«Kompyuter tizimlari» kafedrasi S. T. Kubayev, U. I. Murtazayeva kompyuter tizimlarini loyihalash va tashkil etish

Markaziy protsessor tuzilishi
Tipik fon-neyman protsessorining ma’lumotlar trakti ichki tuzilishi 1.5 - rasmda ko’rsatilgan. Trakt registrlardan tashkil topgan (odatda 1 dan 32 gacha): AMQ (arifmetik-mantiqiy qurilma) va bir necha o’zaro bog’langan shinalar. Registrlarning tarkibi AMQ kirish registrlariga tushadi, ular 1.5-rasmda A va B harflari bilan belgilangan. Ularda AMQ hisoblashlar o’tgazgunicha AMQ ma’lumotlari saqlanadi. Ma’lumotlar trakti - barcha kompyuterlarning mavhum tarkibiy qismi.
AMQ kirish ma’lumotlarini qo’shish, ayirish va boshqa oddiy operatsiyalarini bajaradi va kirish registrida joylashtiradi. Bu chiqish registri qaytib biron bir registrga joylashtirilishi mumkin. Agar kerak bo’lsa, u biron xotirada saqlanishi mumkin. 1.5-rasmda qo’shish operatsiyasi ko’rsatilgan. Ammo kirish va chiqish registrlari barcha kompyuterlarda mavjud emas.

1.5-rasm. Tipik fon-neyman protsessorining ma’lumotlar
trakti ichki tuzilishi
Ko’pgina buyruqlar ikki guruhga bo’linadi:
- registr-xotira tipidagi buyruqlar;
- registr-registr tipidagi buyruqlar.
Birinchi tipdagi buyruqlar so’zlarni xotiradan chaqiradi, ularni registrga joylashtiradi, u yerda ular AMQga kirish ma’lumotlari sifatida ishlatiladi. («So’zlar» - bu xotira va registr o’rtasidagi harakat qiluvchi ma’lumotlar elementi). So’z butun raqam bo’lishi mumkin. Boshqa buyruqlar bu tipidagi registrlar qaytarib xotiraga joylashtiradi.
Ikkinchi tipdagi buyruqlarni registrning ikki operandi chaqiradi, ularni AMQ kirish registrlariga joylashtiradi, ular ustida arifmetik yoki mantiqiy operatsiyalarni bajaradi va natijalarni qaytarib registrlarning biriga joylashtiradi. Bu jarayon ma’lumotlar trakti sikli deyiladi. Bu qandaydir darajada mashina nima qila olishini belgilaydi. Sikl qancha tez sodir bo’lsa, kompyuter shuncha tez ishlaydi.
Markaziy protsessor har bir buyruqni bir necha qadamda bajaradi:
1) xotiradan keyingi buyruqni chaqiradi va uni buyruqlar registriga o’tkazadi;
2) buyruqlarni hisoblagich holatini o’zgartiradi, endi u keyingi bajariladigan buyruqni ko’rsatishi kerak;
3) chaqirilgan buyruq tipini ko’rsatadi;
4) agar buyruq xotiradan so’z ishlatsa, bu so’z qayerda ekanligini aniqlaydi;
5) agar zarurat tug’ilsa, bu so’zni markaziy protsessorga yetkazadi;
6) buyruqlarni bajaradi;
7) 1 qadamga keyingi buyruqni bajarishni boshlash uchun o’tadi.
Qadamlarning bunday ketma-ketligi (tanlash-dekodlash-bajarish) barcha kompyuterlarning ishining asosidir.
Birinchi kompyuterlar uncha katta bo’lmagan buyruqlar saqlagan va bu buyruqlar oddiy bo’lgan. Ammo murakkab buyruqlar paydo bo’lishi juda kuchli kompyuterlarni yaratishga olib keldi. Keyinchalik, ishlab chiqaruvchilar murakkab buyruqlar bo’lganda dasturlar tezroq bajarilishini va ba’zi buyruqlarni bajarish uchun ko’p vaqt talab qilishini tushundilar. Misol sifatida, murakkab buyruqlarga suriluvchi nuqta operatsiyasini bajarilishi, massiv elementlariga to’g’ridan-to’g’ri kirishga imkon beruvchi buyruqlar va h.k. ko’rsatish mumkin, Agar biron buyruq birin-ketin bajarilishi qayta-qayta bajarilsa, unda bu ikki ishni o’rnini bosadigan yangi buyruq kiritilgan.
