Mikroarxitektura

Intel Core 2 Микроархитектураси.
Mikroarxitekturalarni loyihalash davrida na’faqat uning dizayniga, balki quyidagi muammolarga ham e’tibor beriladi:

• 
  mikrosxema chipning yuza o‘lchamiga va narhiga;
  
• 
  elektr tokining ishlatishiga;
  
• 
  mantiqiy sxemaning mushkulliyligiga;
  
• 
  oddiy va sodda bog‘lanishligiga;
  
• 
  sxemani sozlash jarayonining soddaliligiga;
  
• 
  testdan o‘tkazish mumkinligiga va boshqalar.
  

Umuman, barcha bir chipli va ko‘p chipli mikroprotsessorlar uchun yaratilgan dasturlar quyidagi etaplardan o‘tishadi:

1. 
   Yo‘riqnomani (instruktsiyani) o‘qish va uni dekodirlash.
   
2. 
   Ushbu instruktsiya asosida bajarish uchun barcha bog‘liq bo‘lgan ma’lumotlarni qidirish.
   
3. 
   Yo‘riqnomani to‘la bajarish.
   
4. 
   Olingan natijalarni yozib saqlab qo‘yish.
   

Ushbu ketma - ketlikni bajarish onson tuyiladi, lekin yo‘riqnoma va ma’lumotlar saqlanayotgan xotiraning iyerarhiyasi, kesh, asosiy xotira va energiyaga bog‘liq bo‘lgan qurilmalar ya’ni qattiq disklarning ishlash tezligi protsessorning tezligidan kam bo‘lishligi kerakligi natijasida bu jarayon juda qiyinlashib ketadi.
Ko‘p yillar davomida ishlash jarayonining tezligini oshirish uchun ko‘p yo‘riqnomalarni parallel bajarish ustida tadqiqotlar olib borilgan edi. Bu usul esa mantiqiy sxemalarning strukturasini mushkullashtirib qo‘yganligi isbotlandi. Ular asosan qimmat baho meynfreym va superkompyuterlarda qo‘llanilgan. Zamonaviy texnologiyaning rivojlanishi natijasida bir kvadrat santimetrli maydonda milliard integral sxemalarni yaratilishi yuqorida keltirilgan muammolarni yechilishiga olib keldi.

2. BUYRUQLAR TO‘PLAMI

Protsessorning razryadliligi - bu bir paytning o‘zida mashina operatsiyasi bajarilishi jarayonida ikkilik raqamlarning maksimal razryadlar soni hisoblanadi. Har qanday ma’lumot kompyuter ichida ikkilik sonlari bilan belgilanishi barchaga ma’lum. Kompyuter ichidagi qurilmalar orasidagi ma’lumotlar portsiya ya’ni mashina so‘zi ko‘rinishida bir - biriga uzatiladi. Ushbu bitta mashina so‘zidan bit ma’lumotlar soni protsessorning razryadlari deb ataladi.

Kompyuterning razryadlar soni qanchalik ko‘p bo‘lsa, ya’ni mashina so‘zi uzun bo‘lsa, demak shunchalik ma’lumotlarni tez uzatadi, yoki qayta ishlaydi. Bu degani kompyuterning tezligi yuqori bo‘ladi.
Mikroprotsessorlar uch xil razryadlarga bo‘linadi:

1. 
   Mikroprotsessorlarning registrlar razryadi.
   
2. 
   Ma’lumotlar shinasining razryadi.
   
3. 
   Shinalar manzilining razryadi.
   

Registrlar razryadi - mikroprotsessorning ichidagi mashina so‘zini uzunligi hisoblanadi. Intel 80386 kompyuterlar 32 - razryadli edi. Intel Pentium 4 va Pentium 4XE 3,73 Mgts chastotali kompyuterlar 64 - razryadli mikroprotsessorlarda ishlar edilar. Windows XP Pro x 64 operatsion tizim o‘rnatilgan.
Ma’lumotlar shinasining razryadliligi sifatida ma’lumotlarni mikroprotsessorlardan boshqa qurilmalarga uzatilayotganda ishlatilayotgan liniyalar guruhi yoki liniyalar soni hisoblanadi. Mikroprotsessor ichidagi va uning tashqarisidagi mashinalar so‘zining uzunligi har xil bo‘lishligi mumkin. Masalan, birinchi mikroprotsessor o‘rnatilgan IBM PC (Intel 8088) da ichki razryadi 16 bit, a tashqi mashina so‘zi 8 bit bo‘lgan. Zamonaviy Intel 8086 larda tashqi mashina so‘zi 16 bitgacha oshirilganligi uchun ularning samaradorligi 40% ga oshgan.
Shinalar manzilining razryadi - bu ham liniyalarning soni bilan belgilanadi. Ushbu liniyalar orqali mikroprotsessordan operativ xotiraga kirish uchun uning yacheykalarini aniqlashda uzatilayotgan ma’lumotlar hisoblanadi.
Manzil shinasi qanchalik keng bo‘lsa, shunchalik xotiraning ko‘p yacheykalariga mikroprotsessor murojaat qilaoladi. Masalan, Intel 8088 va Intel 8086 larda manzillar shinasi 20 ta liniyadan (simdan) iborat edi. Bunday mikroprotsessorli kompyuterlarning operativ xotirasi 1 MBayt edi. Protsessorning keyingi avlodida 24 - razryadli manzil shinalari ishlatilganda uning operativ xotirasi 16 MBayt bo‘lgan.
Mikroprotsessorning bazoviy buyruqlar tizimini shartli funktsional ravishda quyidagi guruhlarga bo‘lish mumkin:

