БжмүК пәні бойнша дәрістік сабақтар конспектілері 1-дәріс тақырыбы: МӨлтекүрдісші жүйелер. Тақырып мазмұны

Мөлтекүрдісшілердің (МҮ), мөлтік ЭЕМ-ң және жүйелердің пайда болуы және қарқынды дамуы мөлтікэлектрондық технологиялардың жетістіктерінің арқасында қол жетіп отыр. Жартылай өткізгіштік электрониканың жетістіктері бір кристаллда оннан жүз мыңдаған транзистірлер компоненттерінде өте үлкен интегралдық сұлбалардың пайда болуына алып келді. Бұл сұлбаларды қолдану сандық жүйелердің тиімділігін жоғарылатты: олардың өнімділігі мен сенімділігін жоғарылату, габариттерді, массаларды, тұтынылатын қуат және бағаның төмендеуі. Екі он жылдық ішінде ЭЕМ-ң жұмыс істеу жылдмадығы 6-7 есе өссе, жедел жадының көлемі 5-6 есе өсті.

Мөлтекүрдісші жүйелердің дамуы одан да қарқынды болып табылады. Мөлтекүрдісші үлкен интегралдық жүйелер комплектілерінің бірінші түрлері нақты жүйелердегі үлкен көлемді шығарылымда қолданылуға бағытталған қатты құрылымды модульдер жиынтығынан тұрды. Келесі комплектілер мөлтікбағдарламалау қағидаларін қолдану арқасында бағытталған мүмкіндіктердің пайда болуына байланысты кең ауқымды қолданысқа ие болды. Жоғарғы қарқынмен интегралдық технологиялар дамуда. ҮИЖ (БИС) интеграциясының дәрежесі жыл сайын екі есе өсуде, вентильдің құны - ҮИЖ-ң қарапайым функционалдық элементі әр 10 жыл сайын 10³-10⁴ есе кемуде, қарапайым функцияларды орындау құны жыл сайын 2 есе төмендеуде.

МҮ, мөлтік ЭЕМ және оның негізіндегі жүйелер қолданудың екі түрлі бағыты бар:

• 
  ЕТ (ВТ ) құралдары үшін дәстүрлі;
  
• 
  Дәстүрлі емес - МҮ-ні пайда болуына дейін ЕТ құралдарын қолданылмаған.
  

Мөлтекүрдісші техниканың жетістіктері ХХ ғасырдағы 70-80ж. кезеңінде қазіргі заманғы ғылым мен техниканың дамуына үлес қосқан дәстүрлі ЭЕМ-мен салыстырғанда үлкен тезәрекеттесуі бар мультимөлтікүрдісші жүйелердің (ММҮЖ) дамуы мен пайда болуына әкелді.

ММҮЖ-ң өте жоғары өндіргіштігіне байланысты нейрокомпьютинг, робототехника, өріс теориялары, радио және гидролокация, геофизика, дабылдарды сандық өңдеу және өзне де ғылыми және техникалық тапсырмаларды шешуде үлкен жетістіктерге жетуге мүмкіндік береді.

Өзге жағынан қарағанда мөлтікүрдісші құралдардың дамуы есептегіш техниканы жобалау теория облысының дамуына әсер етеді: МҮЖ-ң перспективті сәулеттері және олардың компоненттері пайда болуда (RISC-үрдісшілер, транспьютерлер, дабылдық үрдісшілер және т.с.с).

Қазіргі заманғы МҮЖ –ң бағаланбас мәні жергілікті және ауқымды есептегіш желіні теория және тәжірибе жүзінде жобалайды, сонымен қатар қазіргі ЕТ құралдарын тиімді түрде қолдануға аумағын кеңейтуге мүмкіндік береді.

МҮ мен мөлтік ЭЕМ –нің көптеген қолдану облысы МҮЖ-ні жүйелік деңгейде келесі түрде жіқтелуыне мүмкіндік береді:

• 
  енгізілген бақылау және басқару жүйелері;
  
• 
  ақпаратты өңдеу мен енгізудің жергілікті жүйелері;
  
• 
  күрделі жүйелерді басқару жүйелерін тарату;
  
• 
  параллельді есептеудің жоғары өнімді жүйелерін бөлу;
  

• 
  басқару жүйелері;
  
• 
  бақылау-өлшегіш құрылғылар;
  
• 
  байланыс техникасы;
  
• 
  тұрмыстық және сауда құралдары;
  
• 
  коліқ;
  
• 
  әскери техника,
  
• 
  есептегіш машиналар, жүйелер, кешендермен желілер.
  

