Ketma-ket/an’anaviy kompyuterlar
Asosiy manbalar
Keling, ketma-ket kompyuterning asosiy komponentlarini qisqacha ko'rib chiqamiz va ularning o'zaro ishlashini muhokama qilamiz. To'liq kompyuter tizimlarining asosiy resurslari CPU,
yo'riqnomalar va ma'lumotlar keshlari, asosiy xotira, periferik qurilmalar, shinalar
ushbu komponentlarning o'zaro bog'lanishi va ma'lumotlarni amalga oshiradigan ba'zi interfeyslar almashinuv protokollari. Ular quyidagi kichik bo'limlarda o'rganiladi.
Markaziy ishlov berish birligi
CPU har qanday kompyuter tizimining yuragi hisoblanadi. Hisoblash kuchi nuqtai nazaridan CPU eng muhim komponent hisoblanadi. Protsessorning ikkita asosiy birligi arifmetik mantiq birligi (ALU) va boshqaruv blokidir. Avvalgi birlik arifmetik va mantiqiy amallarni bajaradi. Oxirgi birlik xotiradan ko'rsatmalarni oladi, ularni dekodlaydi
bajariladigan operatsiyalarni aniqlaydi va nihoyat bu operatsiyalarni amalga oshiradi. Barcha jarayonlar mikrooperatsiyalarning tegishli ketma-ketligini o'z vaqtida chiqaradigan boshqaruv bloki tomonidan boshlanadi. Ko'rsatmani bajarishni yakunlash uchun boshqaruv bloki ALU blokiga tegishli boshqaruv signallarini berishi kerak bo'lishi mumkin. An'anaviy boshqaruv bloklari har doim manzilni o'z ichiga olgan dastur hisoblagichi, CPU registridan foydalanadi
dastur xotirasidan olinadigan keyingi ko'rsatma. Protsessorga ko'rsatma kiritilgandan so'ng, dastur hisoblagichi dasturdagi keyingi ko'rsatmalarga ishora qilish uchun mos ravishda oshiriladi. Dastur hisoblagichini oshirishning yagona istisnolari dastur hisoblagichini ixtiyoriy qiymat bilan yuklaydigan o'tish ko'rsatmalari, protsedura qo'ng'iroqlari va uzilishlar (shuningdek, istisnolar sifatida ham tanilgan, tizim yoki dastur tomonidan ishga tushirilgan dasturlarning bajarilishini oldini oladigan pastki dastur chaqiruvlari). Avtobus faoliyatining har xil turlarini farqlash uchun mikroprotsessor aniq "holat" boshqaruv
chiziqlaridan foydalanadi yoki avtobus faoliyati turini faol boshqaruv signallarining ba'zi kombinatsiyasidan xulosa qilish mumkin. Protsessor bilan biriktirilgan qurilmalar ushbu ma'lumotlardan CPU tomonidan boshlangan vazifalarga to'g'ri javob berish uchun foydalanadi.
Katta kompyuterlarda protsessor komponentlari bir yoki bir nechta bosilgan elektron platalarda taqsimlanishi mumkin. Bitta chip ko'pincha shaxsiy kompyuterlar va kichik ish stantsiyalaridagi butun CPUni o'z ichiga oladi. Bunday holda, protsessor mikroprotsessor sifatida ham tanilgan. An'anaviy protsessorlarning ikkita asosiy turi mavjud, ya'ni qattiq simli va mikrokodlangan. Bu farq ularning boshqaruv bloklari qanday amalga oshirilganligi asosida amalga oshiriladi. O'rnatilgan protsessorning imkoniyatlari dizayn vaqtida aniqlanadi va chip ishlab chiqarilgandan keyin o'rnatiladi. Boshqa tomondan, mikrokodlangan protsessorlar har biri uchun mavjud bo'lgan chipdagi ROM xotirasini o'z ichiga oladi Mikrodastur uchun mashina ko'rsatmalari. Mikrodasturdagi har bir mikroko'rsatma
protsessor ma'lumotlar yo'li va funktsional birliklariga qo'llanilishi kerak bo'lgan boshqaruv signallarini
belgilaydi va keyingi mikro-ko'rsatma manzilini o'z ichiga oladi. Maurice Wilkes birinchi marta 1954 yilda mikrodasturlashdan foydalanishni taklif qildi. Mikrokodlangan protsessorlar 1970-yillarda mashhur bo'ldi. Mikrodasturlash mikrodastur xotirasi tarkibini o'zgartirish orqali mashina ko'rsatmalarini o'zgartirishga imkon beradi; ya'ni apparatni o'zgartirish kerak emas.
