U-putki suorittaa minkä tahansa käskyn 86-perheen käskyjoukosta; V-pipeline suorittaa vain "yksinkertaisia" komentoja, eli komentoja, jotka on täysin sisäänrakennettu MP-piireihin ja jotka eivät vaadi suoritettaessa mikrokoodiohjausta (nämä ovat komentoja, jotka

Riisi. 2.2.

pariliitoksen salliminen muiden käskyjen kanssa: rekisteri-rekisteri, muisti-rekisteri, rekisteri-muisti, siirtymät, kutsut, aritmeettis-loogiset operaatiot);

• haaran ennustaja - lohko, joka "yrittää arvata" ohjelman haarautumissuunnan ja ladata tiedot etukäteen komennon esihaku- ja dekoodauslohkoihin;
• haaran osoitepuskuri (Branch Target Buffer - BT B). Tarjoaa dynaamisen haaran ennustamisen. Se parantaa käskyjen suoritusta muistamalla valmiit haarat (viimeiset 256 haaraa) ja suorittamalla ennakoivasti todennäköisimmän haaran, kun haarakäsky noudetaan. Staattiset ennustusmenetelmät sanelevat, tuleeko tietyntyyppiset siirtymät aina suorittaa vai ei. Dynaamiset menetelmät tutkivat siirtymäkomentojen käyttäytymistä edellisen ajanjakson aikana;
• liukulukuyksikkö. Suorittaa liukulukukäsittelyn;
• Tason 1 välimuisti. Prosessorissa on kaksi 8 kt:n muistipankkia, yksi käskyille ja toinen datalle, jotka ovat nopeampia kuin tilavampi ulkoinen välimuisti (L2-välimuisti).
• Väylän käyttöliittymä. Lähettää komentoja ja tietoja CPU:lle ja siirtää tietoja CPU:sta.

Ulkoiset (oheislaitteet) (VU). Ohjauslaitteet tarjoavat vuorovaikutusta ympäristön – käyttäjien, ohjausobjektien ja muiden koneiden – kanssa.

Liitännät yhdistää koneen keskeiset komponentit sen ulkoisiin laitteisiin.

Samantyyppisiä keskusyksikköjä ja tiedontallennuslaitteita voidaan käyttää erityyppisissä koneissa. On esimerkkejä siitä, kuinka yritykset, jotka aloittivat toimintansa ohjauskoneiden tuotannossa, parantaen tuotteitaan, siirtyivät järjestelmien tuotantoon, jotka ohjausyksikön kokoonpanosta riippuen voivat toimia sekä yleis- että ohjauskoneina ( Hewlett-Packardin koneet – HP ja Digital Equipment Corporation – DEC).

Tietokonearkkitehtuurit

Tähtien arkkitehtuuri. Tässä prosessori (CU) - kuva. 2.3, A - kytketty suoraan tietokoneeseen ja ohjaa niiden toimintaa (koneen varhaiset mallit). Tätä tyyppiä kutsutaan myös klassiseksi arkkitehtuuriksi (von Neumann) - yksi aritmeettis-looginen yksikkö (ALU), jonka läpi tietovirta kulkee, ja yksi ohjauslaite (CU), jonka kautta komento kulkee - ohjelma. Tämä on yhden prosessorin tietokone.

Princetonin ja Harvardin arkkitehtuuri. Von Neumann-arkkitehtuuri tunnistetaan usein Princeton-arkkitehtuuriin, jolle on ominaista jaetun RAM-muistin käyttö ohjelmien ja tietojen tallentamiseen. Harvardin arkkitehtuurille on ominaista käskymuistin (ohjelmien) ja datamuistin fyysinen erottaminen toisistaan. Harvardin arkkitehtuurin elementtejä käytetään usein nykyaikaisissa prosessoreissa, joissa CPU-välimuisti varaa käskymuistin (I-cache) ja datamuistin (D-cache).