МҮЖ-ні бақылау-өлшегіш құралдарына енгізу өлшеу дәлдігін жоғарылатып, құрылғылардың функционалдық мүмкіндігін кеңейтеді және келесі функциялардың орындалуын қамтамасыздандырады:калибровка, реттеу және температуралық өтеу, өлшегіш кешен арқылы бақылау және басқару, шешімдерді қабылдау және мәліметтерді өңдеу, қателер диагностикасы,индикация, құралдарды тексеру.

МҮЖ-ні байланыс жүйелеріне енгізу аналогтық әдістерінің орнын сандық әдістер ығыстырып шығуымен байланысты және олардың мультиплексор, код түрлендіргіштерде, қателерді бақылау құрылғыларында, басқару блоктарында және қабылдау құрылғыларында кең түрде қолдануға әкелді.

МҮЖ кең түрде сауда орталықтарының бақылау-есептегіш терминалдарында, автоматтандырылған электрондық таразыларда, банктердегі терминалдар мен кассалық аппараттарда қолданылады. МҮ мен МҰЖ-ні тұрмыстық техникада қолдану сенімділік, тиімділік және қолданудың түрлілігіне кең түрде мүмкіндіктер береді.

МҮЖ-ні әскери техниканың әртүрлі облыстарында қолдану жыл сайын өсіп келеді - ұшатын аппараттардың навигациялық жүйелерінен қөліқ роботтардың қозғалысын басқаруға дейін өсуде.

Егер МҮЖ-ң барлық қолдануын пайыздық түрде анықтасақ, онда бұл келесі түрде көрінеді: ақпараттық-өлшегіш техника – 16%, өндірісті басқару – 18%, авиация және ғарыш 15%, байланыс желісі – 14%, есептегіш техника -20%, әскери техника – 3%, медицина -3%, транспорт -2%, өзге облыстар – 7%.

Ғылыми-техникалық прогресстің үдеуі және өндірістің белсенділігі автоматтандыру құралдарын қолданбаса мүмкін емес. Автоматтандырудың қазіргі заманғы ерекше сипаттамасы ол есептегіш техниканың революциясына, сонымен қатар ең маңыздысы ол мөлтікүрдісші бақылауыштардың кең түрде қолданылуы мен робототехниканың дамуына, SCADA-жүйелердің интегралданған жүйелерін жобалау мен басқаруға негізделген.

Автоматтандырудың қазіргі заманғы құралдары мен жүйелерін қолдану келесі түрдегі тапсырмаларды шешуге мүмкіндік береді:

• 
  технологиялық параметрлердің үздіксіз өзгеруін, оператор қателігін, қоршаған ортадағы өзгерістерді автоматты түрде ескере отырып үрдісті өнімділікпен жүргізу;
  
• 
  шығарылатын өнім номенклатуралары үшін өндіру жоспарының динамикасын ескере отырып, технологиялық құрылғының жедел режимін өзгерту жолымен үрдісті басқару;
  
• 
  адамға зиян және қауіпті шарттарында үрдістерді автоматты түрде басқару.
  

Бұл мәселені шешу технологиялық жүйелердің автоматтандыру жүйесінің бүкіл диагностикалау, техникалық қамтамасыздандыру сияқты біршама сұрақтарды қарастырады.

Бұл оқулықта бағдарламаланушы бақылауыштар негізінде құрылған мөлтікүрдісші жүйелер қарастырылған.

Адамның ЭЕМ-н өзара әсерлесуі шамамен 40 жылды құрайды. Осы уақытқа бул үрдісте тек қана арнайы мамандандырылған инженерлер, математик-бағдарламалаушылар, операторлар ғана қарастырылды. Соңғы жылдары есептегіш техника саласында үлкен өзгерістер болды.

