Fan nomi: Kompyuter arxitekturasi 2-topshiriq: Mikroprotsessorning ishlashi. Bajardi

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI


MUHAMMAD AL-XOZAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI


Amaliy ish


Fan nomi: Kompyuter arxitekturasi
2-topshiriq: Mikroprotsessorning ishlashi.
Bajardi:051-20 guruh talabasi Tekshirdi: Karimov A.
Paribaev Murodjon

TOSHKENT 2023

Mikroprotsessorning ishlash

Mikroprotsessor (MP). Bu, Shahsiy Kompyuter(ShK)dagi markaziy blok bo’lib, mashinaning barcha bloklari bajaradigan ishlarni boshqarish hamda axborot bilan arifmetik va mantiqiy operatsiyalar bajarish uchun mo’ljallangan.

Mikroprotsessor tarkibiga quyidagilar kiradi: Boshqaruv Qurilmasi (BQ) – oldin bajarilgan operatsiyalarning natijalari va ayni fursatda bajarilayotgan operatsiyadan kelib chiqadigan muayyan boshqaruv signallarini (boshqaruv impulslarini) shakllantirib, mashinaning barcha bloklariga zaruriy fursatlarda uzatib boradi, bajarilayotgan operatsiyada foydalaniladigan xotira uyalarining manzillarini shakllantirib, ularni EHMning tegishli bloklariga uzatadi, mazkur boshqaruv qurilmasi impulslarning asosiy izchilligini taktli impulslar generatoridan oladi; Arifmetik-Mantiqiy Qurilma (AMQ) – sonli va belgili axborot bilan bajariladigan barcha arifmetik va mantiqiy operatsiyalarni amalga oshirish uchun mo’ljallangan (ShKning ayrim modellarida operatsiyalar ijrosini jadallashtirish uchun AMQga qo’shimcha matematik soprotsessor ulanadi); Mikroprotsessor Xotirasi (MPX) – mashina ishining bevosita taktlarida bajarilayotgan hisob ishlarida qo’llaniladigan axborotni qisqa muddatga yozib olish va aks ettirish (uzatish) uchun xizmat qiladi. Negaki, asosiy xotira qurilmasi (AXQ) doim ham tez ishlovchi mikroprotsessor samarali ishlashi uchun zarur bo’ladigan axborot yozish, qidirish va hisoblab chiqarish tezligini ta’minlay olmaydi; Registrlar – uzunligi turlicha bo’la oladigan tez ishlovchi xotira uyalari (standart uzunligi 1 bayt ga teng va ish tezligi ancha past bo’lgan AXQ uyalaridan farq qiladi); Mikroprotsessorning Interfeys Tizimi – ShKning boshqa qurilmalari bilan ulanib, aloqa bog’lashni ta’minlaydi; o’z ichiga MPning ichki interfeysi va xotirada saqlovchi bufer registrlarni hamda kiritish-chiqarish portlari (KChP) va tizim shinasini boshqarish sxemasini mujassam etadi. Interfeys (ingl. interface) – kompyuterda mavjud qurilmalarni o’zaro ulab, ular o’rtasida aloqa bog’lash va unumli hamkorligini ta’minlash uchun mo’ljallangan vositalar majmui.
kiritish-chiqarish porti (ingl. IG’O – InputG’Output port) – mikroprotsessorga ShKning boshqa qurilmasini bog’lash imkonini beruvchi ulash apparati.



