Ызбекистон республикаси олий ва ырта

2-MAVZU: MIKROPROTSESSORLAR HAQIDA ASOSIY TUSHUNCHALAR
Reja:
1. Mikroprotsessor tushunchasi va uning tashkil etuvchilari.
2. Mikroprotsessorlarning ishlash tezligi.
3. Mikroprotsessorlarning ish jarayoni.
Kompyuterning eng asosiy qismi bu mikroprotsessor hisoblanadi. U uncha katta bo’lmagan hajmda, kremniy yoki germaniy kristalida joylashtirilgan 10 milliondan ortiq tranzistorlar majmuasi bo’lib barcha turdagi axborotni qayta ishlovchi qurilma hisoblanadi. Mikroprotsessor bir sekund ichida bir necha million amallarni bajarish imkoniyatiga ega. Shaxsiy kompyuterlarda INTEL firmasining mikroprotsessorlari yoki shunga 
o’xshash turdosh firmalarda ishlab chiqarilgan mikroprotsessorlardan foydalaniladi. Mikroprotsessor xotira elementlari, registr, arifmetik-mantiqiy qurilma, boshqaruv qurilmasi va boshqa qurilmalardan iborat.
Xotira – ma’lumotlarni tezkor xotiradan o’qish va bajarishga hozirlash uchun ikkita 1-darajali va 2-darajali kesh xotiradan foydalaniladi.
Registr - bajariladigan buyruqlarni vaqtinchalik xotirada saqlash, tezkor xotira adreslari va ma’lumotlarni qayta ishlash uchun ishlatiladi.
Arifmetik - mantiqiy qurilma ko’p vazifali summator va ikkita yordamchi registrdan tashkil topgan bo’lib axborotlarni qayta ishlaydi.
Boshqaruv qurilma - mikroprotsessor ishlashi va shina orqali boshqa qurilmalar bilan aloqa o’rnatish uchun singnal ishlab chiqaradi.
Mikroprotsessorning arxitekturasini uning so’z razryadi va mikroprotsessorning ichki axborot shinalari aniqlaydi. Dastlabki mikprotsessorlar 4 razryadli arxitekturaga ega bo’lib, keyinchalik 8 razryadli mikroprotsessor qo’llanigan, hozirda esa arxitekturasi 16, 32, 64, 128 razryadli mikroprotsessorlar qo’llanmoqda. 4 va 8 razryadli mikroprotsessorlarda buyruqlarni bajarish tartibi ketma-ket bo’lib, unda bir operatsiya tugagandan so’ng undan keyingi operatsiyani bajarish boshlanadi. Ayrim 16 razryadli arxitekturaga ega mikroprotsessorlarda komandalarni bajarish paralel usulda amalga oshiriladi. U bir vaqtning o’zida bir operatsiyani bajarish davomida keyingi operatsiyani qayta ishlab xotirada saqlash xususiyatiga ega.
Xotiraning adres maydoni - adres registrining razryadi va mikroprotsessorning adres shinalari orqali aniqlanadi. 8 razryadli mikroprotsessorlarning adres registri 2 ta 8 razryadli registr, 16 razryadli shinani tashkil etigan va 64 Kbayt adresni xotirada saqlaydi. 16 razryadli mikroprotsessorlarda esa 20 razryadli adres registri ishlatiladi va 1 Mbayt adresni xotirada saqlaydi. 32 razryadli mikroprotsessorlarda esa 24 va 32 razryadli adres registrlari 16 Mbayt dan 4 Gbayt  gacha adresni xotirada saqlaydi. Axboratni qayta ishlash va xotira bilan axborat almashish uchun mikroprotsessorda axborot shinasi mavjud bo’lib, uning razryadi ichki axborot shinasining razryadi bilan bir xil bo’ladi.
Tashqi qurilmalar bilan aloqani osonlashtirish uchun tashqi axborot shinasi kichik razryadli, ichki axborot shinasi va axborot registrlari katta razryadli bo’ladi. Masalan bir xil mikroprotsessorlar 16 razryadli arxitekturaga ega, lekin 8 razryadli ichki axborot shinalaridan foydalaniladi. Bular maxsus modifikatsiyaga ega bo’lgan 16 razryadli mikroprotsessorlarda bo’lib ular bir xil hisoblash kuvvatiga ega.
Mikroprotsessorning eng muhim parametrlaridan biri uning amal bajarish tezligi bo’lib, u tashqi generatordan keladigan sinxron singnal bilan aniqlanadi. Har bir mikroprotsessorda o’zining taktik chastota chegarasi mavjud bo’lib u 0,4 MGts … 3,5 GGts gacha bo’lishi mumkin.
Kompyuter taktik chastotasini hisoblashda vaqt birligini kiritish talab etiladi:
1 millisekund (ms) q 10^-3 s
1 mikrosekund (mks) q 10^-6 s
1 nanosekund (ns) q 10^-9 s
1 pikosekund (ps) q 10^-12 s
Bu vaqt oralig’ida elektron impulslarning bosib o’tgan yo’li quyidagicha:
1 s q 240 000 km q 2410¹⁰ mm
1 ms q 240 km q 2410⁷ mm
1 mks q 240 m q 2410⁴ mm
1 ns q 24 sm q 2410 mm
1 ps q 0,24 mm q 0,24 mm
Bugungi kunda hisoblash mashinalarining taktik chastotasi MGts larda hisoblanadi
1 MGts q 10^-6 s q 1 mks q240 m q 2410⁴ mm
100 MGts q 1010^-9 s q 10 ns q240 sm q 2410² mm
Bundan ko’rinadiki, sxemalar nanosekund diapazonida ishlaydi.

