Protsessorlar,protsessor turlari, matritsali va vektorli protsessorlar,ko‘p protsessorlar

Protsessorlar,protsessor turlari, matritsali va vektorli protsessorlar,ko‘p protsessorlar
Protsessor (inglizcha: processor) inglizchada „Process“ soʻzidan kelib chiqqan boʻlib, „jarayon“ — jarayonni amalga oshiruvchi, boshqaruvchi maʼnolarini bildiradi. Kompyuter Protsessori asosan kompyuterda boʻladigan jarayonlarni amalga oshirish va boshqarish vazifalarini bajaradi. Asosiy oʻlchov birligi chastota hisoblanadi. Protsessor chastotasi uning maʼlum vaqt ichida nechta amalni bajara olishini ifodalaydi.
Protsessor (lot. processus — surilish) — elektron mashinaning dastur (programma) da koʻzda tutilgan amallar, informatsiyani oʻzgartirish, barcha hisoblash jarayonlarini, xisoblash mashinasidagi boshqa qurilmalarning ishini boshqarib turish uchun moʻljallangan markaziy qurilmasi. Asosiy qismlari: arifmetikmantiqiy qurilma va boshqarish qurilmasi. Arifmetikmantiqiy qurilmada axborot arifmetika va mantiq jihatidan qayta ishlanadi. Boshqarish qurilmasi xotiradagi axborotlarni chiqarish tartibini belgilaydi, boshqaruvchi signallarni ishlab chiqadi, mashinadagi qurilmalarning ishini uygʻunlashtiradi, dasturni uzish signallarini qayta ishlaydi, xotiradagi axborotlarni muhofazalaydi, P. ishini nazorat qiladi. P. da bulardan tashqari, oʻta tezkor xotira qurilmasi va tashkiliy bloklar ham bor.
Har xil turdagi protsessorlar. Har xil turdagi protsessorlar mikroprotsessor, mikrokontroller, o'rnatilgan protsessor, raqamli signal protsessorlari va protsessorlar qurilmalarga qarab o'zgarishi mumkin. Protsessorning muhim elementlari protsessor va tizimning asosiy elementlari sifatida belgilangan. Boshqaruv bloki kiritish ko'rsatmalarini ishga tushiradi, oladi va bajaradi. Protsessor mikroprotsessorga o'rnatilishi mumkin va birlik IC(integrated circuit) chipidan iborat. Ammo ba'zi qurilmalar ko'p yadroli protsessorlarga asoslangan. U bir yoki bir nechta protsessorni o'z ichiga oladi. Bu anakartga pinlar o'rnatilgan odatiy kichik komponent. Bundan tashqari, ishlab chiqarilgan issiqlikni tarqatish uchun sovutgich (cooler) va radiatorli anakartga ulanishi mumkin.
Mikroprotsessor. Tizimning asosiy jarayoni o'rnatilgan tizimlarga kiritilgan mikroprotsessor bilan belgilanadi. Bozorda turli korxonalar tomonidan amalga oshiriladigan har xil turdagi mikroprotsessorlar mavjud. Mikroprotsessor standart protsessor bo'lib, u ALU, boshqaruv bloki va boshqaruv registrlari, holat registrlari va skretch-pad registrlari deb nomlanuvchi registrlar klubidan iborat.
Bu chipdagi xotira bo'lishi mumkin va bir nechta interfeyslar uzilishlar orqali tashqi dunyo bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin, ikkinchisi esa tashqi dunyo bilan o'zaro aloqa qilish uchun portlar va xotira registrlari bo'lishi mumkin. Ushbu portlar ko'pincha dasturlashtiriladigan deb nomlanadi va ularni chiqish yoki kirish vazifasini bajaradi. Ushbu dasturlar qurilmalarning xatti-harakatlariga qarab oziqlanishi va o'zgartirilishi mumkin.