Shahsiy kompyuterlar uchun ishlab chiqariladigan integrallashgan va integrallashmagan protsessorlar mavjud bo’lib, CPU (Central Processing Unit)-operatsiyalar bajarish uchun bo’lsa GPU (Graphics Processing Unit)- grafik ma’lumotlarni tashish uchun kerak bo’ladi. Integrallashgan – CPU va GPU bitta integrallashgan platada joylashgan bo’lib yuqoridagi rasmda ham aniq ko’rinib turibdi. Misol uchun oladigan bo’lsak Intel kompaniyasining yangi Core iX turkumdagi mikroprotsessorlarida integrallashgan platadan foydalanilgan Inntegrallashmagan – CPU va GPU kata integrallashgan platada alohida holatda joylashgan bo’ladi. Bu rasmda ham chiroyli misol tariqasida keltirilgan. Endi ularning texnik ko’rsatkichlari haqida fikr yuritsak. Ularni qo’ldan kelgancha keltirib o’tsak
Mikroprotsessorning arhitekturasi;
• Mikroprotsessorning yadrolar soni (Core);
• Mikroprotsessorning chastotasi (GHz);
• Mikroprotsessorning kesh xotirasi (Chache);
• Mikroprotsessorning o’lchamli texnologiyasi (nm);
• Mikroprotsessor shinasining chastotasi (FSB);
• Mikroprotsessor controller bilan bog’lanish tezligi (QPI); va boshqalar
Mikroprotsessor arxitekturasi – foydalanuvchi nuqtai nazaridan qaraladigan mantiqiy tuzilish bo’lib, MP tizimini tuzish uchun zarur bo’ladigan funktsiyalarning apparatlar va dasturlar vosita amalga oshirilishiga ko’ra mikroprotsessorda joriy etiladigan imkoniyatlarni belgilab beradi. x86(x32) va x64 kabi ifodalarga ko’plab duch kelammiz va shu protsesorning arhitektusining belgisi hisoblanadi Mikroprotsessorning yadrolar soni- parallel ravishda ma’lumotlarni qayta ishlovchi ko’rsatkichi bo’lib bu qancha ko’ sinli bo’lsa kompyuter ma’lumotlarni tezroq qayta ishlashga erishadi. Bu ikkaga karrali ravishda o’sib boradi. Masalan 1,2,4 va hokazo Mikroprotsessorning chastotasi – bu kompyuterning taktik tezligi bo’lib, hozirgi kunda GHz larda o’lchanmoqda (operatsiyalar soni / sekund ) sekundiga sodir bo’la oladigan amallar soni. Bu ko’rsatkich qancha yuqori bo’lsa ko’p funktsiyali dasturlar va o’yinlarda qo’lkeladi.Hozirgi kunda normar chastota 2.5GHz-3.6 GHz atrofida qo’llanilmoqda. Lekin odatda bu parametr uncha katta qiymatda ishlamaydi. O’rtacha 400-1000 MHz qismini ishlatiladi. Bazan esa 100 Mhz ham ishlab turaveradi.
Mikroprotsessorning kesh hotirasi – Kompyuter platasidagi yagona sinxron ishlovchi hotira qismi bo’lib operatsiyalarning ehtimolligini bashorat qiluvchi va opratsiyalarni ketma ketlik algoritmini saqlab turuvchi vazifasini o’taydi. Bu hotira hozirgi kunda 3 bosqichdan iborat bo’lib L1,L2 va L3 deb belgilanadi. Optimal variant L2 bosqich 2MB L3 bosqich esa 4-6MB bo’lib kelmoqda. Mikroprotsessorning o’lchamli texnologiyasi – Bu bo’lim protsessorning quvvat sarflaydigan parametrini ifodalab uning mikro ko’rinishdagi holati haqida ahborot beradi.Masalan hozirgi kunda 40-9 nm lik ashyolardan foydalangan holda mikroprotsessorlarni yasab kelishmoqda. Mikroprotsessor shinasing chastotasi – Bu protsessorni controller va RAM bilan bog’lovchi transport hisoblanadi. Ko’zga ko’ringan holatlari 1333MHz 2666 MHz. Mikroprotsessor va controller va boshqa mikrosxemalar bilan bog’lanish tezligi- Parallel polosali uzatish liniyasi bo’lib ma’lumotlarni Core-Core va Core-Chipset yo’nalishda tashiydi Hozirgi kunda 5.6-25.6 GT/s normal hisoblanadi. Intel, AMD ,Motorola kompaniyalari ozlarining turi hil mikroprotsessorlarini ishlab chiqarmoqda. Yetakchilari Intel va AMD bo’lib hozirda juda kuchli protsessorlari mavjud. Intel firmasining Celeron, Pentium, Core iX ,Xeon markali ;AMD firmasining Ryzen, Athlon, A-Series, G- Series, R-Series, Epyc va shu kabilari.

Endi birorta Intel protsessorini ko’rib chiqsak misol uchun Intel Core i9 9900 seriyasi 10 yadroli, 3.5 GHz va max 4.4GHz lik CPU, 19.25 MB smart kesh hotira, QPI 8GT/s, Quvvati 165 W. Arxitekturasi x86 x64 AMD firmasining AMD Ryzen Threadripper 3990x markali protsessorini ko’rib chiqsak Yaderlar soni-64 ta, Potokar soni 128 ta, bazaviy chastota-2.9 GHz, max chastota–4.3GHz L1=4MB, L2=32MB,e’tibor bering L3=256MB(AMD EPYC 7742 da ham shunday), shina chastotasi=3200MHz, arxitekturasi x32 x64 . Bu firmaning yana bir a’zosi bo’lmish AMD EPYC 3000 bir hususiyati bilan lol qoldiradi. Uning integrallashgan tizimi yordamida e’tibor bering 4 kanalli

7 (DDR4) 1TB gacha RAMni qabul qila olar ekan, bu shunchaki mo’jiza. AMD EPYC 3000 OPERATIV XOTIRA - bu protsessorning ishchi sohasidir. Unda ish vaqtidagi

barcha programma va ma`lumotlar saqlanadi. Operativ xotira ko`pincha vaqtinchalik xotira deb ham ataladi, chunki undagi programma va ma`lumotlar faqat kompyuter yoqig`ligida yoki kompyuter qayta yuklangunicha saqlanadi. Kompyuter o`chirilishidan yoki qayta yuklanishidan oldin barcha ma`lumotlar saqlab qo`yilishi lozim. Operativ xotira ba`zida ixtiyoriy murojat qilish mumkin bo`lgan saqlash qurilmasi deb ham yuritiladi. Buning ma`nosi shundan iboratki operativ xotiradagi ma`lumotlarga murojat undagi ma`lumotlarning ketmaketligiga bog`liq emas. Operativ xotirani quyidagi parametrlari bor: Tip. Operativ xotirani bugungacha bir necha xil tip (tur)lari bor. 1. SIMM; 2. DIMM; 3. DDR2 4. DDR3 Bular bir-biridan ko'rinishi, xotira xajm, chastotasi va boshqa parametrlari bilan farqlanadi.