Shuning uchun, mikrodasturlashning katta afzalligi - loyihalashda moslashuvchanlik
ko'rsatmalar to'plami. Biroq, asosiy kamchilik - bu mikrodastur xotirasiga kirish bilan bog'liq ortiqcha xarajatlar tufayli dasturlarning sekinroq bajarilishi.
Mikrokodli boshqaruv bloklarining ikki turi mavjud. Ular mos ravishda gorizontal va vertikal mikroko'rsatmalarni o'z ichiga oladi. Gorizontal mikroko'rsatmadagi har bir bit a ni boshqaradi alohida boshqaruv signali (yoki mikro-operatsiya). dan foydalanishni oshirish uchun mikroko'rsatma bitlari va mikroko'rsatmalar hajmini kamaytirish uchun vertikal
mikroko'rsatmalar kodlash orqali bir-birini istisno qiluvchi boshqaruv signallarini bir sohaga birlashtiradi. Vertikal mikroko'rsatmalar nazorat signallarini ishlab chiqarish uchun qo'shimcha dekodlashni talab qiladi. Dekodlashning oldini olish uchun ba'zi protsessorlar kodlangan ko'rsatmalardan to'g'ridan-to'g'ri nazorat signallariga mos keladigan nanoko'rsatmalarga kirish mumkin bo'lgan nanomxotira deb ataladigan ikkinchi darajali xotiraga kirish uchun manzil sifatida foydalanadi. Biroq, simli protsessorlar ko'rsatmalarni dekodlashda va tegishli boshqaruv signallarini chiqarishda kam qo'shimcha xarajatlar tufayli eng keng tarqalgan tanlovdir.
Elektron kompyuter dizayni doimo o'zgarib turadigan sohadir. 1940-yillardagi dastlabki elektron kompyuterlarda vakuum naychalari mavjud edi. Tranzistor texnologiyasining joriy etilishiga olib keldi 1950-yillarda sezilarli o'zgarishlar. Diskret tranzistorlardan keyin tranzistorlarning integral mikrosxemalari (IC) va minglab o'lchamli juda katta miqyosli integratsiya (VLSI) sxemalari paydo bo'ldi.
tranzistorlar va millionlab ULSI (Ultra LSI) sxemalari. Silikon integratsiya texnologiyalari bo'yicha davom etayotgan yutuqlar taxminan har 1,5 yilda protsessor unumdorligini ikki baravar oshiradi.
Kompyuter komponentlari hajmi qisqarishda davom etar ekan, ko'proq va ko'proq funktsiyalar mavjud
protsessorlar tomonidan mumkin. Hozirgi vaqtda protsessorlarning bir nechta sinflari mavjud. Kompyuter tizimi uchun qaysi protsessorni tanlaganimiz uning umumiy ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. An'anaviy protsessorlarning eng mashhur sinflari CISC (Complex Instruction Set).
Kompyuter), RISC (Reduced Instruction Set Computer) va VLIW (juda uzoq Yo'riqnoma Word kompyuteri) darslari.
CISC protsessorlari juda katta ko'rsatmalar to'plamiga ega va odatda bitta ko'rsatmaning bir nechta turli versiyalarini apparatda amalga oshiradi. Masalan, ko'rsatmaning turli versiyalari operandlarning so'z uzunligiga yoki operandlarga kirish uchun manzillash usullariga qarab farq qilishi mumkin. Ushbu yondashuv protsessor dizaynining murakkabligini oshiradi va protsessor chipidagi ko'rsatmalarning dekodlanishi va ma'lumotlar yo'llari uzoqroq bo'lgani uchun unumdorlikning pastligiga olib kelishi mumkin. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ko'pgina ilovalarda faqat to'rt turdagi ko'rsatmalar yuqori darajada qo'llaniladi, ya'ni xotiradan va xotiradan yuklash va saqlash, operandlarni qo'shish va dasturlar ichidagi filiallar. Shuning uchun, ko'p
protsessorning ko'rsatmalar to'plami katta bo'lsa, ko'rsatmalar juda kam qo'llaniladi. Bu katta kamchilik, chunki tegishli ko'chmas mulk boshqa, tez-tez zarur bo'lgan vazifalarni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin.