Hierarkkinen arkkitehtuuri(Kuva 2.3, b) - Ohjauskeskus on kytketty oheisprosessoreihin (apuprosessorit, kanavat, kanavaprosessorit), jotka puolestaan ​​ohjaavat ohjaimia, joihin tietokoneryhmät on kytketty (IBM 360-375 -järjestelmät, ES-tietokoneet);

Selkärangan rakenne(yhteinen linja - unibas, kuva 2.3, V) - Prosessori (prosessorit) ja muistiyksiköt (RAM) ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja tietokoneen (tietokoneen ohjaimet) kanssa sisäisen kanavan kautta, joka on yhteinen kaikille laitteille (DEC-koneet, IBM PC -yhteensopivat PC:t).

Teknisesti väylä on joukko johtimia (linjoja), jotka yhdistävät tietokoneen eri komponentteja virran syöttämiseksi ja tietojen vaihtamiseksi. Väylässä on vähimmäiskokoonpanossa kolmen tyyppisiä linjoja:

hallinta; osoitteet; tiedot.

Tämäntyyppinen arkkitehtuuri sisältää myös PC-arkkitehtuurin. Tietenkin PC:n todellinen rakenne (kuva 2.3, G) eroaa teoreettisista kaavioista - tässä käytetään useita väyläliitäntöjä, jotka on yhdistetty toisiinsa siltojen avulla - muistiohjaimet (Northbridge, "North Bridge") ja oheislaitteet (Southbridge, "South Bridge").

Riisi. 2.3. Tietokonearkkitehtuurien pääluokat: A- keskitetty; b- hierarkkinen; V- päälinja; G - henkilökohtaisen tietokoneen yleinen rakenne - Northbridge/Southbridge-arkkitehtuuri

Tässä on esimerkki Triton 430 TX -piirisarjasta:

• Northbridge - 82439TX System Controller -siru, MTHS. Integroi välimuistin, OP- ja PCI-väylän ohjauksen;
• Southbridge - 82371AB PCI ISA IDE Xcelerator, PIIX4 on monitoimilaite, joka toteuttaa PCI-ISA-viestinnän, USB-keskittimen toiminnot ja Enhanced Power Management -toiminnot. Se toteuttaa Dynamic Power Management Architecture (DPMA) -arkkitehtuurin dynaamiseen energianhallintaan. Tuetaan myös Direct Memory Access Protocol (Ultra DMA) -protokollaa, joka tarjoaa 33 MB/s siirtonopeuden kiintolevyltä.

Nykyaikaiset järjestelmät sisältävät kahdenlaisia ​​renkaita:

• järjestelmäväylä, prosessorin yhdistäminen OP- ja tason 2 välimuistiin;
• joukko tulo-lähtö väylät, prosessorin liittäminen erilaisiin oheislaitteisiin.

DIB-arkkitehtuurilla varustettu järjestelmäväylä (Dual független väylä) on jaettu fyysisesti kahteen osaan (kuva 2.3, G):

• ensisijainen väylä (FSB, etupuolen väylä), joka yhdistää prosessorin OP:hen ja OP:n oheislaitteilla;
• toissijainen väylä (BSB, taustaväylä) tiedonsiirtoa varten välimuistin kanssa.

Kahden itsenäisen väylän käyttö parantaa suorituskykyä sallimalla prosessorin käyttää eri muistitasoja rinnakkain. Tyypillisesti termejä "FSB" ja "järjestelmäväylä" käytetään vaihtokelpoisina.

On syytä muistaa, että rajapintojen kuvaamiseen tällä hetkellä käytetty terminologia ei ole täysin yksiselitteistä ja selkeää. Järjestelmäväylää kutsutaan usein "isäntäväyläksi", "isäntäväyläksi", "prosessoriväyläksi" tai "paikallisväyläksi". I/O-väylillä käytetään termejä "laajennusväylä", "ulkoinen väylä" ja jälleen "paikallinen väylä".