Operativ xotira turlarini bir-biridan farqi Hajmi. Tipidan kelib chiqib bir-biridan farqlanadi. Ona platada operativ xotira qurilmasi uchun 2 va undan ortiq joy bo'lishi ham mumkin. Bugungi kunga kelib DDR3 turidagi operativ xotiralarni 3-4 Gb xajmlilari va undanda yuqori hajmlilari ham bor. DDR2 turidagi operativ xotiralarda 1-2 Gb yuqori hajm hisoblanar edi. Operativ xotirani xotira xajmi haqida gap ketganida operatsion tizimni ham hisobga olish kerak bo'ladi. Chunki agar, operatsion tizim maksimum 2 Gb ma`lumot bilan ishlay olsayu, operativ xotira hajmi 8 Gb bo'lsa, unda qolgan 6 Gb ishlatilmay yotaveradi. Tuzlishi jihatidan DDR3 - DDR2 dan ancha kichikroq ko'rinishda bo'lsada, ko'pgina parametrlari undan yuqoridir. Chastotasi. Bu ona plata bilan ma`lumot almashish vaqtida operativ xotira kanalidan qanchadir vaqtda (masalan bir sekundda) necha marta ma`lumot o'tish ko'rsatkichidir. Operativ xotira chastotasi haqida gapirilganda, ona platadagi operativ xotira portlari bilan mikroprotsessor orasidagi shinani chastotasini ham hisobga olish kerak, chunki operativ xotira chastotasi 1600 Mhz bo'lsayu, ona platadagi operativ xotirani mikroprotsessor bilan ulovchi shina chastotasi 1066 Mhz bo'lsa, unda maksimal operativ xotira va mikroprotsessor o'rtasidagi ma`lumot almashish tezligi 1066 Mhz dan oshmay turaveradi. Taymingi. Bu ma`lumotni operativ xotira modullari orasida o'tayotganida ushlanib qoladigan vaqti hisoblanadi. Bunday parametrlar ko'p xisoblansada, asosiy 4 tasi quyidagilar: 1.CAS Latency 2.RAS to CAS Delay 3.RAS Precharge Time 4.DRAM cycle Time Bu parametr operativ xotirani chastotasi bilan bog'liq bo'lib,qancha chastota katta bo'lsa, uni taymingi shuncha katta bo'lishi mumkin. Lekin bazi operativ xotira ishlab chiqaruvchi firmalarni mahsulotlarida "LOW Latency" degan yozuv bo'ladi. Bu "katta chastotada-kam ushlanib qolish vaqti" ma`nosini beradi. Kuchlanish: operativ xotira uchun ketadigan tok kuchi kuchlanishi. Albatta bunday ko'rsatkichi kichkina bo'lgan operativ xotiralar bo'lgani yaxshi. Lekin chastota qanchalik katta bo'lgani sari unga kerak bo'ladigan tok kuchi kuchlanishi ham shunchalik katta bo'lib boraveradi. Bu parametr yuzasidan "LV"-Low Voltage markirovkali operativ xotiralarni xarid qilish maqsadga muofiq bo'ladi. Operativ xotira degan atama ko`pincha faqat sistemani tashkil etuvchi mikrosxemalarni anglatmay, balki mantiqiy akslantirish va joylashtirish degan tushunchalarni ham o`z ichiga oladi. Mantiqiy akslantirish - bu o`rnatilgan mikrosxemalarda adreslarni tashkil etish usulidir. Joylashtirish - bu aniq bir turdagi axborotni adreslar bo`yicha joylashdir. Biror ofisda qaysidir xodim kartotekadagi ma`lumotni qayta ishlayapti deb tasavvur qilaylik. Bizning misolda kartoteka vazifasini programma va ma`lumotlarni uzoq vaqt saqlovchi qattiq disk bajaradi. Joriy vaqtda xodim qayta ishlayotgan ishchi stolni sistemaning operativ xotirasi tasvirlaydi. Xodimning o`zi esa protsessorga o`xshagan ish bajaradi. U stoldagi barcha hujjatlarga murojaat qila oladi. Biroq aniq bir hujjat stolda bo`lishidan oldin uni kartotekadan qidirib topish kerak. Agar ishchi stol kerakli darajada katta bo`lsa unda bir vaqtning o`zida bir necha hujjat bilan ishlash mumkin. Sistemaga qo`shimcha qattiq disk qo`shish huddi ofisga yangi kartoteka qo`shilganday - kompyuter doimiy ravishda ko`proq ma`lumot saqlay oladi. Sistemadagi operativ xotirani ortirish ofisdagi ishchi stolni kengaytirish demakdir - kompyuter bir vaqtning o`zida ko`proq programma va ma`lumotlar bilan ishlay oladi.
Zamonaviy kompyuterlarda 3 turdagi xotira qurilmalari ishlatiladi: 1. ROM(Read Only Memory ) - doimiy saqlash qurilmasi. Bu qurilmaga ma`lumotlar yozib bo`lmaydi. 2. DRAM (Dynamic Random Access Memory)- ixtiyoriy murojaat qilish mumkin bo`lgan dinamik xotira qurilmasi. 3. SRAM (Static RAM) - statik operativ xotira.
