Kommunikatsiyalarini rivojlantirish vazirligi muxammad al-xorazimiy nomidagi toshkent axborot texnologiyalari universiteti
Download 0.83 Mb. Pdf ko'rish
|
Mustaqil ish Komp.t.e №1
|
2. Mantiqiy elementlar Trigger Roʻyxatdan oʻtish (raqamli texnologiya) Arifmetik mantiq birligi (ALU) Virtual xotira Fayl Raqamli signal protsessor Markaziy protsessor KOMPYUTERLARNING KLASIK ARXITEKTURASI II VON NEUMAN PRINSIPLARI Kompyuter arxitekturasi nazariyasining asosini taniqli amerikalik matematik Jon von Neyman qo'ydi. U 1944 yilda, uning dizayni tanlanganidan so'ng, dunyodagi birinchi quvurli kompyuter ENIACni yaratishga qo'shildi. Ish paytida, uning hamkasblari G. Goldshteyn va A. Berks bilan o'tkazilgan ko'plab munozaralarda fon Neyman printsipial jihatdan yangi kompyuter haqida fikr bildirdi. 1946 yilda olimlar "Elektron hisoblash moslamasining mantiqiy dizaynini oldindan ko'rib chiqish" klassik maqolasida kompyuterlarni qurish printsiplarini bayon qilishdi. O'shandan beri yarim asr o'tdi, lekin unda keltirilgan qoidalar bugungi kunda ham o'z ahamiyatini yo'qotmaydi. Ilgari, barcha kompyuterlar qayta ishlangan raqamlarni kasr shaklida saqlagan. Mualliflar texnik amalga oshirish uchun ikkilik tizimning afzalliklarini, undagi arifmetik va mantiqiy amallarni bajarishning qulayligi va soddaligini ishonchli tarzda namoyish etishdi. Kelgusida kompyuterlar axborotning sonli bo'lmagan turlarini - matnli, grafikli, tovushli va boshqalarni qayta ishlay boshladilar, lekin ma'lumotlarni ikkilik kodlash hali ham har qanday zamonaviy kompyuterning axborot asosini tashkil qiladi. Yana bir haqiqiy inqilobiy g'oya, uning ahamiyatini ortiqcha baholash qiyin - bu Neyman taklif qilgan "saqlangan dastur" tamoyilidir. Dastlab, dastur maxsus patch panelga o'tish moslamalarini o'rnatish orqali o'rnatildi. Bu juda mashaqqatli vazifa edi: masalan, ENIAC mashinasining dasturini o'zgartirish uchun bir necha kun kerak bo'ldi (haqiqiy hisob bir necha daqiqadan oshmasligi mumkin edi - lampalar ishdan chiqqan). Neyman birinchi bo'lib, dasturni nol va birliklar to'plami sifatida va ishlov beradigan raqamlar bilan bir xil xotirada saqlash mumkinligini taxmin qilgan. Dastur va ma'lumotlar o'rtasida tub farqning yo'qligi hisob -kitoblar natijalariga muvofiq kompyuter uchun o'zi uchun dastur tuzishga imkon berdi. Von Neyman nafaqat kompyuterning mantiqiy qurilmasining asosiy tamoyillarini ilgari surdi, balki uning tuzilishini ham taklif qildi, u kompyuterlarning dastlabki ikki avlodi davomida qayta ishlab chiqarildi. Neymanning fikricha, asosiy bloklar - boshqaruv bloki (CU) va arifmetik mantiq birligi (ALU) (odatda markaziy protsessorga birlashtirilgan), xotira, tashqi xotira, kirish va chiqish qurilmalari. Bunday kompyuterning diagrammasi 2.1 -rasmda ko'rsatilgan. Oklar bilan qattiq chiziqlar axborot oqimining yo'nalishini, kesilgan chiziqlar protsessordan kompyuter tugunlarining qolgan qismiga nazorat signallarini ko'rsatadi. Von Neyman tamoyillari asosida qurilgan kompyuter arxitekturasi Zamonaviy kompyuterlardagi boshqaruv bloki va arifmetik -mantiqiy birlik bir birlikka birlashtirilgan - bu protsessor, bu xotira va tashqi qurilmalardan keladigan ma'lumotlarni o'zgartiruvchi (bu xotiradan ko'rsatmalar olish, kodlash va dekodlash, har xil, shu jumladan arifmetikani bajarish) , operatsiyalar, kompyuter tugunlarining ishini muvofiqlashtirish). Xotira (xotira) ma'lumotni (ma'lumotlarni) va dasturlarni saqlaydi. Zamonaviy kompyuterlardagi saqlash qurilmasi "ko'p bosqichli" bo'lib, u tezkor ishlaydigan xotira (RAM) ni o'z ichiga oladi, u kompyuter to'g'ridan-to'g'ri ma'lum bir vaqtda ishlaydigan ma'lumotlarni va tashqi xotira qurilmalarini (OVC) RAMdan ancha katta hajmda saqlaydi, lekin ancha sekin kirish bilan. Xotira qurilmalarining tasnifi RAM va VZU bilan tugamaydi-ba'zi funktsiyalarni SRAM (super operativ xotira), ROM (faqat o'qish uchun xotira) va kompyuter xotirasining boshqa kichik turlari bajaradi. 