Bir yoki ikkita mikroprotsessorni birlashtirib ko'p protsessor hosil qilish mumkin. Kirish va chiqarish operatsiyalari hamda xotira protsessorlar tomonidan taqsimlanadi. Xotira registridagi kirish vaqti har bir protsessor uchun bir xil va har bir protsessor avtobus bilan bog'langan. Ishlash va kirish va ularning kiritish va chiqish funktsiyalari bir xil funktsiyani bajarish uchun protsessor tomonidan o'zaro taqsimlanadi.
Mikrokontroller. Mikrokontroller standart bo'lib, u turli o'lcham va paketlarda mavjud. Kirish ma'lumotlarini o'qish va unga mos keladigan chiqishga ta'sir qilish asosiy mikrokontrollerning asosiy funktsiyasidir va shuning uchun u umumiy maqsadli kirish va chiqish protsessorlari (GPIO) deb ataladi. Mikrokontrollerlarning bir nechtasi Microchip P1C16F877A, Microchip Atmega328, Microchip P1C18F45K22, Microchip P1C16F671 va Microchip P1C16F1503.
O'rnatilgan protsessor. O'rnatilgan protsessor elektr va mexanik funktsiyalarni boshqarish uchun tuzilgan. U taymer, dastur xotirasi, ma'lumotlar xotirasi, qayta o'rnatish, quvvat manbai, ma'lumotlar xotirasi, uzilishni boshqarish moslamasi, taktli osilator tizimlari, interfeys sxemalari, maxsus sxemalar va tizimni qo'llash portlari va sxemalari kabi ko'plab bloklardan iborat.
Raqamli signal protsessori Raqamli signal protsessori analog va raqamli signallarni filtrlash, o'lchash, siqish uchun ishlatiladi. Signalni qayta ishlash raqamli signallarni manipulyatsiya qilish va tahlil qilishni anglatadi. Ushbu jarayon dastur tomonidan belgilangan integratsiya sxemalari, raqamli signal protsessorlari, maydonda dasturlashtiriladigan eshiklar majmuasi yordamida amalga oshirilishi mumkin yoki aniq signalga erishish uchun kompyuter bo'lishi mumkin. DSP-dagi protsessorlar shtrix-kod skanerlari, osiloskop, printerlar, mobil telefonlar uchun ishlatiladi. Ushbu protsessorlar tezkor va real vaqtda ilovalar uchun qo'llaniladi. Protsessor komponentlari:
Protsessorning asosiy qismlari boshqaruv bloklari, arifmetik mantiq birligi, registrlar, suzuvchi nuqtalar, L1 va L2 kesh xotirasidir.
Arifmetik mantiq birligi ko'rsatmalardagi operandlardagi mantiqiy va arifmetik funktsiyalardan iborat.
Suzuvchi nuqta birligi raqamli soprotsessor yoki matematik protsessor deb ataladi. Bu ixtisoslashgan operator bo'lib, asosiy mikroprotsessor sxemalarining ishlashi bilan solishtirganda raqamlarni tezda boshqaradi.
Registrlar operandlarni ALU ga etkazib berish va operatsiya natijasini saqlash uchun ko'rsatmalar va boshqa ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi. L2 va L1 kesh xotirasi protsessorning operativ xotiradan ma'lumotlarni olish uchun vaqtini tejaydi.
Asosiy funksiyalar olish, dekodlash, qayta yozish va bajarishdir. Fetch - bu xotiradan buyruqni oladigan va RAMga uzatuvchi funksiya.
Dekod bu protsessorning boshqa elementlaridan tushunish uchun ko'rsatmalarni tahrirlash mumkin bo'lgan jarayon bo'lib, ko'rsatmalar dekoder tomonidan bajariladigan operatsiya davom etishi kerak. Amalga oshirish jarayonida protsessor funktsiyalarni ishga tushirish va bajarish uchun talab qilinadi.
Bozordagi ko'plab protsessorlar ko'p yadroli bo'lib, ular protsessorning ishlashini yaxshilash uchun bir nechta ICdan iborat bo'lib, quvvat iste'moli cheklangan va parallel ishlov berish yoki bir nechta vazifalarni bajarish uchun bir vaqtning o'zida jarayonni beradi.