ROM ROM turidagi xotirada ma`lumotlarni faqat saqlash mumkin bo`lib unga hech narsa yozib bo`lmaydi. Bu xotirada kompyuter elektr to`ki manbaiga ulanganda uni ishga tushirish buyruqlari yozilgan bo`ladi. Bu buyruqlardan foydalanib kompyuter operatsion sistemani topadi va uni ishga tushiradi. Bundan tashqari ushbu buyruqlar yordamida kompyuter qurilmalari tekshiriladi. Sistemali platadagi ROM xotirasida asosan 4 ta dastur bo`ladi: 1. POST(Power-OnSelf Test)-kompyuter manbaga ulanganda tekshirish sistemasi. 2. CMOS Setup-foydalanuvchiga sistema ko`rsatkichlarini o`zgartirish imkonini beruvchi dastur. 3. Boshlang`ich yuklash dasturi- bu dastur diskda operatsion sistemani qidiradi. 4. Bazaviy kiritish-chiqarish sistemasi- kompyuter apparat qismi, ayniqsa kompyuter ishhga tushganda aktivlashtirish kerak bo`lgan qurilmalar drayverlari. DRAM Dinamik operativ xotira xozirda ko`p sistremalar tomonidan ishlatiladi. Uning asosiy ustunligi shundan iborat ushbu turdagi xotiralarda xotira kataklari ancha zich joylashgandir. Bu narsa katta hajmdagi xotirani kichik mikrosxemaga o`rnatishga imkon beradi. DRAM xotira kataklari kondensatorlardan iborat bo`lib, zaryadlangan kondensatorlar 1 ga, zaryadlanmaganlari 0 ga mos keladi. Biroq bu turda ma`lumot saqlashning bir kamchiligi bor. Gap shunadaki, kondensatorlar tez o`z zaryadini yo`qotadi va shu tufayli ulardagi ma`lumot yo`qolmasligi uchun ularni tez-tez qayta zaryadlab turish lozim. Bu xolat regeneratsiya deyiladi. Aynan DRAM xotiralarida regeneratsiya zarurligi tufayli ularda doimiy ma`lumot saqlash mumkin emas va kompyuter o`chirilganda u yerdagi bacha ma`lumot o`chib ketadi. EDO 1995-yildan boshlab Pentium asosidagi kompyuterlarda operativ xotiralarning yangi - EDO (Extended Data Out) deb ataluvchi turi ishlatilmoqda. Bu FPM xotiralarning mukammalashgan turi bo`lib uni ba`zida Hyper Page Mode deb ham atashadi. EDO turidagi xotiralar Micron Technology firmasi tomonidan ishlab chiqilgan va patentlashtirilgandir. FPM turidagi xotiralardan farqli ravishda, EDO turidagi xotiralarda xotira kontrolleri adres ustunini o`chirayotganida mikrosxemadagi ma`lumotlarni chiqarish drayverlari o`chmaydi. Bu esa oldingi va keyingi sikllarni ulashni ta`minlaydi va har bir siklda taxminan 10 ns vaqtni tejashga yordam beradi. Shunday qilib EDO turidagi xotiralarda kontroller adres ustunini topgunicha ma`lumotlar joriy adresdan o`qilaveradi. Bu xuddi navbatlashni qo`llash uchun bankdan foydalangandek gapdir, biroq bunda ikkita bank talab qilinmaydi. Yuqorida tusuntirilgan x-y-y-y sxema bo`yicha tusuntiradigan bo`lsak EDO xotiralari 5-2-2-2 sxema bo`yicha, FPM xotiralar esa 5-3-3-3 sxema bo`yicha ishlaydi, ya`ni EDO xotiralarida sikllar soni 11 ta FPM da 14 tadir. Maxsus testlar ishlatilganda ushbu texnologiya tufayli tezkorlik 22% ga ortdi, biroq real sharoitda EDO xotiralari tezkorlikni taxminan 5% ga orttiradi. Bu ko`rsatkich ancha kam bo`lib ko`rinsa ham ularning afzalligi EDO xotiralarida FPM turidagi xotiralar bilan bir xil mikrosxemalar ishlatiladi. Ularning narxi ham bir xil.
SDRAM SDRAM (Synchronous DRAM) - bu DRAM xotiralarining turi bo`lib, uning ishi shina bilan moslashtiriladi (sinxronlashtiriladi). SDRAM yuqori tezlikli sinxronizatsiya interfeysini ishlatuvchi ma`lumotlarni yuqori tezlikli paketlarda uzatadi. SDRAM asinxron DRAM uchun shart bo`lgan ko`pgina kutislarni chetlab o`tishga imkon beradi, chunki unda ishlatiladigan signallar sistemali platalarning takt generatori bilan moslashtiriladi. SDRAM xotiralarining samaradorligi FPM yoki EDO xotiralarining tezligidan ancha katta. SDRAM - dinamik xotiraning turi bo`lgani uchun uning boshlang`ich sikli FPM va EDO larniki bilan bir xil, lekin umumiy sikllar vaqti. ancha qisqa. x-y-y-y sxema bo`yicha SDRAM 5-1-1-1 sxemada ishlaydi, yani to`rtta o`qish amali sistemali shinaning 8 siklida tugaydi. Bundan tashqari SDRAM 100 MGts va undan yuqori chastotalarda ishlaydi. SDRAM xotiralari DIMM modullari sifatida yetkaziladi va uning tezkorligi nanosekundlarda emas balki megagertslarda o`lchanadi. RDRAM RDRAM yoki Rambus DRAM qolgan xotira turlaridan tubdan farq qiluvchi xotira turi bo`lib, u 1999-yildan boshlab yuqori tezlikli kompyuterlada ishlatiladi. Oddiy turdagi xotiralar (FPM/EDO va SDRAM) odatda keng kanalli sistema deb ataladi. Xotira kanali kengligi protsessorning ma`lumotlar shinasi kengligiga teng. SDRAM xotiralarining DIMM ko`rinishidagi maksimal samaradorligi 800 Mbayt/s dir.