Kompyuter katta integral sxemalarda bajarilgan qurilmalar to’plamidan iborat. Har bir integral sxema o’zining funktsional vazifasiga ega. Integral sxemalar to’plamidan tashkil topgan kompyuterlar mikroprotsessorli to’plam deb ataladi. Buning tarkibiga: tizimli taymer, mikroprotsessor, soprotsessorlar, vaqtincha to’xtatish kontrolleri, xotiraga to’g’ridan-to’g’ri kirish, kiritish - chiqarish kontrolyorlari va boshqalar kiradi.

Kompyuterning barcha qurilmalari markaziy va periferiyali qurilmalarga bo’linadi. Markaziy qurilmalar butunlay elektron periferiyali qurilmalar yoki elektronli boshqariladigan elektromexanik bo’ladi. Markaziy qurilmalarda mikroprotsessor to’plamini bog’lovchi magistral tizimli asosiy uzel bo’lib hisoblanadi. Bu uchta shina deb ataluvchi uzeldan ma’lumotlar shinasi, adreslar shinasi, boshqarish shinasidan iborat.
Tizimli magistral tarikibiga: uzatuvchi, axborotni xotirlab qoluvchi registrlar, tizimli magistralga murojat etish ketma-ketligini aniqlovchi shinali atributlar kiradi.
Kompyuterning markaziy qurilmalariga: markaziy protsessor, asosiy xotira va xizmat qiluvchi vazifalarni bajaruvchi qator qo’shimcha uzellar kiradi.
Kompyuter ishini boshqaruvchi dastur bajarilishidan oldin asosiy xotiraga yuklanadi. Birinchi bajariladigan buyruq adresi mikroprotsessorga uzatiladi va buyruqlar schyotchigida saqlanadi.
Protsessor ishi - adres buyruq schyotchigidan tizimli adres magistralning shina adresiga uzatish jarayolaridan iborat bo’ladi.
Mikroprotsessorlar yordamida operatsiyalar natijasi ma’lumotlar shinasiga chiqariladi, adreslar shinasiga esa asosiy xotiraning adresi chiqariladi va natija yoziladi. Boshqarish shinasidan asosiy xotira buyruq olgach, adres va sistemali magistraldan ma’lumotlarni o’qigach, ko’rsatilgan adres bo’yicha ma’lumotlarni yozishni tashkil etadi va buyruq bajarilgach, boshqarish shinasiga son yozilgani haqida signal chiqariladi. Protsessor bu signalni olgach, keyingi buyruqlarni tanlaydi. Har bir tsiklda buyruq registriga buyruq olingach, protsessor bu buyruqni qaysi qurilmaga tegishli ekanini aniqlaydi. Agar buyruq protsessorga taaluqli bo’lsa, yuqoridagi tsiklga binoan buyruq protsessor orqali bajariladi, agar buyruq kompyuterning boshqa qurilmalarga tegishli bo’lsa, u holda Markaziy protsessor uni kerakli qurilmalarga uzatadi.
Zamonaviy kompyuterlar avtonom qurilmalar kompleksidan tashkil topgan bo’lib, ularning har biri boshqa qurilmalarga ta’luqsiz holda mahalliy qurilmaning boshkarishi ostida boshqariladi.