ЭЕМ құрылымына мөлтікүрдісшілерді құрастырып, енгізуіне байланысты аз өлшемді, қолдануға ыңғайлы дербес компьютерлер пайда болды. Қазіргі кезде жағдай өзгерді, қолдагушы ретінде есептеу техникасының маманы ғана емес, сонымен қатар кез келген адам, оқушыдан бастап, үй шаруасындағы әйел, дәрігер немесе мұғалім, жұмысшы немесе инженер де бола алады. Жиі бұл жағдайда дербес компьютердің феномені деп атайды. Қазіргі уақытта дербес компьютерлердің әлемдік саябағы 20млн.

Неге бұл феномен пайда болды? Бұл сұраққа жауапты дербес компьютердің нақты не екенін және оның негізгі белгілерін анықтасақ табуға болады. «Дербес» деген сөздің өзін дұрыс түсіну керек, ол компьютердің адамға тиесілі деп түсінбеу керек. «Дербес» түсінігі адамның ЭЕМ-мен еш арнайы бағдарламалаушысыз өздігінше, дербес түрде жұмыс істеуге қол жеткізгендіктен пайда болды. Алайда ЭЕМ-ң арнайы тілін білу қажет емес.

Қазіргі заманда ең танымал компьютерлердің ішінде IBM PC модельдері болып табылады және оның жаңартылған түрі IBM PC ХТ сәулеті, бағдарламалық қамтамасыздануы, сыртқы көрнекілігі бойынша дербес компьютердің базалық моделі болып табылады. Қолданушы жүйелік блоктың қалай жұмыс істейтінін білудің қажеті жоқ. Бұл арнайы мамандардың жұмысы. Бірақ ол компьютердің нақты қандай функционалдық блоктан тұратынын білу қажет. Бізді қорщаған заттардың- тоңазытқыш, газ плитасы, кір жуғыш машинасы, көліктердің ішкі функционалдық блоктарының әсерлесу қағидасі жайлы нақты білмейміз, бірақ та бұл құрылғылардың жұмыс негізіне не кіретінін білу қажет.

Ғылымның қарқынды дамуы және адам ойының жаңа облыстардың барлығына кіруі, сонымен қатар қойылған мәселені шешу, үлкен жаңа, күрделірек сұрақтар мен шешімдерді қажет етеді. Алғашқы компьютерлер заманында, олардың тезәрекеттесін 100 есе жоғарылату көп мәселелерді шешуге көмектеседі деп саналды, алайда қазіргі заманғы суперЭЕМ-ң гигафлопты өнімділігі көптеген ғалымдар үшін жеткіліксіз болды. Электр және гидродинамика, сейсмобарлау және ауа- райы, химиялық байланыстар модельдері, виртуалды анықтылықты зерттеу зерттеушілер үшін өздерінің бағдарламаларын орындауды жоғарылату мүмкіндігін берді.

Қолданбалы тапсырмаларды шешудегі жылдамдығын жоғарылату перспективті және динамикалық бағыты есептегіш техника жұмысының параллелизм ойларын енгізуімен байланысты. Осы кезеңде өзінің сәулетінде қандай да бір параллельді берілген мәліметтерді өңдеуді қолданушы жүздеген компьютерлер өңделіп, жобаланған. Ғылыми әдебиеттер мен техникалық құжаттамаларда параллельді машиналардың функционалдану қағидасін сипаттайтын әр түрлі ондаған аттарды табуға болады: векторлі-конвейерлі, массивті-параллельді кең командалық сөзі бар компьютерлер, систоликалық массивтер, гиперкубтар, арнайыүрдісшілер және мультиүрдісшілер, иерархиялық және класстерлі компьютерлер, dataflow, матрицалық ЭЕМ және де т.б Егер де мұндай аттарға толықтыру үшін тағы да олардың маңызды параметрлерін қоссақ, мысал үшін жадыны ұйымдастыру, үрдісшілер арасындағы байланыс топологиясы, жеке құрылғылардың жұмыс істеу синхрондығы немесе арифметикалық амалдарды орындау әдістері, онда әр түрлі сәулеттер саны мүлдем көп болып кетеді.