• 
  ma’lumotlarni uzatish buyrug‘i;
  
• 
  birlamchi bit ma’lumotni o‘rnatish buyrug‘i;
  
• 
  kiritish - chiqarish buyrug‘i;
  
• 
  arifmetik buyruqlar;
  
• 
  mantiqiy buyruqlar;
  
• 
  surish buyruqlari;
  
• 
  ikkilik - o‘nlik sonlarni to‘g‘rilash buyruqlari;
  
• 
  turlarini o‘zgartirish buyruqlari;
  
• 
  bayroqlarni boshqarish buyruqlari;
  
• 
  uzish buyrug‘i;
  
• 
  boshqaruvlarni uzatish buyruqlari;
  
• 
  protsessorni sinxron ishlashini ta’minlash buyrug‘i va boshqalar.
  

Protsessorning barcha bazaviy buyruqlariga quyidagi chegaralar qo‘yilgan:

• 
  bir paytni o‘zida bitta buyruq bilan xotiraning ikki maydoniga murojaat qilmaslik;
  
• 
  xotiraning segment registri va uning qiymati bilan operatsiyani bajarish mumkin emasligi;
  
• 
  buyruq opnrandalari (ma’lumotlar kodi) bir hil o‘lchamga ega bo‘lishligi va boshqalar.
  

Mikroprotsessorning buyruqlari mikrobuyruqlardan farq qilib, mikrosxemalar qurilmalariga bog‘liq bo‘lmagan xolda ishlab chiqiladi. Shuning uchun ularning razryadlari mikroprotsessorning razryadiga mos keladi. Mikroprotsessorning buyrug‘i yo‘riqnomadan tashkil topgan bo‘lib operatsiya kodi bilan belgilanadi (Operatsiya Kodi - inglizcha INS deb ataladi). Buyruq formatlari protsessorning strukturasiga qattiq bog‘liq bo‘ladi.
Fon - Neyman strukturasi asosida tuzilgan sakkiz razryadli protsessor buyruqlari quyidagi rasmda keltirilgan:

Операция

Операция коди
ввв
Бир байтли буйруқ
Икки байтли буйруқ

Операция коди ввв

Регистр манзили

Операнда манзили

data

Операция Операция
Уч байтли буйруқ

Операция коди

Регистр манзили

Операнда манзили

Манзил
1 ёки 2 нчи

Тўрт байтли буйруқ Коди Операнд

Agar operatsiya kodi sifatida sakkiz bitli so‘z (bayt) ishlatilsa, u holda ushbu so‘z yordamida 256 ta operatsiyani kodlashtirish mumkin. Buyruqlar tizimini ishlab chiqayotganda operatsiya uchun har qanday kod belgilanishi mumkin. Ana shu buyruqlar tizimi orqali konkret protsessorlar oilasi aniqlanadi. Bir baytli buyruqlar protsessorning ichki dasturiy registrlari bilan ishlashi mumkin bo‘ladi.
Bir xil operatsiyalarni protsessorning har xil registrlari bilan bajarish uchun har xil kodlar ishlatiladi. Bunday kodlarni yodda saqlab qolish juda mushkul hisoblanadi. Ushbu saqlab eslab qolish ma’lumotlar hajmini kamaytirish va onsonlashtirish uchun har xil qisqariltirilgan ingliz so‘zlaridan foydalaniladi. Masalan, nus'ha olish uchun MOV, yig‘indisini topish uchun ADD, ayirish uchun SUB, ko‘paytirish uchun MUL va boshqalar ishlatiladi.
Mikroprotsessorning strukturasini bilmay turib dastur (programma) yozish mumkin emas, chunki mikroprotsessorning strukturasi va uning buyruqlar to‘plami bir - biri bilan chambarchas bog‘liqdir. Shuning uchun har xil mikroprotsessorlarda har xil buyruqlar tizimi bo‘lishi mumkin. Umuman, buyruqlar ikki qismdan iborat bo‘ladi: operatsion va manzil qismidan.
Massu protsessor - o‘z buyruqlar aylanish jarayonini saqlaydi, tizim xotirasida saqlangan dasturni amalga oshiradi, lekin faqat CPU buyrug‘i bilan ishga tushiriladi, dasturni bajarish tugagandan so‘ng CPUga ish tugallanishi haqida xabar beradi. Replikatsiya protsessor o‘z buyruqlar aylanishini qo‘llab-quvvatlamaydi, u CPU tomonidan umumiy buyruqlar oqimi uchun tanlangan buyruqlarni bajaradi. Aslida, protsessor CPU kengaytmasi hisoblanadi.