Bir nechta yadrolarni o'rnatishda alohida protsessorlar mavjud, chunki ular bitta rozetkaga ulangan va uni tezroq qilish uchun umumiy o'rnatilgan ulanishni ta'minlaydi.
Ba'zi kompyuterlarda u ikki yoki undan ortiq yadroga ega va uni o'n ikki yadroga oshirish mumkin. Agar protsessor bir vaqtning o'zida faqat cheklangan buyruqlar to'plami bilan ishlov bera olsa va u bir yadroli protsessor deb ataladi. Agar protsessor bir vaqtning o'zida ikkita ko'rsatmalarga rioya qilsa, u ikki yadroli protsessor deb ataladi.
Agar u to'rtta buyruqlar to'plamiga bo'ysunsa, u to'rt yadroli protsessorlar deb ataladi. Agar ko'proq yadro bo'lsa, kompyuter bir vaqtning o'zida bir nechta buyruqlarga bo'ysunishi mumkin.
1. Intel Core i3, i5, i7 va i9: Bu Intel tomonidan ishlab chiqilgan eng mashhur protsessor seriyalari. i3, asosiy darajali ish bajarish uchun mo'ljallangan, i5 o'rtacha darajali ish bajarishni taqdim etadi, i7 yuqori darajali ish bajarishni taqdim etadi va i9 esa eng yuqori darajali ish bajarishni taqdim etadi.
2. AMD Ryzen: Bu AMD tomonidan ishlab chiqilgan eng mashhur protsessor seriyalari. Ryzen 3, asosiy darajali ish bajarish uchun mo'ljallangan, Ryzen 5 o'rtacha darajali ish bajarishni taqdim etadi, Ryzen 7 yuqori darajali ish bajarishni taqdim etadi va Ryzen 9 esa eng yuqori darajali ish bajarishni taqdim etadi.

3. Intel Pentium va Celeron: Bu, Intel tomonidan ishlab chiqilgan past darajali protsessor seriyalari. Odatda, past mablag‘li kompyuterlar yoki mobil qurilmalar uchun foydalaniladi.

4. AMD A va E Seriyasi: Bu AMD tomonidan ishlab chiqilgan past darajali protsessor seriyalari. Odatda, past mablag‘li kompyuterlar yoki mobil qurilmalar uchun foydalaniladi.
5. ARM: Bu mobil qurilmalar kabi past quvvat sarflaydigan qurilmalar uchun mo‘ljallangan protsessor seriyasi. ARM protsessorlari odatda smartfonlar, planshetlar va boshqa ko‘chirib olinadigan qurilmalarda ishlatiladi.
Matritasli protsessorlar: Massiv protsessori(Matritsali protsessorlar) katta hajmdagi ma'lumotlar massivida hisob-kitoblarni amalga oshiradi. Bu massiv protsessorlarining ikki turi:biriktirilgan massiv protsessor va SIMD massiv protsessorlari. Bular quyida tushuntiriladi.
1.Biriktirilgan massiv protsessor :Raqamli hisoblash vazifalarida asosiy kompyuterning ishlashini yaxshilash uchun unga yordamchi protsessor biriktirilgan.

1-rasm. Biriktirilgan matritsali protsessorining asosiy kompyuterga ulanishi.
Birlashtirilgan massiv protsessorida ikkita interfeys mavjud:
1. Umumiy protsessorga kirish chiqish interfeysi.
2. Mahalliy xotira bilan interfeys.
Bu erda mahalliy xotira asosiy xotirani o'zaro bog'laydi. Xost kompyuter - umumiy maqsadli kompyuter. Biriktirilgan protsessor - bu asosiy kompyuter tomonidan boshqariladigan orqa kompyuter.
Massiv protsessori kiritish-chiqarish boshqaruvchisi orqali kompyuterga ulanadi va kompyuter uni tashqi interfeys sifatida ko'radi.
2.SIMD massiv protsessori: Bu parallel ravishda ishlaydigan bir nechta protsessorli kompyuter. Massiv protsessorlarining ikkala turi vektorlarni manipulyatsiya qiladi, lekin ularning ichki tashkil etilishi boshqacha.