Murakkab buyruqlar qulay bo’lgan, chunki ba’zi operatsiyalar gohida o’zaro bog’lanardi. Bunday operatsiyalar parallel bajarilishi mumkin edi, buning uchun qurilma kerak bo’lardi. Apparat vositalari unumdorligi yuqori bo’lgan qimmat kompyuterlar uchun bunday qo’shimcha qurilmalarni sotib olish to’liq asosli bo’lardi. Shunday qilib, qimmat kompyuterlarning buyruqlari arzonlariga nisbatan ancha ko’p bo’lgan. Ammo kompyuterlarda narxning o’sishi va buyruqlarning mutanosibligi talabi bosh rolni bajarsa ham, bu murakkab buyruqlarning arzon kompyuterlarda ishlatilishiga ham olib keldi.
XX asrninh 50-yillarning oxirida, kompyuter bozorida yetakchi o’rin egallagan IBM kompaniyasi bu turdagi kompyuterlarni ishlab chiqarish kompaniyaning o’ziga ham, xaridorlarga ham qulay deb qaror qildilar va shunday kompyuterlarni ishlab chiqara boshladilar. Bu bosqichni ta’riflab berish uchun kompaniya arxitektura terminini kiritdi. Ko’p ishlab chiqaruvchilar fikriga ko’ra, kompyuterlarning yangi oilasi umumiy bir arxitekturaga ega bo’lib, narxi va tezligi bilan farq qiluvchi hamda bir xil dasturni bajara olishlari kerak edi. Ammo qanday qilib barcha murakkab buyruqlarni bajara oladigan va qimmat turadigan yuqori unumdorli mashinalarga mo’ljallangan arzon kompyuter qurish mumkin degan muammo kompaniya oldida ko’ndalang turdi.
Bu muammo interpretatsiya orqali hal qilindi. Bu texnologiya birinchi marta 1951 yilda Uilks tomonidan taklif etilgan bo’lib, ko’p sonli buyruqlarni bajara oladigan arzon kompyuterlar ishlab chiqarish imkonini berardi. Natijada IBM System/360 arxitekturasini yaratib, o’zaro bir-biriga to’g’ri keladigan, narxi va ishlab chiqarishi bilan farqlanadigan kompyuterlar oilasini yaratdi. Interpretasiya qurilmalari bilan ta’minlash faqat juda qimmat modellarida qo’llanilgan.
Oddiy kompyuterlar interpretatsiya qilingan buyruqlar bilan boshqa afzalliklarga ega bo’lgan. Ularning muhimlari:
1. Buyruqni noto’g’ri bajarilganligini fiksatsiya qilish yoki apparat bilan ta’minlanish kamchiligini to’ldirish imkoniyatining mavjudligi;
2. Minimal sarf bilan, hatto komputerni sotib olgandan keyin yangi buyruqlarni qo’shish imkoniyati ning mavjudligi;
3. Murakkab buyruqlarni ishlab chiqarishga, tekshirishga va hujjatlashtirishga imkon beradigan strukturali tashkilot.
XX asrning 70-yillarda kompyuterlar bozori shiddat bilan kengayib borib, yangi kompyuterlar ko’plab funksiyalarni bajara olardi. Arzon kompyuterlarga bo’lgan talab ularni interpretatsiyalab keyin foydalanishga olib keldi. Apparat ta’minoti va ma’lum buyruqlarni bajaruvchi interpretatorlar yaratilishi arzon protsessorlarni ishlab chiqarishga imkon berdi. Yarim o’tkazgichli texnologiyalar tez rivojlana borishi katta ishlab chiqarish kuchiga ega bo’lgan va interpretatorlarni qo’llash keng qo’llanila boshlandi. Interpretatsiya XX asrning 70-yillarida ishlab chiqarilgan barcha kompyuterlarda minikompyuterlardan tortib, eng katta mashinalargacha qo’llanilgan.