RDRAM mikrosxemalari o`tkazish qobiliyatini oshiradi - ularda ikkilangan ma`lumotlar shinasi ishlatilgan, chastota 800 MGts gacha oshirilgan, o`tkazish qobiliyati esa 1,6 Gbayt/s ni tashkil etadi. Samaradorlikni oshirish uchun ikki va to`rt kanalli RDRAM lardan foydalanish mumkin, bunda ma`lumotlari uzatish tezligi mos ravishda 3,2 yoki 6,4 Gbayt/s ni tashkil etadi. Bitta Rambus kanali RIMM (Rambus Inline Memory Modules) modullariga o`rnatiluvchi 32 tagacha RDRAM qurilmalarini qo`llab quvvatlaydi. Xotira bilan bo`ladigan barcha ishlar xotira kontrolleri va aloxida qurilma bilan tashkillashtiriladi. Har 10 ns da bitta RDRAM mikrosxemasi 16 bayt o`tkaza oladi. RDRAM SDRAM ga nisbatan uch barobar tezroq ishlaydi. Samaradorlikni oshirish uchun yana bir konstruktiv yechim taklif qilindi: boshqarish axborotlari uzatish ma`lumotlarni shina orqali uzatishdan ajratilgan. Buning uchun mustaqil boshqarish qurilmalari ko`zda tutilgan, adres shinasida esa ikkita kontakt gruppalari ajratilgan: qator va ustun tanlash va 2 bayt kenglikdagi ma`lumotlarni shina orqali uzatish uchun. Xotira shinasi 400 MGts chastotada ishlaydi; lekin ma`lumotrlar takt signalining frontlari bo`yicha uzatiladi, ya’ni bir taktda ikki marta. DDR SDRAM DDR (Double Data Rate) -ma`lumotlarni uzatishning ikki martali tezligi xotirasi. Bu SDRAM xotirasining yanada mukammallashgan standartidir. Bu turdagi xotiralarni ishlatishda ma`lumotlarni uzatish tezligi ikki barobargacha ortadi. Bu narsaga takt chastotasini orttirish xisobiga emas balki har bir siklda ikki marta ma`limotni uzatish xisobiga amalga oshiriladi, birinchisi sikl boshida, ikkinchisi - oxirida. Shu tufayli o`tkazish tezligi ikki marta ortadi.
OXQ o’zgaruvchan axborotlarni saqlash uchun ishlatiladi. Operativ xotira protsessorning hisoblash amallarini bajarish jarayonida o’z mazmunini o’zgartirib turadi va yozish, o’qish hamda saqlash rejimlarida ishlaydi. DXQ protsessor tomonidan bajariladigan hisoblashlar jarayonida o’zgarmasligi kerak bo’lgan, masalan, standart dasturlar va konstantalarni saqlaydi. Ushbu axborotlar DXQga EHMlar o’rnatilishidan oldin kiritiladi. Uning bajaradigan asosiy amallari axborot o’qish va saqlashdan iborat. OXQ ning funktsional imkoniyatlari DXQ ga nisbatan keng bo’lishiga qaramay, DXQ da axborotlarning saqlanishi elektr quvvatiga bog’liq emas. Zamonaviy xotira mikrosxemalari yarim o’tkazgichli texnologiya bo’yicha kremniy kristalidan tayyorlanadi. Mikrosxemaning asosiy qismini saqlagich matritsasiga birlashtirilgan xotira elementlari tashkil etadi. Har bitta xotira elementi o’z adresiga ega va 1 bit axborotni saqlashi mumkin. Ixtiyoriy xotira elementi adresiga ixtiyoriy tartibda murojaat qilish imkonini beradigan xotira qurilmasi to’g’ridan to’g’ri murojaatli xotira qurilmasi deyiladi. Xotirani matritsali tashkil qilishda xotira elementlarini koordinatali adreslash printsipidan foydalaniladi. Bunda adres ikki qismga (koordinataga) bo’linadi: X va Y. Ushbu koordinatlar kesishmasida o’qilishi yoki o’zgartirilishi kerak bo’lgan axborotlarni saqlovchi xotira elementi joylashadi. OXQ mikroprotsessor bilan sistema magistrali orqali bog’langan.
OXQ ning Strukturaviy sxemasi Boshqaruv shinasi bo’ylab bajarilishi kerak bo’lgan amalni aniqlovchi signal uzatiladi. Berilganlar shinasi bo’ylab xotiraga yoziluvchi yoki undan o’qilishi kerak bo’lgan axborot uzatiladi. Adres shinasi bo’ylab almashinuvdv qatnashuvchi xotira elementlariadreslari uzatiladi. Berilganlar mashina so’zlari ko’rinishida uzatiladi. Bitta xotira elementi 1 bit axborotni saqlaydi. Xotira elementlari bloki n ta xotira elementlari matritsasidan iborat, bunda n mashina so’zidagi razryadlar soni. Xotira maksimal xajmi sistema magistralining adreslar shinasidagi yo’nalishlar soni bilan aniqlanadi. Masalan, IBM PC XT dagi adres shinasi 20 ta yo’nalishga ega. Shuning uchun OX maksimal xajmi 220=1 Mbayt ga teng. IBM PC Atda (mikroprotsessor i80286) sistema magistrali 24 yo’nalishga ega, shuning uchun OX xajmi 16 Mbayt gacha kengaytirilishi mumkin. i80386 mikroprotsessorlaridan boshlab, adres shinasi 32 yo’nalishga ega. OX maksimal xajmi esa 232=4Gb gacha kengaytirilgan. Xotira mikrosxemalari statik (SRAM) va dinamik (DRAM) xotira elementlarida qurilishi mumkin. Statik XE sifatida statik triggerdan foydalaniladi. Dinamik XE sifatida kremniy kristali ichida shakllantirilgan elektr kondensatordan foydalaniladi. Statik XE lar o’z