Мөлтекүрдісші жүйелердің сәулеті. «Сәулет» термині екі түрлі мағынасы бар. Бірінші жағдайда сәулет мағынасында мөлтікүрдісші орындайтын командаларды жинау сәулеті түсініледі. Екінші жағдайда сәулеті жады құрылымын енгізетін ұйымдастыру жүйесін, жүйелік шинасын, енгізу/шығаруды ұйымдастыру және т.с.с түсініктерді қамтиды. Есептегіш жүйелерінде «сәулет» термині жүйе деңгейлерінің арасындағы функцияларды бөлумен анықтала алады.

Мысал үшін бірінші деңгейлі сәулеттер МҮ –де қандай мәліметтерді өңдеу функциялар жүреді, ал қалғандары сыртқы ортаға қайсысы тәуелді екенін көрсетеді (қолданушылар, операторлар, мәліметтер базасының әкімшілігі). МҮ сыртқы ортамен интерфейстер арқылы әсерлеседі: (оператор, бағдарламалау, бейнелеу, мәліметтер базасын манипуляциялау, тапсырмаларды басқару) тілдері және жүйелік бағдарламалар (реттеу, сұрыптау, ақпаратты сақтау және қайта қосу).

Екінші деңгейлі сәулеті бағдарламалық қамтамасыздандырудың ішіндегі нақтыланған деңгейлерді шектей алады. Мысал үшін логикалық ресурстарды басқару деңгейі мәліметтер базасын, файлдарды, басқару, желілі телеөңдеу сияқты функцияларды қосады. Физикалық ресурстарды басқару деңгейіне сыртқы және жедел жадыны басқару функциялары, жүйеде орындалатын үрдісін басқару сияқты функциялары жатады.

Келесі, үшінші деңгейі жүйенің негізгі сызықтарын шектеуін бейнелейді, дәлірек айтсақ жүйелік бағдарламалық қамтамасыздану мен құралдар арасындағы шекараны анықтайды. Бұл ойды әрі қарай дамытып, физикалық жүйенің жеке бөліктерінің арасындағы функцияларды бөлуге болады. Мысал үшін кейбір интерфейстер орталық үрдісшілер қандай функцияларды іске асыратынын, ал қайсысы енгізу/шығару функциясын анықтайтынын көрсетеді.

Төртінші деңгейлі сәулеті енгізу/шығару үрдісшілер мен сыртқы құрылғылар бақылағыштарының арасындағы шектеу функцияларын анықтайды. Өз кезегінде бақылағыштар мен енгізу/шығару құрылғыларының арасындағы функцияларды шектеуге болады (терминалдар, модемдер, магнитті дисктегі жинақтар). Мұндай деңгейлер сәулеті физикалық енгізу/шығару сәулеті деп аталады.

МҮ сәулеті түсінігі бағдарламалаушы үшін маңызды құралдар, бағдарламалық және мөлтікбағдарламалық мүмкіндіктерінің жиынтығы болып табылады. Молтекүрдісші аппаратураларды құрастырушылар үшін, МҮ сәулеті жағынан қарастырғанда оның аппаратуралық ұйымдастырулары мен электрондық сұлбалардың логикалық құрылымы, блок бөлімдері мен ақпараттық шиналарды байланыстырулар маңызды болып табылады.

МҮЖ-н құрастырылған екі ішкі үрдісші сәулетінің типі бар: көлденең жән тік. Тік сәулеті жағдайында секция функционалды түрде аяқталған және разрядты үрдісші болып саналады және сөз разрядтылығы секцияларға бөлінген. Көлденең сәулеті үрдісшіні құруда секция re-разрядты үрдісші алу үшін біріккен буындарының бірі ретінде қарастырылады.

МҮ-ң сыртқы сәулеті негізінен дәстүрлі: бір командалар жиыны басқа командалар жиынынын өңдейді –SISD (ағыл. Single Instruction Single Data stream). Қазіргі заманғы МҮ мөлтікүрдісші жүйелерді жобалаушылар үшін жаңа мүмкіндіктер береді, себебі олардың көбісі мөлтікүрдісші жүйелерді құру үшін аппараттық және бағдарламалық құралдары бар. Осылайша SIMD типті сәулеттері ( ағыл.Single Instruction Multiple Data stream), MISD (ағыл.Multiple Instruction Single Data stream) және MIMD (ағыл.Multiple Instruction Multiple Data stream) мүмкін болып отыр.