Markaziy protsessor qurilmalarni ishga tushiradi. U qurilmalarga buyruqlarni va barcha bajarish parametrlarini uzatadi. Markaziy protsessor qurilmalarining ishi boshlangandan so’ng, ulardan uzilib boshqa qurilmalarga xizmat qiladi yoki boshqa funktsiyalarni bajarishga o’tadi.
Elektron hisoblash mashinasining umumiy funktsional va strukturali tashkil etishda, kodlar, tizim buyrugi, mashina operatsiyalarini bajaruvchi algoritmlar, turli jarayonlarni bajaruvchi texnologiyalar va qurilmalarning birgalikdagi ishini tashkil etuvchilarni, funktsional tashkil etishda ularning turlarini bilish, EHM ishini g’oyasini oshirishda kullaniladigan vositalarni chukur o’rganish talab etiladi.Chunki EHMlarning dasturiy va aparatli moslashuvchanligi, ularning umumiy funktsional va strukturali tashkil etishda qo’l keladi.
EHMning markaziy va perifiriyali qurilmalarini tizimini magistral orkali, ma’lumotlar, adreslar boshqarish shinalarining ishlash tamoyillarini o’rganish foydalanuvchi vazifani bajarish jarayonida malakali ishlashni ta’minlaydi .
EHMning markaziy protsessori dastur buyruqlarini bajaruvchi va hisoblash tizimining barcha uzellarini o’zaro ishlashini ta’minlaydigan hisoblash qurilmasidir. Markaziy protsessorning asosiy qurilmalari MAQ va MBQ lardir. MAQ (mantiiqiy arifmetik qurilmalarda operandlar ustida arifmetik va mantiiqiy operatsiyalar bajaradi. Ayrim EHM modellarida, operand adreslarini aniqlash uchun adresli arifmetika amallarini bajarish mumkin. Turli faktorlarga ko’ra va MAQning asosiy bloki summatorning turiga ko’ra, turlicha MAQ mavjud. Ikkilik va o’nlik o’rnatilgan va o’zgaruvchan vergulli MAQ, universal MAQ. Element va uzellarni qo’llanish xarakteri bo’yicha funktsional va blokli MAQga bo’linadi. Blokli MAQda turli form va sanoq sistemalari alohida bloklarda bajariladi, ko’p funktsiyali MAQ da bitta va o’sha kommutatsiya sxemalarida bajariladi. EHM protsessorlarida va mikroprotsessorlarda dasturli va sxemali boshqarish tamoyili qo’llaniladi. Protsessor va mikroprotsessorning logik imkoniyatlarini va tezkorligini oshirish uchun registrli xotira blokini o’z ichiga oladi. BQ ( markaziy boshqarish qurilmasi) yoki markaziy boshqarishni qurilmasi hisoblash mashinasining asosiy qurilmalardan biri bo’lib, EHMda dasturlarni avtomatik tarzda bajarish uchun xizmat qiladi. MBQ tanlash va buyruqlarni saqlash, buyruq kodini boshqaruvchi signallarga qayta o’zgartirish, kiritish chiqarish, yurgazish va to’xtatish funktsiyalarini bajaradi. MAQ da dasturlarni avtomatik ravishda bajarish uchun quyidagi asosiy bloklar ajratiladi:

1. 
   Sinxronlashtirish bloki - vaqt davomida kelishuvchining ishlarini ta’minlaydi.
   
2. 
   Operatsiyalarni boshqarish bloki - mashina operatsiyalarini kodi qayta ishlashni ta’minlaydi.
   
3. 
   Buyruqlarni boshqarish bloki – buyruqning adresli qismini qayta ishlashni ta’minlaydi.
   
4. 
   Uzilish bloki - ko’p programmali ish rejimini amalga oshirish uchun mo’ljallangan
   
5. 
   Boshqarish pulti hisoblash mashinasi bilan operator aloqasini ta’minlaydi.
   

EHM ni boshqarish tamoyilini tanlash ko’p faktorlar bilan aniqlanadi: protsessorning ishlab chiqishi, qayta ishlash algoritmini murakkabligi, boshqarish usullari samaradorligi EHM da 2 xil boshqarish tamoyili: ko’p programmali va sxemali. Sxemali tamoyildan funktsional impulslar ketma-ketligi mantiqiy sxemalar orqali beriladi. Mantiqiy sxemalarni tanlash va ularni EHM Bilan aloqasi doimiy bo’ladi, shuning uchun bu tamoyilga «qattiq» mantiq tamoyili deyiladi.
Ko’p programmani boshqarish tamoyili – boshqarish sistemasiga o’zgartirish qulayligi, egiluvchanligi bilan ajralib turadi.
ShEHMning markaziy protsessor asosini mikroprotsessor tashkil etadi, u ma’lumotlarni arifmetik va mantiqiy qayta ishlash uchun, operativ xotira va tashqi qurilmalarga murojaat etishni tashkil etish uchun va hisoblash jarayonini bajarilishini boshqarish uchun xizmat qiladi.
Hozirgi vaqtda vazifalari, funktsional imkoniyatlari, strukturasi, bajarilishiga ko’ra ko’p sonli turli ko’rinishdagi mikroprotsessorlar mavjud. Ularni o’zaro klassifikatsiyalashda ularning informatsion birlikda 8-bitli, 16-bitli, 32 bitli va b.q. kbaytda ishlanayotgan razryadlar miqdoriga ko’ra guruhlash muhimdir.
8-bitli mikroprotsessorlar guruhiga i 8080, i 8085 (Intel -INTegrated Electronics ishlab chixaruvchi firmaning nomidagi i harfi bilan MP nomi boshlanadi), Z 80 (Zilog firmasining nomidagi Z harfi bilan boshlanadi) va b.q.
16-bitli mikroprotsessorlarning ichida i 8086, i 8086 keng tarqalgan. 32 bitli MPlar - i 80386, i 80486 bo’lib, ular buyruqlar va pastdan yuqoriga ma’lumotlar formatlari bo’yicha mujassamlashgan.
8086G’8088 P bazali buyruq tizimiga ega. Intel firmasining Mpning keyingi modifikatsiyalarida 80186 buyruq tizimi kengaytirilgan.
80486 dan boshlab MP kristalida o’zgaruvchan vergulli operatsiyalar uchun arifmetik soprotsessor o’rnatilgan. Bulardan tashqari quyidagi MP turlari mavjud: Pentium I, Pentium 2, Pentium Pro va b.q.
ShEHMlarda Intel firmasining mikroprotsessorlari, balki Cyrix va AMD firmalarining MP ishlab chiqarilmoqda.
Cyrix firmasi M-1 va M-2 MPlarini ishlab chiqmoqda, ularning tezligi Pentium MP ancha yuqori.
AMD firmasi K- 5, K-6 MPlarni ishlab chiqarmoqda. Intel firmasining MPlari bazali buyruq tizimiga ega, ular tarkibiga quyidagilar kiradi:
- ma’lumotlarni uzatish buyruqlari;
- MP ichida ma’lumotlarni uzatish buyruqlari (MOV, PUSH, POP, XCHNG va b.q);
- kiritish – chiqarish buyruqlari (IN, OUT);
- bayroqlar operatsiyalari;
- adreslar (LEA, LDS va b.q.) operatsiyalari;
- mantiqiy buyruqlar;
- arifmetik buyruqlar;
- asosiylar (qushish, ayirish, ko’paytirish, bo’lish);
- boshqarishni uzatish buyruqlari;
- qator ma’lumotlarini qayta ishlash buyruqlari;
- boshqarish buyruqlari.