2-rasm. Kompyuterning markaziy protsessor birligi () Arifmetik mantiq birligi (ALU) Virtual xotira Fayl Raqamli signal protsessor Markaziy protsessor Ta'riflangan sxema bo'yicha qurilgan kompyuterda buyruqlar ketma -ket xotiradan o'qiladi va bajariladi. Keyingi dastur buyrug'i olinadigan keyingi xotira katakchasining raqami (manzili) maxsus qurilma - boshqaruv blokining buyruq hisoblagichi bilan ko'rsatiladi. Uning mavjudligi ham ko'rib chiqilayotgan arxitekturaning o'ziga xos xususiyatlaridan biridir. Von Neyman tomonidan ishlab chiqilgan hisoblash qurilmalari arxitekturasining asoslari shu qadar fundamental ediki, ular adabiyotda "fon Neyman arxitekturasi" deb nomlangan. Hozirgi kompyuterlarning aksariyati fon Neumann mashinalari. Istisno faqat parallel hisob -kitoblar uchun ma'lum turdagi tizimlar bo'lib, ularda ko'rsatgich hisoblagichi yo'q, o'zgaruvchining klassik kontseptsiyasi amalga oshirilmagan va klassik modeldan boshqa muhim farqlar mavjud (misollar - oqim va reduktorli kompyuterlar). Ko'rinib turibdiki, axborotni qayta ishlash hisob -kitoblarga emas, balki mantiqiy xulosalarga asoslangan beshinchi avlod mashinalari g'oyasini ishlab chiqish natijasida von Neyman arxitekturasidan sezilarli burilish yuzaga keladi . Birinchi hujjatlashtirilgan kompyuter arxitekturasi Charlz Bebbij va Ada Lovlace oʻrtasidagi tahlil mexanizmini tavsiflovchi yozishmalarida edi. 1936- yilda Z1 kompyuterini yaratishda Konrad Suse oʻzining boʻlajak loyihalarini ikkita patent arizasida tasvirlab berdi. Yana ikkita erta va muhim misollar: Jon fon Neymanning 1945-yildagi maqolasi, EDVAC hisobotining birinchi loyihasi, unda mantiqiy eshiklarning tashkil etilishi tasvirlangan. Kompyuter adabiyotidag i „arxitektura“ terminini Layl Jonson Fridrix Bruks va Muhammad Usmon xonning asarlari bilan bogʻlash mumkin. Ularning barchasi 1959- yilda IBM asosiy tadqiqot markazining mashinalarni tashkil etish boʻlimining aʼzolari edi. Jonson Los Alamos milliy labora toriyasida (oʻsha paytda Los Alamos ilmiy laboratoriyasi deb atalgan) IBM tomonidan ishlab chiqilgan Stretch superkompyuteri boʻyicha oʻzining tadqiqot ishini yozish imkoniyatiga ega boʻldi. Dabdabali bezatilgan kompyuterni muhokama qilish uchun tafsilotlar darajasini tavsiflash uchun u formatlar, koʻrsatmalar turlari, apparat variantlari va tezlikni yaxshilash tavsifi „tizim arxitekturasi“ darajasida ekanligini taʼkidladi . Kompyuter arxitekturasi - bu uning mantiqiy tashkil etilishi, tuzilishi va resurslari. Arxitektura ishlash tamoyilini, axborot havolalarini va kompyuterning asosiy mantiqiy tugunlarining o'zaro bog'liqligini belgilaydi: 3-rasm. Kompyuter qurishning magistral-modulli printsipi · Protsessor; Operativ xotira (saqlash qurilmasi); · Tashqi xotira; · Periferik qurilmalar. Xotira funktsiyalari: · Boshqa qurilmalardan ma'lumot olish; · Ma'lumotni yodlash; · Ma'lumotni so'rov bo'yicha mashinaning boshqa qurilmalariga o'tkazish. Xotira quyidagilarga bo'linadi. Asosiy: RAM (tasodifiy kirish xotirasi); · ROM (faqat o'qish uchun xotira); · Tashqi (tashqi xotira qurilmalari axborotni uzoq vaqt saqlashga imkon beradi). Tashqi saqlash vositalari: Qattiq va egiluvchan magnit disklar Lazerli disklar (CD) Ishlatishdan oldin disklar yo'llar va sektorlarga