समझें
आधुनिक सामान्य प्रयोजन वाले डिजिटल कंप्यूटर का मूलभूत खाका 1945 में गणितज्ञ जॉन वॉन न्यूमैन द्वारा तैयार किया गया था। वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर के रूप में जाना जाता है, इसने स्टोर्ड-प्रोग्राम कंप्यूटर की क्रांतिकारी अवधारणा पेश की - यह विचार कि प्रोग्राम निर्देश और डेटा एक सामान्य रीड-राइट मेमोरी एड्रेस स्पेस साझा करते हैं और निष्पादन के लिए क्रमिक रूप से लाए जाते हैं।
एक डिजिटल कंप्यूटर सिस्टम में पांच परस्पर जुड़ी कार्यात्मक इकाइयाँ शामिल होती हैं:
- इनपुट यूनिट: इलेक्ट्रो-मैकेनिकल ट्रांसड्यूसर जो बाहरी एनालॉग या मानव डेटा स्वीकार करते हैं, इसे मानक बाइनरी मशीन-पठनीय सिग्नल (एएससीआईआई/यूनिकोड) में परिवर्तित करते हैं, और इसे प्राथमिक मेमोरी में अग्रेषित करते हैं। उदाहरणों में कीबोर्ड, ऑप्टिकल चूहे, डिजिटाइज़िंग टैबलेट, बारकोड स्कैनर और माइक्रोफ़ोन शामिल हैं।
- सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू): मशीन का कम्प्यूटेशनल मस्तिष्क, प्रोग्राम निर्देशों को लाने, डिकोड करने और निष्पादित करने के लिए जिम्मेदार है। इसमें शामिल हैं:
- अंकगणित तर्क इकाई (ALU): प्राथमिक बाइनरी अंकगणित ($+, -, \times, \div$) और तार्किक निर्णय ($AND, OR, NOT, <, >, ==$) निष्पादित करता है।
- कंट्रोल यूनिट (सीयू): सीपीयू का पर्यवेक्षक। यह सटीक माइक्रो-टाइमिंग नियंत्रण सिग्नल उत्पन्न करता है, परिचालन कोड (ऑपकोड) को डीकोड करता है, आंतरिक बसों के साथ डेटा के रूटिंग को निर्देशित करता है, और क्लासिक फ़ेच-डिकोड-एक्ज़िक्यूट चक्र. को व्यवस्थित करता है।
- प्रोसेसर रजिस्टर: अल्ट्रा-फास्ट, सूक्ष्म, अस्थिर आंतरिक फ्लिप-फ्लॉप स्टोरेज सेल सीपीयू घड़ी आवृत्ति (3-5 गीगाहर्ट्ज) पर काम करते हैं। प्रमुख रजिस्टरों में शामिल हैं:
- प्रोग्राम काउंटर (पीसी): लाए जाने वाले अगले अनुक्रमिक निर्देश का मेमोरी पता रखता है।
- निर्देश रजिस्टर (आईआर): वर्तमान में डिकोड और निष्पादित किए जा रहे बाइनरी ऑपकोड को अस्थायी रूप से रखता है।
- मेमोरी एड्रेस रजिस्टर (MAR): पढ़ने या लिखने के लिए एक्सेस किए जा रहे भौतिक मेमोरी एड्रेस को होल्ड करता है।
- मेमोरी डेटा / बफर रजिस्टर (एमडीआर/एमबीआर): मुख्य मेमोरी से पढ़े या लिखे गए डेटा को रखता है।
- एक्युमुलेटर (एसी): ALU द्वारा उत्पन्न मध्यवर्ती कम्प्यूटेशनल परिणामों को संग्रहीत करता है।
- प्राइमरी स्टोरेज (मुख्य मेमोरी): हाई-स्पीड सेमीकंडक्टर स्टोरेज, सिस्टम बस के माध्यम से सीपीयू द्वारा सीधे पहुंच योग्य, सक्रिय प्रोग्राम, ओएस कर्नेल और कार्यशील डेटासेट रखता है।
- माध्यमिक भंडारण (सहायक मेमोरी): स्थायी फ़ाइल प्रतिधारण के लिए गैर-वाष्पशील, उच्च क्षमता वाला सामूहिक भंडारण।
- आउटपुट यूनिट: संसाधित बाइनरी आउटपुट को मानव-समझने योग्य रूपों (मॉनिटर, प्रिंटर, स्पीकर, रोबोटिक एक्चुएटर्स) में अनुवादित करता है।
सिस्टम बस आर्किटेक्चर
सीपीयू समानांतर प्रवाहकीय मार्गों के माध्यम से मेमोरी और I/O उपकरणों के साथ संचार करता है जिसे सिस्टम बस कहा जाता है, जो तीन विशेष चैनलों में विभाजित है:
| बस प्रकार | दिशाबोध | कार्य | बस की चौड़ाई का प्रभाव |
|---|---|---|---|
| पता बस | यूनिडायरेक्शनल (सीपीयू → मेमोरी/आईओ) | मेमोरी सेल या आई/ओ पोर्ट तक पहुंच का भौतिक पता रखता है। | $n$ लाइनों की एक बस चौड़ाई $2^n$ विशिष्ट बाइट्स को विशिष्ट रूप से संबोधित कर सकता है। (एक 32-बिट बस का पता $2^{32} = 4\text{ GB}$ है; एक 64-बिट बस का पता $2^{64} = 16\text{ Exabytes}$ है)। |
| डेटा बस | द्विदिशात्मक | सीपीयू, मेमोरी और उपकरणों के बीच वास्तविक डेटा और निर्देश बिट्स स्थानांतरित करता है। | A 64-बिट डेटा बस प्रति घड़ी चक्र 8 बाइट्स स्थानांतरित करती है, तुलना में थ्रूपुट दोगुना हो जाता है 32-बिट बस के लिए. |
| कंट्रोल बस | द्विदिशात्मक/मिश्रित | घड़ी पल्स, पढ़ने/लिखने की स्ट्रोब, रुकावट अनुरोध (आईआरक्यू), और बस पावती संचारित करता है। | बस बनाए रखता है सिंक्रनाइज़ेशन और डेटा टकराव को रोकता है। |