2-rasm. SIMD matritsali protsessor tuzilishi.
SIMD - bu parallel ravishda ishlaydigan bir nechta ishlov berish bloklariga ega kompyuter.
Ishlov berish birliklari umumiy boshqaruv bloki nazorati ostida bir xil operatsiyani bajarish uchun sinxronlashtiriladi. Shunday qilib, bitta ko'rsatma oqimini, bir nechta ma'lumotlar oqimini (SIMD) tashkil qilishni ta'minlaydi. Rasmda ko'rsatilganidek, SIMD har birida M mahalliy xotiraga ega bo'lgan bir xil ishlov berish elementlari (PES) to'plamini o'z ichiga oladi.
Har bir PE quyidagilarni o'z ichiga oladi:
1.ALU
2.Suzuvchi nuqta arifmetik birligi
3.Ishchi registrlar
Bosh boshqaruv bloki PE larda ishlashni nazorat qiladi. Bosh boshqaruv blokining vazifasi buyruqni dekodlash va ko'rsatma qanday bajarilishini aniqlashdan iborat. Agar ko'rsatma skalyar yoki dasturni boshqarish ko'rsatmasi bo'lsa, u to'g'ridan-to'g'ri asosiy boshqaruv blokida bajariladi. Asosiy xotira dasturni saqlash uchun ishlatiladi, har bir PE o'zining mahalliy xotirasida saqlangan operandlardan foydalanadi.
Vektorli protsessorlar. Vektor protsessori asosan bitta ko'rsatmada to'liq vektor kiritishni bajarish qobiliyatiga ega bo'lgan markaziy protsessordir. Aniqroq aytganda, bu bitta buyruq yordamida xotiradagi o'xshash ma'lumotlar elementlarining ketma-ket to'plamini bajaradigan apparat resurslarining to'liq birligi.
Biz bilamizki, vektor elementlari xotiraning ketma-ket manzillash formatiga ega bo'lishi uchun to'g'ri tartiblangan. Shuning uchun biz ma'lumotlarni ketma-ket amalga oshirishini eslatib o'tdik .
U bitta boshqaruv blokiga ega, lekin vektorning turli ma'lumotlar elementlarida bir xil operatsiyani bajaradigan bir nechta ijro birliklariga ega. Faqat bitta juft ma'lumotda ishlaydigan skalyar protsessorlardan farqli o'laroq, vektor protsessor bir nechta ma'lumotlar juftligida ishlaydi. Biroq, skaler kodni vektor kodiga aylantirish mumkin. Ushbu konvertatsiya jarayoni vektorizatsiya deb nomlanadi. Shunday qilib, vektorni qayta ishlash bir ko'rsatma yordamida bir nechta ma'lumotlar elementlari bilan ishlashga imkon beradi, deyishimiz mumkin.
Bu ko'rsatmalar bitta ko'rsatma bir nechta ma'lumotlar yoki vektor ko'rsatmalari deyiladi. So'nggi paytlarda foydalanilgan protsessor vektorli ishlov berishdan foydalanadi, chunki u skalyar ishlov berishdan ko'ra foydalidir. Keling, vektor protsessorining qanday ishlashini tushunish uchun ko'proq harakat qilaylik.
Quyidagi rasm vektorli kompyuter tomonidan vektorni qayta ishlashni ko'rsatadigan odatiy diagrammani ifodalaydi:

3-rasm. Vektor kompyuter funksional diagrammasi.
Vektorli kompyuterning funksional birliklari quyidagilardan iborat:
• IPU yoki ko'rsatmalarni qayta ishlash birligi
• Vektor registri
• Skaler registr
• Skaler protsessor
• Vektor ko'rsatmalar boshqaruvchisi
• Vektor kirish nazorati
• Vektor protsessor
Keling, vektor kompyuter tomonidan bajariladigan umumiy operatsiyani tushunamiz. U bir nechta funktsional quvurlarga ega bo'lgani uchun u operandlar bo'yicha ko'rsatmalarni bajarishi mumkin. Biz bilamizki, ma'lumotlar ham, ko'rsatmalar ham xotirada kerakli xotira joyida mavjud. Shunday qilib, buyruqni qayta ishlash bloki, ya'ni IPU ko'rsatmalarni xotiradan oladi.