МҮ-ң функционалдану қағидасі. МҮ келесі цикл нұсқауларын орындай отырып жұмыс жасайды - МҮ жұмысын басқаратын нұсқауларды жадынан кезектесіп алу, олардың талдаумен оларды орындау. Сонымен бірге цикл басында МҮ жадыға нұсқауды оқу үшін назар аударады, сосын керек болған жағдайда қайтадан бірнеше рет жадының мәліметтерін оқу үшін немесе ақпаратты енгізу-шығару құрылғылары арқылы оқиды.

МҮ-да негізінен жады мен КШҚ(УВВ)-ға қатысты бір шина ғана қолданылады (1.1,а сурет), алайда, бір уақыт мезетінде мәліметтердің бір сөзі мен нұсқауы жазылады, яғни нұсқаулар мен мәліметтер кезектесіп өңделеді (1.1,б сурет).

МҮ-ні құру кезінде оның даму уақытысындағы архитектураның үш түрі қолданылады: тіркегіш, стектік және жедел жадына бағытталған.

МҮ-ні жасау технологиясы. МҮ-ні шығару кезінде МҮ-ң түрлі шығыс сипаттамаларын беретін барлық белгілі технологиялар (ТТЛ, ТТЛШ, И ² Л, И ³JI, ЭСЛ, n -МОП, к-МОП и р -МОП [3-4])қолданылады. ТТЛШ технологиясы тез әрекеттесуші жоғары радиацияға төтеп бере алатын МҮ алуға мүмкіндік береді,бірақ үлкен тұтыну қуаты және жоғары емес интеграция дәрежесі бар n- МОП технологиясы тиянақты тұтыну қуатының жоғары дәрежелі интеграциясын қамтамасыз етеді. к-МОП технологиясы бойынша сапфирде жасалынған МҮ жоғары тұтынушылық қасиеттері бар,ал р-МОП технологиясы бойынша жасалынғандар төмен бағада болғанмен, аз тез әсерлесуге ие.

1.2-сурет. Сәулеті (а) және секциялық мөлтікүрдісші нұсқау циклінің уақытша диаграммасы.

Бұған балама ретінде арнайы МҮ болып табылады, оның архитектурасы нақты тапсырмаларды шешуге бағытталған. Мұндай МП-ң пайда болуы ҮИС(БИС) технологиясын вентильді матрица базасында немесе базалық матрицалық криссталдар базасының негізінде өндіру арқылы қол жеткізіліп отыр. Яғни бір немесе бірнеше төменгі ҮИС(БИС) қабаттары өзгеріссіз қалып, оның тек жоғарғы қабаты өзгереді.

Арнайы МҮ арнайы мәліметтерді өңдеу алгоритмдерін іске асыратын МҮ құру жолында дамуда(алгоритмдік МҮ). Дәстүрлі архитектура үшін алғашқы қадам болып, бұл бағытта қысқартылған нұсқаулар жиынтығынан тұратын МҮ құрастыру (RISC) және жоғары деңгейлі бағдарламалау тілдер нұсқаулықтарын жинау болып табылады.

Алгоритмдік МҮ- өзінің бағыты бойынша жоғарыда бағытталған. Мысал үшін физика тапсырмалары үшін арнайы алгоритмдік МҮ құрастырылады, олар өз кезегінде бейнелер мен сөздерді өңдеп, сигналдарды сандық фильтрациясы, сонымен қатар аналитикалық есептер үшін МҮ, ең кіші квадраттар әдісін іске асыру, сызықты бағдарламалау, фактографтік мәліметтер базасымен жұмыс жасау қызметін атқарады.

Осы кезге дейін біз тек микропроцессорлік жүйенің тек бір архитектурасын қарастырдық - мәліметтер мен командалар үшін жалпы, бір шина архитектурасы (біршиналы, принстондік, фон-неймандік архитектура). Сәйкесінше, бұл жағдайда жүйе құрамында командалар мен мәліметтер үшін тек бір ортақ жады орналасады. (1.3-сурет).

1.3-сурет. Ортақ мәліметтер мен командалар сәулеті.

Сонымен бірге мөлтікүрдісші жүйе сәулеті балама типі бар – ол мәліметтер мен командалардың бөлек шиналы архитектурасы (екішиналы, гарвардтық, архитектура). Бұл архитектура жүйеде мәліметтер үшін жеке жады және командалар үшін жеке жады болуын қарастырады (1.2- сурет).Үрдісшінің жадының әр жады типімен өзара алмасуы өз шинасында жүріп жатады.