holatini (0 yoki 1) chegaralanmagan uzoq vaqt (elektr toki o’chirilmasa)saqlab turishi mumkin. Dinamik XE lar vaqt o’tishi bilan ularga yozilgan axborotni yo’qotadi(kondensatorning zaryadsizlanishi), shuning uchun ular axborotlarni davriy qayta tiklanishiga muxtoj(regeneratsiya). Dinamik XE li OXQ lari statik XE li OXQ laridan bitta elementdagi komponentlar soni kamligi bilan farq qiladi. Ammo axborotni regeneratsiya qilish extiyoji tufayli dinamik OXQ lar murakkabroq boshqaruv sxemalariga ega. OXQ larning asosiy xarakteristikalari xajm va tezkorlikdir. Zamonaviy ShEHMlarda OXQ modulli strukturaga ega. Modullar turli tuzilishga ega bo’lishi mumkin (SIP, ZIP, SIMM, DIMM). OXQ xajmining oshishi qo’shimchi modullarning o’rnatilishi bilan bog’liq. Ular 30-kontaktli (30-pin) va 72-kontaktli variantlarda 1,4, 8, 16, 32 va 64 Mbayt da chiqariladi. DRAM modullariga murojaat vaqti 60 - 70 nc ni tashkil etadi. EHM uniumdorligiga murojaat vaqtidan tashqari taktli chastota , sistema magistralining berilganlar shinasi razryadliligi kabi xarakteristikalar ham ta’sir etadi. Berilganlar shinasi razryadliligi (8, 16, 32 ili 64 bita) bitta murojaatda OXQ bilan almashish mumkin bo’lgan axborot birligini aniqlaydi. OXQ ning chastota va razryadlilikka bog’liq holda unumdorlik integral xarakteristikasi uning o’kazish qobiliyati hisoblanadi. O’tkazish qobiliyati sekundiga Mbaytlarda o’lchanadi. 60-70 ns murojaat vaqtiga ega bo’lgan, maksimal 64 bit shina razryadligiga ega, bo’lgan operativ xotiraning 50 MGts taktli chastotadagi o’kazish qobiliyati 400 Mbayt/s, 60 MGts da - 480 Mbayt/s, 66 MGts - 528 Mbayt/s . Registrlar – uzunligi turlicha bo’la oladigan tez ishlovchi xotira uyalari (standart uzunligi 1 bayt ga teng va ish tezligi ancha past bo’lgan AXQ uyalaridan farq qiladi); DXQ Mikrosxemalari matritsali struktura printsipi bo’yicha quriladi. Xotira elementlari funktsiyalarini yarim o’tkazgichli diod yoki tranzistorlar bajaradi. Bunday matritsada peremo’chkaning mavjudligi “I” bilan, uning yo’qligi “O” bilan belgilanadi. DXQ ga informatsiya kiritish uni programmalash deb ataladi. Axborot kiritish qurilmasi esa programmator deb ataladi. Dasturlash “O” saqlanadigan adreslardagi peremo’chkalarning yo’qotilishidan iborat. Odatda DXQ sxemalari faqat bir marta programmalanadi. Ammo maxsus qayta programmalanadigan mikrosxemalar ko’p marta yangi axborot kiritilish imkoniyatiga ega. O’ta operativ Xotira qurilmalari katta bo’lmagan axborotlarni saqlash uchun ishlatiladi va asosiy xotiraga nisbatan tezroq ( 2 - 10 marta) ishlaydi. Ular regisr va registrli strukturalardan iborat bo’ladi. Registr unga kiritilgan sonni uzoq (elektr o’chirilmaganda) vaqt saqlab tura oladigan elektron qurilmadan iborat. Statistik triggerlardan iborat registrlar eng ko’p tarqalgan hisoblanadi. Vazifasiga qarab registrlar saqlash va siljish registrlariga bo’linadi. Registrlarga axborot parallel yoki ketma ket kiritilishi yoki o’qilishi mumkin. Registrga yozilgan axborotni siljitish o’ngga yoki chapga qarab bajariladi. Agar registr axborot siljishini ixtiyoriy yo’nalishda amalga oshirsa, u reversiv deb ataladi. Registrlar yagona strukturaga birlashtirilishi mumkin. Bunday strukturaning imkoniyatlari registrlarga murojaat va ularni adreslash usuli bilan aniqlanadi. Agar ixtiyoriy registrga uning adresi bo’yicha murojaat qilish mumkin bo’lsa, bunday struktura to’g’ridan to’g’ri murojaatli o’ta operativ xotirani tashkil etadi. Adressiz registr strukturalari ikki turdagi xotira qurilmalarini tashkil etadi. Bular: magazin tipidagi va assoativ xotira qurilmalaridir. Magazin tipidagi xotira ketma ket birlashtirilgan registrlardan tashkil topadi va uning bitta turida registrli strukturaga axborot yozish bir registr bilan, o’qish boshqa registr bilan amalga oshiriladi (FIFO - first input, first output). Agar o’qish va yozish bitta registr orqali amalga oshirilsa, bunday qurilma stekli xotira deb ataladi. (FILO - first input, last output). Stekli xotiraga son kiritilganda stek elementlari oxirgi K registr tomonga suriladi. Bunda stek to’da bo’lsa, K registrdagi son yo’qotiladi, so’ngra son stek boshi bo’lgan 1 registrga kiritiladi. O`qish jarayoni ham 1 registrdan boshlanib, stekdagi sonlar 1 registr tomon suriladi.