Ko'rsatma olingandan so'ng, IPU olingan ko'rsatma skalyar yoki vektor tabiatini aniqlaydi. Agar u skalyar xarakterga ega bo'lsa, u holda ko'rsatma skalyar registrga o'tkaziladi va keyin keyingi skalyar ishlov beriladi.Agar ko'rsatma tabiatda vektor bo'lsa, u vektor ko'rsatma boshqaruvchisiga beriladi. Ushbu vektor yo'riqnomasi tekshirgichi avval vektor ko'rsatmasini dekodlaydi, so'ngra mos ravishda xotirada mavjud vektor operandning manzilini aniqlaydi.
Keyin u vektor kirish nazoratchisiga tegishli operand talabi haqida signal beradi. Ushbu vektorga kirish boshqaruvchisi keyin xotiradan kerakli operandni oladi. Operand olingandan so'ng, u vektor protsessorida qayta ishlanishi uchun ko'rsatmalar registriga beriladi.
Bir nechta vektor ko'rsatmalari mavjud bo'lganda, vektor ko'rsatmalari boshqaruvchisi vazifalar tizimiga bir nechta vektor ko'rsatmalarini beradi. Va agar vazifa tizimi vektor vazifasi juda uzun ekanligini ko'rsatsa, protsessor vazifani subvektorlarga ajratadi. Ushbu subvektorlar bir vaqtning o'zida xotiradan olingan operand bo'yicha buyruqni bajarish uchun bir nechta quvur liniyasidan foydalanadigan vektor protsessoriga beriladi.
Turli vektor ko'rsatmalari vektor ko'rsatmalari boshqaruvchisi tomonidan rejalashtirilgan.
Vektor protsessorining tasnifi vektorni shakllantirish qobiliyatiga, shuningdek qayta ishlash uchun vektor ko'rsatmalarining mavjudligiga bog'liq. Shunday qilib, ushbu mezonlarga qarab vektorli ishlov berish quyidagicha tasniflanadi:

4-rasm.Vektor protsessorining tasnifi.
Ushbu arxitektura vektorli kompyuterlarda keng qo'llaniladi. Ushbu arxitekturada bo'lgani kabi, operand yoki oldingi natijalarni olish bilvosita registrlar yordamida asosiy xotira orqali amalga oshiriladi.
Vektorli kompyuterda mavjud bo'lgan bir nechta vektor quvurlari registrlardan ma'lumotlarni olishda va natijalarni kerakli registrda saqlashda yordam beradi. Ushbu vektor registrlari foydalanuvchi ko'rsatmalari bilan dasturlashtiriladi. Bu shuni anglatadiki, ko'rsatmada mavjud bo'lgan registr manziliga ko'ra ma'lumotlar olinadi va kerakli registrda saqlanadi. Ushbu vektor registrlari oddiy ishlov berish blokidagi registr uzunligi kabi sobit uzunlikka ega.
Arxitekturani ro'yxatdan o'tkazish uchun registrdan foydalanadigan superkompyuterning ba'zi misollari Cray - 1 , Fujitsu va boshqalar.
Vektorli protsessorning afzalliklari:
• Vektorli protsessor vektor ko'rsatmalaridan foydalanadi, ular yordamida ko'rsatmalarning kod zichligi yaxshilanadi.
• Ma'lumotlarning ketma-ket joylashishi apparat tomonidan ma'lumotlarni yaxshiroq boshqarishga yordam beradi.
• Bu ko'rsatmalarning o'tkazish qobiliyatini kamaytirishni taklif qiladi. Shunday qilib, yuqoridagi muhokamadan xulosa qilishimiz mumkinki, ro'yxatga olish arxitekturasini ro'yxatdan o'tkazish xotira arxitekturasidan ko'ra yaxshiroq, chunki u vektorga kirish vaqtini qisqartirishni taklif qiladi.