Ортақ шина сәулеті өте кең тараған, мысал үшін дербес компьютерлерде және күрделі компьютерлерде. Жеке шина сәулеті көбінесе біркриссталды мөлтікбақылағыштарда қолданылады.

Екі шина сәулетті шешімдердің кейбір артықшылықтары мен кемшіліктерін қарастырайық.

Ортақ шина сәулеті қарапайымдырақ, себебі ол үрдісшіден бірмезетте екі шинаға қызмет көрсетуді және екі шинаның алмасуын бақылауды қажет етпейді. Берілген мәліметтер және командалар жадының бірыңғайлығы мәліметтер мен командалар кодының арасындағы көлемді қолайлы түрде тарату. Мысал үшін кейбір жағдайда үлкен және күрделі бағдарламалар қажет, ал жадыға мәліметтерді көп емес сақтау қажет. Өзге жағдайда, керісінше, қарапайым бағдарлама етіледі, бірақ үлкен мәліметтер көлемі қажет. Жадыны қайта бөлудің еш қиындығы жоқ, ең бастысы - бағдарламалар мен мәліметтер бірге жүйе жадында сыйуы керек. Ереже бойынша, мұндай архитектурасы бар жүйелерде жады үлкен көлемде болады. Бұл ең күрделі тапсырмаларды шешуге көмектеседі.

1.4-сурет. Мәліметтер мен командалардың әр түрлі шиналарының сәулеті.

Мәліметтер мен командалардың әр түрлі шиналарының архитектуралары күрделірек, ол процессорды бір мезетте кодтардың екі ағымымен де жұмыс істеуге және екі шиналардың бір уақытта алмасуын мәжбүрлейді. Бағдарлама тек командалардың жадында орналаса алады, ал мәліметтер - тек мәліметтер жадында орналасады. Мұндай тар мамандану шешілетін жүйенің тапсырмалар шеңберін шектейді, себебі ол еш жадыны ыңғайлы түрде бөлуге мүмкіндік береді. Мәліметтер мен командалар жады үлкен емес көлемде, сондықтан мұндай архитектурасы бар жүйелерді қолдану, көп жағдайда күрделі емес тапсырмалармен шектеледі.

Қазіргі заманғы кең қолданыстағы және борттық және технологиялық құрылғыларды басқару үшін қолданылатын есептегіш құрылғылар Фон Нейман және Гарвард сәулетінің екі базалық қағидаларына сәйкес құрылады. Әр сәулет негізінде үрдісші қолданылған – сандық мәліметтерді өңдеу үшін құрылғылар. Есептегіш шегіндегі үрдісшілер және басқа да құрылғылар арасындағы ақпарат алмасуы шина немесе ақпаратты жіберу магистралі бойынша параллельдік өткізгіштер жиынында іске асырылады.

1.5-сурет. Фон Нейман (а) және Гарвард сәулеттерінің (б) негізіндегі есептегіш құрылымы

1- үрдісші блогы; 2- тұрақты есте сақтағыш құрылғы; 3- жедел есте сақтағыш құрылғы; 4- сыртқы жинағыш бақылағышы; 5- енгізу-шығару порттары; 6- сыртқы дисктік жинағыштар; 7- нысанмен бірігу құрылғы

Үрдісші үш есте сақтағыш құрылғыларымен әсерлеседі – мөлтіксұлбадағы тұрақты жады, мөлтіксұлбадағы жедел жады және дисктік жинағыш түрінде сыртқы есте сақтағыш құрылғылар. ТЖҚ(ПЗУ) көлемі бірліктер немесе ондаған килобайтқа дейін жетеді. Негізгі бағдарламалық қамтамасыздандыру сыртқы дисктік жинағыштарда таралады. ЖЖҚ-ң үлкен көлемі бар және үрдісшіде орындалатын бағдарламаны тарату үшін қызмет етеді. Осылайша, кез келген бағдарлама орындалмас бұрын ЖЖҚ(ОЗУ)-ға көшіріледі. Үрдісші СЖЖҚ(ВОЗУ)- мен салыстырғанда аз уақытпен іске асырылуымен сипатталатын,ЖЖҚ-н орындалатын командаларды есептейді. Фон Нейман негізіндегі есептегіштер стандартты енгізу/шығару құрылғылар жиындарынан тұрады (типтік шиналар, параллельді және кезектескен порттар). Барлық дербес ЭЕМ осы сәулет негізінде құрылған.