formatlanadi. Periferik qurilmalarning vazifalariga axborotni kiritish va chiqarish kiradi. Har bir qurilma o'ziga xos xususiyatlar to'plamiga ega, bu sizga kompyuter yordamida ma'lum vazifalarni hal qilish uchun eng mos keladigan qurilmalar konfiguratsiyasini tanlash imkonini beradi. Protsessor vazifalari: · Berilgan dastur bo'yicha ma'lumotlarni qayta ishlash (ular ustida arifmetik va mantiqiy amallarni bajarish) - ALU funktsiyasi (arifmetik - mantiqiy qurilma); · Kompyuter qurilmalari ishlashining dasturiy nazorati - boshqaruv blokining vazifasi (boshqaruv moslamasi). Protsessor shuningdek registrlarni ham o'z ichiga oladi (protsessor xotirasi) - bir qator maxsus saqlash xujayralari. Registrlar ikkita maqsadga xizmat qiladi: · Qisqa muddatli raqam yoki buyruqni saqlash; · Ular ustida ba'zi operatsiyalarni bajarish. Eng muhim registrlar: · Buyruqlar hisoblagichi (ketma -ket xotira hujayralaridan dastur buyruqlarini avtomatik tanlash uchun ishlatiladi, u bajarilayotgan buyruq manzilini saqlaydi); · Buyruqlar va holatlar reestri (buyruq kodini saqlash uchun xizmat qiladi). · Buyruq - bu kompyuter bajarishi kerak bo'lgan elementar operatsiya. Buyruq o'z ichiga oladi: Amalga oshirilayotgan operatsiya kodi Operand manzillari Natija joylashuvi manzili Buyruqning bajarilishi quyidagi bosqichlarga bo'linadi: Buyruq hisoblagichda manzili saqlanadigan xotira katakchasidan tanlanadi (buyruq hisoblagichining tarkibi oshganda) Buyruq boshqaruv qurilmasiga (buyruqlar registriga) o'tkaziladi. Boshqarish moslamasi buyruqning manzil maydonini dekodlaydi Boshqaruv moslamasining signallariga ko'ra, operandlar ALU xotirasidan tanlanadi (operandlar registrlarida). UU operatsion kodini ochadi va ALUga operatsiyani bajarish uchun signal beradi Operatsiya natijasi protsessorda qoladi yoki RAMga qaytariladi Kompyuter tuzilishi Shaxsiy kompyuterning klassik arxitekturasini ko'rib chiqing: Shaxsiy kompyuterlar odatda quyidagi asosiy modullardan iborat Monitor Tizim birligi kompyuterning barcha asosiy komponentlarini o'z ichiga oladi: · Anakart; · Elektron sxemalar (protsessor, qurilma boshqaruvchilari va boshqalar); · Quvvat bloki;· Floppy disklar (haydovchilar). 4-rasm. EHM Asosiy xotira – kompyuterning dasturlar va ma’lumotlarni saqlash uchun mo‘ljallangan komponentidir. Xotira ma’lum bir uzunlikka ega bo‘lgan axborotlarni saqlovchi yacheykalardan iborat bo‘ladi. Hozirgi kompyuterlarning xotirasi 8- bitli, ya’ni bir baytli yacheykalardan iborat bo‘lib, xotiraga ana shu baytlarning adreslari orqali murojaat qilinadi. Baytlarni guruhlarga birlashtirilib so‘zlar (rus tilida – slovo) hosil qilinadi. 1, 2, 4 va 8 baytli, ya’ni 8, 16, 32 va 64-bitli yoki razryadli so‘z uzunliklariga ega kompyuterlar mavjud [1,5,11]. Ushbu qo‘llanmada kompyuter xotirasining so‘z uzunliklarini, protsessorlar ichki registrlarining uzunliklarini ifodalashda va boshqa holatlarda razryad iborasi qo‘llanilgan. Protsessorning IP (Instruction Pointer) yoki PC (Program Counter) deb nomlanuvchi registri, tartib bo‘yicha bajarilishi kerak bo‘lgan buyruq adresini ko‘rsatish uchun ishlatiladi. Ushbu registr buyruqlar sanagichi yoki buyruqlar ko‘rsatgichi deb nomlanadi. PC registrida yozilgan adres, ya’ni navbatdagi bajarilishi kerak bo‘lgan buyruqning adresi, protsessorning adres shinasi yordamida asosiy xotira bilan bog‘lanuvchi porti - adres registri orqali xotiraning, xotira adresi registriga uzatiladi. Shundan so‘ng xotiraning ma’lumotlar registriga ushbu adres bo‘yicha yozilgan ma’lumot chiqariladi. Bu ma’lumot, ma’lumotlar shinasi orqali protsessorning registrlaridan biriga, masalan