IBM-PC:n avoin arkkitehtuuri ja sen kehitys

Ensin IBM PC-, IBM PC/XT- ja PC/AT-koneissa toteutettu avoimen arkkitehtuurin käsite olettaa, että oheislaitteet kommunikoivat CPU:n (prosessorin) kanssa.

ja OP) vaihdettavien laajennuskorttien (tai sovittimien) kautta, jotka sisältävät elektroniikkaa, vastaavan ohjauskeskuksen ja oheislaitteet - kuva 1. 2.4. Joidenkin ulkoisten laitteiden kehittämiseen tai korvaamiseen toisilla tällaisissa olosuhteissa liittyy yksinkertainen kortin vaihto.

Riisi. 2.4. IBM PC:n avoin arkkitehtuuri:

1 - emolevy (prosessori, muisti, piirisarja); 2 - sisäinen liitäntä (ISA, MCA, SCSI, LPC, AGP, HyperTransport, PCI, PCI-X jne.); 3 - laajennuskortti (sovitin, liitäntäkortti, ulkoinen laiteohjain); 4 - ulkoisen laitteen liitäntä (RS-232, Centronics, USB, Firewire, infrapuna, eSATA, Bluetooth jne.); 5 - oheislaite (näppäimistö, näyttö, tulostin, skanneri jne.)

Emolevyt ja niiden lajikkeet. Emolevyä kutsutaan myös emolevyksi tai emolevyksi, joskus taustalevyksi. Se on tietokoneen sisällä oleva pääkytkentäkaavio, jossa on prosessori, muisti, laajennuspaikat ja joka liitetään suoraan tai epäsuorasti kaikkiin tietokoneen osiin.

Alla olevat kuvat havainnollistavat kahden tyypillisen levyn komponentteja:

• Baby AT (BAT), joka käyttää Socket 7 -liitintä prosessorin kytkemiseen, noin 1995 (kuvat 2.5, 2.7, A);
• ATX Slot 1 -liittimellä emolevyille tyypillisen Pentium I -prosessorin liittämiseen, markkinoilla vuoden 1998 lopusta lähtien (kuvat 2.6, 2.7, b).

Ensimmäisten tietokoneiden avoin arkkitehtuuri merkitsi vähintään laitteita, joiden ohjaimet oli integroitu emolevyyn (esimerkiksi näppäimistöportti). Kaikki muut, mukaan lukien näyttösovitin, tulostinsovitin, modeemisovitin, kiintolevy- tai kiintolevyohjain, olivat lisäkomponentteja, jotka oli kytketty laajennusliittimien kautta.

1990-luvun lopulla. On ollut suuntaus sijoittaa oheislaitteita suoraan järjestelmään

Riisi. 2.7. Koteloiden takapaneelissa sijaitsevat liittimet ja liitännät: A- Baby AT board (kaaviollinen kuva), b- ATX (sama); V - yleiskuva tietyntyyppisistä ulkoisista liitännöistä: 1 - liitin näytön virtajohdon liittämiseen (saattaa puuttua ATX-koteloista); 2 - liitin tietokoneen liittämiseksi vaihtovirtaverkkoon; 3 - liitin PS/2-näppäimistön liittämiseen (mini-DIN, 6 nastaa); 4 - liitin DIN-5-näppäimistön liittämiseen; 5 - PS/2-hiiriliitin; 6 - USB-portit; 7 - sarjaportti (COM2); 8 - sarjaportti (COM1); 9 - rinnakkaisportti (LPT); 10 - videolähtö (VGA/SVGA); 11 - liitin paikallisen verkon yhdistämiseen (tietokonemallin mukaan); 12 - MIDI-/peliportti (tietokonemallin mukaan); 13 - liitännät ulkoisten äänijärjestelmien liittämiseen (tietokonemallin mukaan)

Jonkin ajan kuluttua integroitiin huomattava määrä laitteita, mutta monet niistä - grafiikka, verkkoliitäntä, SCSI ja äänilaitteet - jäivät edelleen irrotettaviksi. Tämä prosessi oli hidas, esimerkiksi I/O-portit ja levyohjaimet sijaitsivat usein laajennuskorteilla jo vuonna 1995. Valmistajat ovat jatkuvasti kokeilleet eri integrointitasoja rakentamalla joitakin tai jopa kaikkia näistä komponenteista emolevylle. Siinä on kuitenkin ilmeinen este - kokoonpanon päivittäminen on vaikeampaa, koska integroituja komponentteja ei voida poistaa. Erittäin integroidut emolevyt vaativat usein mukautetun kotelon, ja yksittäisen viallisen komponentin vaihtaminen voi edellyttää emolevyn hävittämistä.