Magazin tipidagi Registr strukturasi: a - FIFO; b - FILO Stekli xotira keng tarqalgan bo’lib, uning EHMdagi realizatsiyasi uchun maxsus mikrosxemalar ishlab chiqilgan. Bunda operatsion sistema dasturlari yordamida stek uchun xotira qismi ajratiladi (IBM PC da bu maqsad uchun 64 Kbayt ). Mikroprtsessorning maxsus registri (stek ko’rsatkichi) doimiy ravishda stek boshi rolini bajaruvchi OX yacheykasi adresini saqlaydi. Sonni o’qish doimi ushbu stek boshidan amalga oshiriladi, keyin stek ko’rsatkichi stekli xotiradagi keyingi yacheykani ko’rsatadi (ya’ni stekning o’zi o’zgarmas bo’lib, faqat uning boshi suriladi). Stekka son yozishda stek ko’rsatkichi navbatdagi bo’sh yacheykaga to’g’irlanib, shu adres bo’yicha yozish amalga oshiriladi. Mazmun bo’yicha tanlash xotirasi adressiz hisoblanadi. Unga murojaat qidiruv tasvirini saqlovchi maxsus niqob bo’yicha amalga oshiriladi. Ushbu qidiruv obraziga mos keluvchi axborotlar xotiradan o’qiladi. Masalan, bunday tirdagi xotiraga turar joy to’g’risidagi axborot yozilgan bo’lib, qaysidir shaxar aholisi to’g’risida axborot topish kerak bo’lsa, bu shahar nomi niqobga joylashtiriladi va o’qish buyrug’i beriladi. Assotsiativ XQ lar mikroprtsessorlarda kesh xotira tarkibida ishlatiladi. Ularda bajariluvchi dastur operandlari va buyruqlarining adresli qismi saqlanadi. Bunda keyingi buyruq yoki zarur operand uchun Operativ xotiraga murojaat qilish shart emas, chunki kerakli adresni niqobga kiritish etarlidir. Agar kerakli adres o’ta operativ xotirada mavjud bo’lsa, u tezda chiqariladi. Operativ xotiraga murojaat kerakli axborot o’ta operativ xotirada mavjud bo’magan holdagina amalga oshiriladi. Kesh-xotira protsessor kristallida joylashtirilishi mumkin (1 darajali kesh xotira) yoki alohida mikrosxema ko’rinishida berilishi mumkin (tashqi kesh xotira). Ichki kesh-xotira Pentium protsessorlarida 16 Kbaytga yaqin xajmga ega bo’lib, murojaat vaqti 5 - 10 ns, 32-bitli so’zlar bilan ishlaydi va 75-166 MGts chastotada 300 dan 667 Mbayt/s o’tkazish qobiliyatiga ega. Tashqi kesh xotira (P drajali) 256 Kbayt - 1 Mbayt xajmga ega bo’lib, murojaat vaqti - 15 ns, 64-bitli so’zlar bilan ishlaydi va 66 MGts chastotada maksimal 528 Mbayt/s o’tkazish qobiliyatiga ega. 28kontaktli mikrosxema yoki 256 va 512 Kbayt xajmli kengaytirish moduli ko’rinishida ishlab chiqariladi. IBM PC asosiy xotirasida axborotlarning joylashtirilishi IBM PC asosiy xotirasidagi adreslanuvchi axborot birligi bayt hisoblanadi. 20-bitli adres shinasidan foydalanganda har bir baytning absolyut (fizik) adresi beshrazryadli o’n oltilik sanoq sistemasidagi 00000 dan FFFFF gacha bo’lgan sondan iborat bo’ladi. Kichik adreslarda operatsion sistema bloklari (uzilishlar vektorlari, BIOS rezervlangan sohasi), qurilmalar drayverlari, DOS va BIOS uzilishlarini qo’shimcha qayta ishlovchilari, operatsion sistema buyruq prtsessori joylashishi mumkin. Keyin foydalanuvchi uchun ajratilgan xotira sohasi joylashadi. Bu soha 9FFFF adresi bilan tugaydi. Bu adres operativ xotiraning fizik chegarasi bo’lib, 640-Kbaytli asosiy xotiraning oxirgi adresi bo’lib hisoblanadi. Qolgan adresli soha (128 Kbayt AOOOO adresidan BFFFF gacha) displey adapterida joylashgan videoxotira uchun ajratilgan. Videoxotiradan keyin BIOS - “Basic Input — Output System kiritish chiqarish baza tizimini saqlovchi DXQning adresli sohasi joylashgan (256Kbayt), OX ning bu qismi ROM-BIOS deb ham ataladi. Ajratilgan 256 Kbaytdan bevosita DXQ 64 Kbaytni egallaydi, qolgan 192 Kbayt DXQni kengaytirish uchun qoldiriladi. OX ga yozish (o’qish)baytlar bilangina emas, mashina so’zlari bilan ham amalga oshiriladi. OX ning har bir bayti o’z adresiga ega. Ammo mashina so’zi barcha band baytlar adreslari bilan emas, so’zning kichik bayti adresi bilan xarakterlanadi. Odatda mashina so’zi grafik tasvirlanganda kichik bayt keyin keladi. Mashina so’zining stereotipli tasvirlanishi So’zni yozishda kichik bayt mashina so’zi adresi bo’yicha joylashib, katta bayt operativ xotiraning navbatdagi baytida joylashadi va uning nomeri bittaga oshadi. Mashina so’zining OX dan o’qilishida baytlarning “aylanishi” Operativ xotiradan mashina so’zining ikkita ketma ket keluvchi baytlarini o’qishda ularni chapdan o’ngga joylashtirish qabul qilingan: oldin o’qilgan baytlardan birinchisi (kichik adresli), so’ngra keyingisi. Natijada baytlarning «aylanishi» yuz beradi. Bunda alohida baytlarni yozishda har bir bayt OX da o’z adresi bo’yicha joylashadi va hech qanday aylanish yuz bermaydi. OX ga tarkibida bir baytlan ortiq axborotni saqlovchi ma’lumotlarni yozishda esa, axborot adresi sifatida eng kichik bayt adresi qatnashadi. OX ga yozish eng kichik baytdan boshlab baytlab amalga oshiriladi. Har bitta keyingi bayt adresi oldingi baytdan 1 ga katta bo’lgan yacheykada joylashadi. Boshqacha aytganda mashina so’zi yoki ikkilangan so’zni yozish o’ngdan chapga bajariladi. O’qishda esa o’qilgan baytlar chapdan o’ngga qarab joylashadi va baytlar aylanishi yuz beradi.