Boshqa tomondan, RISC protsessorlari to'g'ridan-to'g'ri apparatda juda kichik oddiy ko'rsatmalar to'plamini amalga oshiradi. HLL dasturlari uchun zarur bo'lgan murakkab ko'rsatmalar keyinchalik bo'lishi mumkin ushbu oddiy ko'rsatmalardan foydalanadigan dasturiy ta'minot tomonidan amalga oshiriladi; kompilyator kerakli konversiyalarni amalga oshiradi. Kichik ko'rsatmalar to'plami apparatning murakkabligini kamaytiradi va ishlashni yaxshilaydi. CPU chipidagi qolgan ko'chmas mulk MMU (Xotira boshqaruv bloklari), keshlar va boshqalar kabi komponentlarni amalga oshirish uchun ishlatiladi. VLIW
protsessorlar bir vaqtning o'zida bajarish uchun protsessorga ko'plab o'zaro eksklyuziv, oddiy ko'rsatmalarni olish uchun juda keng shinalardan foydalanadilar. Ushbu oddiy ko'rsatmalar to'g'ridan-to'g'ri ularning eng mos ijro birliklariga boradi. VLIW protsessorlari bir vaqtning o'zida protsessorga uzatish uchun individual ko'rsatmalarni katta guruhlarga ixchamlash uchun murakkab kompilyatorlarni talab qiladi.
Shuning uchun, VLIW kodi ko'chma emas, chunki individual ko'rsatmalar qanday guruhlanganligi VLIW protsessoridagi funktsional birliklarning turi va soniga bog'liq.
Protsessor sinfidan mustaqil ravishda, ko'p tarmoqli texnologiyasi joriy protsessorlarda keng qo'llaniladi. Ko'p oqimda dasturlarning har xil oqimlari (ya'ni, ko'rsatmalarning mustaqil ketma-ketligi) har bir oqimga o'z dastur hisoblagichini va CPU registrlarini belgilash orqali bir vaqtning o'zida faol bo'lishi mumkin. Istalgan vaqtda ijro birligi(lar)idan faqat bitta ip foydalanishi mumkin, lekin joriy ip faol bo‘lmaganda yangi ip tanlanadi; masofaviy resursdan ma'lumot olishni kutayotganda ip faol bo'lmasligi mumkin.
Multithreading protsessor resurslaridan foydalanishni oshiradi. Bir vaqtning o'zida ko'p ish zarralari bo'lsa, bir nechta ish zarrachalaridan operatsiyalar bitta soat siklida amalga oshiriladi.
HEP (Heterogen protsessor) ko'p protsessori a.ning dastlabki namunasi edi
asosiyni qayta ishlash uchun ko'p ish zarrali bajarishdan foydalangan tijorat mashinasi ko'rsatma oqimlari.
Qisqacha eslatib o'tamiz, noan'anaviy protsessor dizayni texnikasi hisoblashning ma'lumotlar oqimi modelidan foydalanadi. Ma'lumotlar oqimi hali asosiy protsessor dizaynida qabul qilinmagan. Eng yaxshi samaradorlikni faqat parallelizmni maksimal darajada oshirish orqali olish mumkin. Bunga
ta'siri, ko'rsatmalarni bajarishda har qanday buyurtma cheklovlari minimallashtirilishi kerak.
Afsuski, an'anaviy dizaynlar ketma-ketliklardan tashkil topgan dasturlarni o'z ichiga oladi
ketma-ket bajarilishi kerak bo'lgan ko'rsatmalar. Ideal holda, ko'rsatmaning bajarilishi boshqa buyurtma cheklovlari bilan emas, balki faqat ko'rsatmalarning o'zaro bog'liqlik munosabatlari bilan cheklanishi kerak. Ma'lumotlar oqimini hisoblash modeli taklif qilindi
an'anaviy ketma-ket bajarish modelining ishlash cheklovlarini engib o'tish. Faqat ma'lumotlarga bog'liqliklar ko'rsatmalarning bajarilishini cheklaydi. Hisoblashlar ma'lumotlar oqimi grafiklari bilan ifodalanadi. Tadqiqotchilar ma'lumotlar oqimi tillarini taklif qilishdi, masalan, Id. Biroq, sof shaklda hisoblashning ma'lumotlar oqimi modeli qanday samarali amalga oshirilishi ma'lum emas.
|