Näin ollen ne järjestelmän osat, joiden tekniset tiedot muuttuvat nopeimmin - RAM, CPU ja grafiikka - sijoitetaan parhaiten paikkaan, jotta ne voidaan vaihtaa helposti. Samoin komponentit, joita kaikki käyttäjät eivät käytä, kuten verkkoliitännät tai SCSI, poistetaan yleensä ydinspesifikaatiosta (kustannusten vähentämiseksi).

Essee

Aihe: 'Tietokonearkkitehtuuri ja sen pääominaisuudet'.

Johdanto

Elektroniset tietokoneet (tietokoneet) tai, kuten niitä nykyään useammin kutsutaan, tietokoneet ovat yksi ihmisen hämmästyttävimmistä luomuksista. Suppeassa mielessä tietokoneet ovat laitteita, jotka suorittavat erilaisia ​​laskelmia tai helpottavat tätä prosessia. Yksinkertaisimmat samanlaisia ​​tarkoituksia palvelevat laitteet ilmestyivät muinaisina aikoina, useita tuhansia vuosia sitten. Ihmissivilisaation kehittyessä ne kehittyivät hitaasti ja kehittyivät jatkuvasti. Kuitenkin vain sisään vuosisadamme 40-luku alku luotiin modernin arkkitehtuurin ja modernin logiikan tietokoneiden luomiselle. Näitä vuosia voidaan oikeutetusti pitää nykyaikaisten (luonnollisesti, elektronisten) tietokoneiden syntymäaikana.

Jotta tietokone olisi sekä tehokas että monipuolinen työkalu, sen tulee sisältää seuraavat rakenteet: aritmeettis-looginen keskusyksikkö (ALU), toimintoja "johtava" keskusohjausyksikkö (CU), tallennuslaite tai muisti ja syöttö/tulostuslaitteet.

Von Neumann huomautti, että tämän järjestelmän on toimittava binäärilukujen kanssa, oltava elektroninen eikä mekaaninen laite ja suoritettava toiminnot peräkkäin, yksi toisensa jälkeen.

periaatteet von Neumannin muodostama versio tuli yleisesti hyväksytyksi ja muodosti perustan sekä ensimmäisten sukupolvien suurille tietokoneille että myöhemmille mini- ja mikrotietokoneille. Ja vaikka viime aikoina on etsitty aktiivisesti tietokoneita, jotka on rakennettu muilla kuin klassisilla periaatteilla, useimmat tietokoneet on rakennettu Neumannin määrittelemien periaatteiden mukaan.

Tietokoneen arkkitehtuuri ja rakenne

Tietotekniikan perusominaisuudet

Tietotekniikan pääominaisuuksia ovat sen toiminnalliset ja tekniset ominaisuudet, kuten nopeus, muistikapasiteetti, laskentatarkkuus jne.

Tietokoneen suorituskyky tarkastellaan kahdella tavalla. Toisaalta sille on ominaista keskusprosessorin suorittamien perustoimintojen määrä sekunnissa. Alkeisoperaatiolla tarkoitetaan mitä tahansa yksinkertaista toimintoa, kuten lisäämistä, siirtoa, vertailua jne. Toisaalta tietokoneen nopeus riippuu merkittävästi sen muistin järjestämisestä. Aika, joka kuluu tarvittavien tietojen etsimiseen muistista, vaikuttaa merkittävästi tietokoneen nopeuteen.