Гарвардтық сәулеті негізіндегі типтік құрылым 1.5-б суретте көрсетілген. Оның негізгі ерекшелігі СЖЖҚ-ң жоқтығы және ТЖҚ мен ЖЖҚ(ОЗУ)көлемдерінің қатынасы. Тұрақты жады көлемі ЖЖҚ көлемінен бірнеше рет жоғары. Барлық орындаушы бағдарламалық қамтамасыздандырулар ЖЖҚ мөлтіксұлбаларда беріледі және ЖЖҚ-ға көшіру орындалмас бұрын жүрмейді. Үрдісші ТЖҚн бағдарламалар командаларын есептейді. Бұл сәулетте ТЖҚ(ПЗУ)-ді бағдарлама жады деп атау қабылданған. ЖЖҚ датчиктерден немесе басқа борттық жүйелерден алынған мәліметтерді тарату үшін, орындаушы құрылғыға берілетін аралық мәліметтер мен есептеулер нәтижелері үшін арналған. Бұл облысты мәліметтер жады деп атау қабылданған. Гарвардтық сәулет негізіндегі есептегіштер үшін ақпараттарды түрлендіру және датчиктермен, орындаушы құрылғылармен және басқа да есептегіштермен байланысқан түрлі құрылғылар саны тән. Борттық және арнайы жерге қосылған есептегіш жүйелер гарвардтық сәулет негізінде құрылды. Сонымен қатар, борттық есетегіштер көпшартты режимдегі бағдарламалар мен нақты уақыт масштабындағы бағдарламаларды орындайды.

Сонымен, екі шинасы бар архитектураның қандай артықшылықтары? Алдыңғы ретте тез әрекеттесуінде.

Негізінен, жалғыз команда мен мәліметтер шинасы болғанда, үрдісші бір шина арқылы мәліметтерді алып, сол мәліметтерді жіберіп, командаларды жадыдан оқуы қажет. Әрине бұл кодтарды бір уақытта магистрал бойынша тарату мүмкін емес, олар кезегімен жүріп отырады. Қазіргі заманғы үрдісшілер уақыт бойынша командалардың орындалуын және жүйелік шиналар бойынша циклдер алмасуынының өткізілуін біріктіре алады. Конвейерлік технологиялар мен жылдам кэш-жадыны қолдану салыстырмалы түрде жай жүйелік жадылардың әсерлесу процессін жылдамдатады. Тактілік жиілікті жоғарылату және үрдісшілердің құрылымын дамыту командалардың орындалу уақытын қысқартуға мүмкіндік береді. Бірақ жүйелердің тез әсерлесуін көбейту тек мәліметтерді жіберу мен командаларды оқуды біріктіргенде ғана мүмкін.

Екішиналық сәулеттерде екі шиналарымен алмасу тәуелсіз, уақыт бойынша паралелльді болуы мүмкін. Сәйкесінше, шина құрылымы (мекен-жай кодының разрядтар саны, ақпараттардың алмасу жылдамдығы мен реті) әр шинада шешілетін сол тапсырмаға тиімді түрде таңдала алады. Сондықтан бірдей шарттарда екішиналы сәулетке өту МҮЖ жұмысын жылдамдатады. Алайда құралдарға қосымша шығындар мен үрдісшінің құрылымын күрделендіруді қажет етеді. Бұл жағдайда мәліметтер мен командалар жадында өзіндік мекен-жайды таратуы бар.

Екі шиналы сәулеті артықшылығы бір мөлтіксұлбаның ішінде іске асырылады. Бұл жағдайда бұл сәулеттің кемшіліктерін азайтуға болады. Сондықтан да оны тым күрделі тапсырмаларды шешу қажеттігі жоқ болса, бірақ берілген тактілік жиіліктің максималды тез әрекетін қажет етпесе де мөлтікбақылағыштарды қолдану.