Xulosa:
Bu kurs ishimni yozish davomida zamonaviy mikroprotsessorlar bilan tanishdim, ularning kelib chiqish tarixini organib chiqdim, ularni yaratgan shaxslar bilan tanishib o’zimga keraklicha motivatsiya oldim. Menga bu kurs ishimni yozishda bilim va asosan ko’nikmalarga ega bo’lganimdan xursandman. Birinchi mikroprotsessor qachon va kim tomonidan qurilganligini va uning ishlashi qanday ekanligini bilib oldim. Mikroprotsessor evolyutsiyasini, nima uchun yaratilganligini ko'rib chiqdi. Mikroprotsessor nima ekanligini, nimadan iboratligini va qanday funktsiyalarni bajarishini bilib oldim. Ularga qanday talablar qo'yilishini va ular nimaga mo'ljallanganligini aniqladim. Shuningdek, mikroprotsessorlarning tasnifi kabi narsalar ham ayab o'tirmadi. Strukturaviy va funktsional diagramma tuzilgan. Umuman olganda men kurs ishining barcha talablarini bajardim. Shuni qo'shimcha qilish joizki, mavzu men uchun juda ko'p noma'lum narsalarni ochib berdi, xususan, birinchi mikroprotsessor yaratilganida. Menimcha, bu mavzu juda qiziqarli va dolzarb, chunki har bir odam mikroelementlardan, shu jumladan mikroprotsessorlardan iborat turli xil qurilmalardan foydalanadi. Har birimiz har qadamda tom ma'noda mikroelektronika bilan duch kelamiz va menimcha, bitta kompyuterning tuzilishiga hech bo'lmaganda bir marta nazar tashlamaslik ahmoqlik bo'ladi. Mening fikrimcha, ko'p tarmoqlarda ishtirok etayotganligini inobatga olgan holda, qobiliyatsiz mutaxassisga o'xshamaslik uchun mikroelektronik qurilmalar haqida hech bo'lmaganda ozgina tushunchaga ega bo'lishga arziydi. Xulosa qilib aytish mumkinki, mikroprotsessorlar singari kichik mikroelektronik qurilmalar ortida katta imkoniyatlar va istiqbollarni ochib beradigan buyuk kelajak turibdi. Umid qilamizki, ular insoniyat manfaati uchun ishlatiladi va mikroelektronika evolyutsiyasini kashf qilishning yangi usullarini ochadi, shu jumladan elektron.