Sovellusalueesta riippuen tietokoneita valmistetaan nopeuksilla, jotka vaihtelevat useista sadoista tuhansista miljardeihin operaatioihin sekunnissa. Monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseksi on mahdollista yhdistää useita tietokoneita yhdeksi laskentakompleksiksi vaaditulla kokonaisnopeudella.

Nopeuden ohella käsitettä käytetään usein esitys. Jos ensimmäinen määräytyy pääasiassa tietokoneessa käytetyn elementtijärjestelmän mukaan, niin toinen liittyy sen arkkitehtuuriin ja ratkaistavien ongelmien tyyppeihin. Jopa yhdelle tietokoneelle sellainen ominaisuus kuin nopeus ei ole vakioarvo. Tässä suhteessa ne erottavat: huippusuorituskyvyn, joka määräytyy prosessorin kellotaajuuden mukaan ottamatta huomioon pääsyä RAM-muistiin; nimellinen suorituskyky, joka on määritetty ottaen huomioon RAM-muistin käyttöaika; järjestelmän suorituskyky, joka määritetään ottaen huomioon laskentaprosessin järjestämisen järjestelmäkustannukset; operatiivisia, määritetään ottaen huomioon ratkaistavien tehtävien luonne (toimintojen koostumus tai niiden "yhdistelmä").

Muistin kapasiteetti tai tilavuus määräytyy tietokoneen muistiin tallennettavissa olevan tiedon enimmäismäärän mukaan. Tyypillisesti muistikapasiteetti mitataan tavuina. Kuten jo todettiin, tietokoneen muisti on jaettu sisäiseen ja ulkoiseen. Sisäinen tai hajasaantimuisti vaihtelee kooltaan eri koneluokissa ja sen määrää tietokoneen osoitejärjestelmä. Ulkoisen muistin kapasiteetti on käytännössä rajaton lohkorakenteen ja irrotettavan aseman rakenteen ansiosta.

Laskennan tarkkuus riippuu yhtä numeroa edustavien numeroiden määrästä. Nykyaikaiset tietokoneet on varustettu 32- tai 64-bittisillä mikroprosessoreilla, mikä riittää varmistamaan laskelmien korkean tarkkuuden monissa sovelluksissa. Jos tämä ei kuitenkaan riitä, voit käyttää kaksi- tai kolminkertaista bittiristikkoa.

Komentojärjestelmä- Tämä on luettelo komennoista, jotka tietokoneen prosessori pystyy suorittamaan. Komentojärjestelmä määrittää, mitä tiettyjä operaatioita prosessori voi suorittaa, kuinka monta operandia komennossa on määritettävä ja minkä tyyppinen (muoto) komennon tulee tunnistaa. Päätyyppisten komentojen määrä on pieni. Niiden avulla tietokoneet pystyvät suorittamaan yhteen-, vähennys-, kerto-, jakolasku-, vertailu-, muistiin kirjoittamista, lukujen siirtämistä rekisteristä rekisteriin, muuntamista lukujärjestelmästä toiseen jne. Tarvittaessa komentoja muokataan , ottaen huomioon laskelmien erityispiirteet. Tyypillisesti tietokone käyttää kymmenistä satoihin komentoja (ottaen huomioon niiden muutokset). Tietotekniikan nykyisessä kehitysvaiheessa prosessorin käskyjärjestelmän luomisessa käytetään kahta pääasiallista lähestymistapaa. Toisaalta tämä on perinteinen lähestymistapa, joka liittyy prosessorien kehittämiseen täydellä käskysarjalla - CISC (Complete Instruction Set Computer) -arkkitehtuuri. Toisaalta tämä on supistetun yksinkertaisten, mutta usein käytettyjen käskyjen toteuttamista tietokoneessa, mikä mahdollistaa prosessorin laitteiston yksinkertaistamisen ja sen suorituskyvyn lisäämisen - RISC-arkkitehtuuri (Reduced Instruction Set Computer - tietokone, jossa on supistettu ohjesarja).