akkumulyatorga, ya’ni A registriga kelib tushadi. Real rejimda xotiraga murojaat qilish segmentlarga murojaat qilish orqali, himoyalangan rejimda esa, sahifalarga murojaat qilish orqali amalga oshiriladi. Bitta segmentning xajmi – 64 Kbayt, sahifaning xajmi esa – 4 Kbaytga ega bo‘ladi. Tezkor va doimiy xo tira qurilmalari. Ko‘rib chiqilgan xotiralarning barcha xillari bitta umumiy xususiyatga ega: ularda axborotni ham yozish, ham o‘qish ikoniyatlarini mavjud. Bunday xotira tezkor xotira qurilmasi (TXQ) deb ataladi 56 (Random Access Memory – RAM, rus tilida - operativnoe zapominayu щee ustroystvo - OZU). Tezkor xotira qurilmasining ikki xili mavjud: 1.Statik TXQ (Static RAM - SRAM). Bu xildagi xotira D-triggerlar asosida quriladi. Statik TXQsida axborot, unga manba ulangan vaqt davomida saqlanadi: bu vaqtning davomiyligi - sekundlarga, minutlarga, soatlarga va kunlarga ham teng bo‘lishi mumkin. Statik TXQ juda tez ishlaydi, unga murojaat qilish vaqti bir necha nanosekundlarga teng bo‘lishi mumkin. Shu sababli statik TXQ, ko‘pincha ikkinchi sath kesh-xotirasi sifatida ishlatilmoqda. Dinamik TXQ (Dynamic RAM - DRAM). Bu xildagi xotirani qurishda triggerlar ishlatilmaydi. Dinamik TXQ tranzistorlar va juda kichik kondensatorlardan qurilgan, yacheykalar to‘plamidan iborat bo‘ladi. Kondensatorlar zaryadlangan va zarya dlanmagan holatlarda bo‘lishi mumkin, bu hol 1 va 0 ni saqlash imkonini beradi. Kondensatorda zaryad yo‘qolishi mumkin bo‘lganligi sababli, bu xildagi xotirada ma’lumotlar yo‘qolib ketmasligi uchun har bir bit, vaqtivaqti bilan qayta zaryadlanib turishi ke rak bo‘ladi. Dinamik TXQda bir bit axborotni saqlash uchun 1-ta tranzistor va 1-ta kondensator kerak bo‘ladi. Statik TXQda esa bir bit axborotni saqlash uchun kamida 6-ta tranzistor kerak bo‘ladi. Shuning uchun asosiy xotira deyarli har doim dinamik TXQ asosida quriladi. Dinamik TXQ, statik TXQga nisbatan ancha sekin ishlaydi. Dinamik TXQning bir necha xillari mavjud: - FPM (Fast Page Mode) – tezkor sahifalar rejimiga ega dinamik xotira (rus tilida - bыstrыy postranichn ыy rejim); 59 - EDO (Extended Data Output) – ulanish nuqtalarining imkoniyatlari kengaytirilgan dinamik xotira – (rus tilida – pamyat ь s rasshirennыmi vozmojnostyami vыvoda); - DRAM, SDRAM (Synchronous RAM) – sinxron dinamik TXQlari (rus tilida - sinxronnoe dinamicheskoe OZU); - DDR (Double Data Rate) – ma’lumotlarni ikki karra tez uzata oluvchi (rus tilida - peredacha dann ыx s dvoynoy skorostьyu). Doimiy xotira qurilmalari. Elektr manbai uzilganda ham ma’lumotlarni saqlay oladigan xotira – doimiy xotira qurilmasi (DXQ) deb ataladi (ROM - ReadOnly Memory, rus tilida – postoyannoe zapominayuщee ustroystvo - PZU). Odatda doimiy xotira qurilmalaridagi axborotni o‘zgartirish yoki o‘chirib tashlash mumkin emas. Ammo hozirda DXQni ishlab chiqarish paytidagina emas, balki uni qo‘llashdan avval, ya’ni uni ishlatish paytida ham axborotni yozish mumkin bo‘lgan va axborotni o‘chirib yozish mumkin bo‘lgan doimiy xotira qurilmalari ham ishlab chiqilgan. Ular quyidagicha nomlanadilar: - PROM (Programmable ROM) – programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – programmirumыe PZU). - EPROM (Erasable PROM) – axborotni o‘chirish va qayta yozish mumkin bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – stiraemoe programmiruemoe PZU); - EEPROM (Electronically EPROM) - axborotni elektron tarzda o‘chirish va yozish mumkin bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – elektronno-pereprogrammiruemoe PZU); - flesh-xotira. Download 0.83 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|