Tietokoneen hinta riippuu monista tekijöistä, erityisesti nopeudesta, muistikapasiteetista, komentojärjestelmästä jne. Tietokoneen erityinen kokoonpano ja ennen kaikkea koneeseen sisältyvät ulkoiset laitteet vaikuttavat suuresti kustannuksiin. Lopuksi ohjelmistojen hinta vaikuttaa merkittävästi tietokoneen hintaan.

Tietokoneen luotettavuus- tämä on koneen kyky säilyttää ominaisuutensa tietyissä käyttöolosuhteissa tietyn ajan. Seuraavat indikaattorit voivat toimia kvantitatiivisena arviona sellaisen tietokoneen luotettavuudesta, joka sisältää elementtejä, joiden vika johtaa koko koneen vikaantumiseen:

Vikattoman toiminnan todennäköisyys tietyn ajan tietyissä käyttöolosuhteissa;
tietokoneen keskimääräinen aika vikojen välillä;
koneen keskimääräinen palautumisaika jne.

Monimutkaisemmissa rakenteissa, kuten tietokonekompleksissa tai järjestelmässä, "vian" käsite ei ole järkevä. Tällaisissa järjestelmissä yksittäisten elementtien viat johtavat lievään toimintatehokkuuden heikkenemiseen eivätkä kokonaisen suorituskyvyn täydelliseen menettämiseen.

Myös muut tietotekniikan ominaisuudet ovat tärkeitä, esimerkiksi: monipuolisuus, ohjelmistojen yhteensopivuus, paino, mitat, energiankulutus jne. Ne otetaan huomioon arvioitaessa tiettyjä tietokoneen sovellusalueita.

Bibliografia

Bukchin L.V., Bezrukiy Yu.L. IBM-yhteensopivien tietokoneiden levyjärjestelmä. - M.: Binom, 1993. - 284 s.

Lagutenko O.I. Modeemit. Käyttöopas. - Pietari: Lan, 1997. - 364

Tietokone Tiede. Peruskurssi

Simonovich S.V. ja muut - Pietari: Peter Publishing House, 2000.

Ugrinovich N.D. Tietojenkäsittelytiede ja tietotekniikka. Oppikirja luokille 10-11. Jatkokurssi. - M.: Perustiedon laboratorio, 2000.

A. A. Smirnov Computer Systems Architecture, M. Nauka, 1990

Abstrakti 1

Johdanto 2

Tietokoneen arkkitehtuuri ja rakenne 3

Tietokone... käsite arkkitehtuuri tietokone, jonka sisältö on melko laaja. Arkkitehtuuri tietokone - ... ominaisuudet tietokone, määrittelevä hänen rakenne: tekninen ja toiminnallinen ominaisuudet tietokone ...

Kun tarkastellaan tietokonelaitteita, on tavallista erottaa niiden arkkitehtuuri ja rakenne. Arkkitehtuuri tietokone on sen kuvaus jollain yleisellä tasolla, mukaan lukien kuvaus käyttäjän ohjelmointiominaisuuksista, komentojärjestelmistä, osoitejärjestelmistä, muistin organisaatiosta jne. Arkkitehtuuri määrittelee tietokoneen tärkeimpien loogisten solmujen: prosessorin, RAM:n, ulkoisen muistin ja oheislaitteiden toimintaperiaatteet, tietoyhteydet ja yhteenliittämisen. Eri tietokoneiden yhteinen arkkitehtuuri varmistaa niiden yhteensopivuuden käyttäjän näkökulmasta. Rakenne Tietokone on joukko sen toiminnallisia osia ja niiden välisiä yhteyksiä. Elementit voivat olla monenlaisia ​​laitteita - tietokoneen loogisista pääsolmuista yksinkertaisimpiin piireihin. Tietokoneen rakenne on esitetty graafisesti lohkokaavioina, joiden avulla voit kuvata tietokonetta millä tahansa yksityiskohtaisella tasolla. Yleisimmät arkkitehtoniset ratkaisut ovat:

1. Klassista arkkitehtuuria (von Neumann -arkkitehtuuri) - yksi aritmeettis-looginen yksikkö (ALU), jonka kautta tietovirta kulkee, ja yksi ohjauslaite (CU), jonka kautta komentovirta kulkee. Tämä on yhden prosessorin tietokone. Tämän tyyppiseen arkkitehtuuriin kuuluu myös yhteisellä väylällä varustetun henkilökohtaisen tietokoneen arkkitehtuuri. Kaikki toiminnalliset lohkot tässä on yhdistetty toisiinsa yhteisellä väylällä, jota kutsutaan myös järjestelmäväyläksi. Runkojohtosarja on jaettu erillisiin ryhmiin: osoiteväylä, dataväylä ja ohjausväylä. Oheislaitteet on kytketty tietokonelaitteistoon erityisten ohjaimien kautta - ohjauslaite, joka yhdistää oheislaitteet tai viestintäkanavat keskusprosessoriin vapauttaen prosessorin tämän laitteen toiminnan suorasta hallinnasta.

Yhteinen bussi

2. Moniprosessoriarkkitehtuuri. Useiden prosessorien läsnäolo tietokoneessa tarkoittaa, että useita tietovirtoja ja useita komentovirtoja voidaan järjestää rinnakkain ( Yhden tehtävän useita fragmentteja voidaan käsitellä rinnakkain). Tällaisen koneen rakenteessa on yhteinen RAM ja useita prosessoreita. Tätä arkkitehtuuria käytetään ratkaisemaan ongelmia valtavalla määrällä laskentaa.

3. Monikoneinen laskentajärjestelmä. Täällä useilla tietokonejärjestelmään kuuluvilla prosessoreilla ei ole yhteistä RAM-muistia, mutta jokaisella on oma ( paikallinen). Monen koneen järjestelmän yksittäisellä tietokoneella on klassinen arkkitehtuuri ja tällaista järjestelmää käytetään melko laajasti. Tällaisen laskentajärjestelmän käytön vaikutus voidaan kuitenkin saada vain ratkaisemalla tehtäviä, joilla on erityinen rakenne: se on jaettava niin moneen löyhästi kytkettyyn osatehtävään kuin järjestelmässä on tietokoneita.

Nykyaikaiset autot sisältävät usein elementtejä erityyppisistä arkkitehtonisista ratkaisuista. On myös arkkitehtonisia ratkaisuja, jotka poikkeavat radikaalisti käsitellyistä.

VM-luokitus

Ominaisuuksien ja ominaisuuksien moninaisuus johtaa tietokoneiden erityyppisiin luokitteluihin. Ne on jaettu: kehitysvaiheiden mukaan, toimintaperiaatteen mukaan, tarkoituksen mukaan, suorituskyvyn ja toiminnallisuuden mukaan, käyttöolosuhteiden mukaan, prosessorien lukumäärän mukaan jne. Tietokoneluokkien välillä ei ole selkeitä rajoja Rakenteiden ja tuotantotekniikoiden kehittyessä ilmaantuu uusia tietokoneluokkia (. ja olemassa olevien luokkien rajat muuttuvat merkittävästi).

1. Toimintaperiaatteen mukaan Tietokoneet jaetaan kolmeen suureen luokkaan: analoginen (AVM), digitaalinen (DVM) ja hybridi (GVM). AVM:t ovat jatkuvatoimisia laskentakoneita, jotka toimivat jatkuvana ( analoginen) muodossa, ts. minkä tahansa fyysisen suuren jatkuvan arvosarjan muodossa ( mekaaninen isku, liike, sähköjännite jne.). Digitaaliset tietokoneet ovat erillisiä tietokoneita, jotka toimivat erillisessä tai pikemminkin digitaalisessa muodossa esitetyn tiedon kanssa. GVM:t ovat yhdistettyjä tietokoneita, jotka toimivat sekä digitaalisessa että analogisessa muodossa ( yhdistää AVM:n ja TsVM:n edut). Niitä käytetään monimutkaisten teknisten järjestelmien hallinnassa.

2. Tarkoituksen mukaan tietokoneet on jaettu kolmeen ryhmään: universaali ( yleinen tarkoitus), ongelmakeskeinen ja erikoistunut.

Universaalit tietokoneet on suunniteltu ratkaisemaan erilaisia ​​​​ongelmia: taloudellisia, matemaattisia, tieto- ja muita ongelmia, joille on ominaista algoritmien monimutkaisuus ja suuri määrä käsiteltyä dataa.

Yleiskoneiden ominaispiirteet ovat:

· korkea suorituskyky;

· erilaisia ​​käsiteltyjen tietojen muotoja: binääri-, desimaali-, symbolinen, laaja valikoima niiden muutoksia ja niiden esityksen suuri tarkkuus;

· laaja valikoima suoritettuja operaatioita, sekä aritmeettisia, loogisia että erityisiä;

· suuri RAM-kapasiteetti;

· kehitetty tiedon syöttö-tulostusjärjestelmän organisaatiota.

Ongelmakeskeisiä tietokoneita käytetään ratkaisemaan suppeampi joukko ongelmia, jotka liittyvät yleensä teknisten objektien hallintaan; suhteellisen pienten tietomäärien rekisteröinti, kerääminen ja käsittely; laskelmien suorittaminen suhteellisen yksinkertaisilla algoritmeilla. Niillä on rajalliset laitteisto- ja ohjelmistoresurssit yleiskoneisiin verrattuna. Ongelmakeskeisiä tietokoneita ovat erityisesti kaikenlaiset ohjaustietokonejärjestelmät (ACSTP, CAD).

Erikoistuneita tietokoneita käytetään ratkaisemaan kapea valikoima ongelmia tai toteuttamaan tiukasti määritelty ryhmä toimintoja. Tällainen kapea suuntaus mahdollistaa rakenteen selkeän erikoistumisen, vähentää merkittävästi niiden monimutkaisuutta ja kustannuksia säilyttäen samalla korkean tuottavuuden ja toiminnan luotettavuuden. Erikoiskoneisiin kuuluvat esimerkiksi erikoisohjelmoitavat mikroprosessorit, jotka suorittavat yksittäisten yksinkertaisten teknisten laitteiden, yksiköiden ja prosessien loogisia ohjaustoimintoja.

3. Koon ja toiminnallisuuden mukaan tietokoneet voidaan jakaa erittäin suuriin ( supertietokone) – moniprosessori- ja (tai) monikonekompleksit, joita käytetään ratkaisemaan monimutkaisia ​​ja laajamittaisia ​​tieteellisiä ongelmia - hallinnassa, tiedustelussa, keskitettyinä tietovarastoina jne. Suuri ( keskustietokoneet) - suunniteltu ratkaisemaan monia tieteellisiä ja teknisiä ongelmia. Pieni ( rakenteellisesti yhdessä telineessä). Erittäin pieni ( mikrotietokone).

Huomaa, että joskus luokitus suoritetaan muiden kriteerien mukaan: esimerkiksi elementtipohja, suunnittelu jne.

Tietokoneen ominaisuudet minkä tahansa tyyppiset ominaisuudet arvioidaan niiden teknisten ja taloudellisten ominaisuuksien perusteella, joista tärkeimmät ovat: toimintaresurssit ( tunnusomaista toteutettujen toimintojen määrä, tiedon esitysmuodot sekä osoitemenetelmät), muistikapasiteetti ( määräytyy tiedon tallentamiseen tarkoitettujen muistisolujen kokonaismäärän perusteella), esitys( määräytyy lyhyiden toimintojen, kuten 1 sekunnissa suoritetun summauksen, lukumäärän perusteella), luotettavuus( keskimääräinen käyttöaika kahden vian välillä), hinta( nämä ovat laitteiston ja tietokoneen perusohjelmiston hankinnan kokonaiskustannuksia sekä käyttökustannuksia).