XX asrning 70- yillarning oxirida interpretatorlar amaldagi barcha modellarda qo’llanila boshlandi. Juda yuqori ishlab chiqarish kuchiga ega bo’lgan qimmat mashinalardan tashqari (masalan, Sgau-1 va Control Data super kompyuterlar seriyasida). Interpretatorlarni qo’llash murakkab buyruqlarni qimmat narxini ko’tarmasdan ishlab chiqaruvchilarga hammadan ham ishlatiladigan operandlar turli uslublarini aniqlash uchun ancha murakkabroq buyruqlarni kiritishga imkon berdi.
Bu tendensiya VAX (ishlab chiqaruvchi Digital Equipment Corporation), kompyuterlar ishlab chiqarish rivojlanishida o’z cho’qqisiga yetib, unda bir necha yuz buyruq bo’lib, har bir buyruqda 200 operandlarni aniqlash uslublari bo’lgan. Baxtga qarshi VAX arxitekturasi eng boshidan interpretatorni qo’llashdan boshlangan, ishlab chiqarishga esa e’tibor berilmagan. Bu esa ko’p sonli ikkilamchi ahamiyatga ega bo’lgan buyruqlar paydo bo’lishiga olib keldi va ularni bajarish interpretatsiyasiz bir vaqtning o’zida juda murakkab edi. Bu VAX uchun ham, uni ishlab chiqaruvchisi (DEC kompaniyasi) uchun muvaffaqiyatsiz bo’ldi. 1998 yilda DEC kompaniyasini Compaq kompaniyasi sotib oldi.
Eng birinchi 8-bitli mikroprotsessorlar juda oddiy bo’lsa ham, 70-chi yillar oxirida ular interpretatorlar bilan ishlab chiqarila boshlandi. Bu davrda asosiy muammo ishlab chiqaruvchilar uchun mikroprotsessor-larning murakkabligi oshib ketishi bo’ldi.
Interpretatsiyaning bosh afzalligi oddiy protsessor ishlab chiqarish imkoniyati bo’lib, murakkabligi interpretatorlarni yaratishda bo’ldi. Shunday qilib, murakkab apparat bilan ta’minlash murakkab dastur ishlab chiqarish bilan ta’minlandi.
Motorola muvaffaqiyati 68000 va undan ko’proq interpretatsiya qilinadigan buyruqlar ishlab chiqarishida bo’ldi va bir vaqtning o’zida keng buyruqlar to’plami bo’lgan, ammo interpretatorlari bo’lmagan Zilog Z8000ning kasod bo’lishi olib keldi, hamda yangi mashinalarni ishlab chiqarishda interpretatorlarni qo’llash afzalliklari ko’rsatildi. Motorola 68000 ning muvaffaqiyati kutmaganda sodir bo’ldi, chunki Motorola 6800ga nisbatan (Motorola 68000 dan oldin faoliyat ko’rsatgan) Z80 (Zilog Z8000 dan oldin faoliyat ko’rsatgan) keng ommalashgan edi. Bu yerda muhim rolni boshqa faktorlar ham o’ynagan, masalan, Motorola ko’p yillar mikrosxemalar ishlab chiqarish bilan shug’ullangan, Exxon esa (Zilog egasi) ko’p vaqt davomida neft kompaniyasi egasi bo’lgan.
Yana bir faktor interpretatsiya foydasiga - interpretatorlarni saqlash uchun sur’atli doimo esda saqlab qoluvchi (PZU buyruqlari deb ataluvchi) qurilmalar mavjudligidir. Masalan, oddiy interpretatsiya qilinadigan Motorola 68000 buyruqsini bajarish uchun intepretator mikrobuyruq deb ataladigan 10 buyruqni bajarishi kerak deb tasavvur qilamiz. Demak, buyruqlarni bajarish uchun ketgan umumiy vaqt 2000 tashkil qiladi, bu interpretatsiya qilmasdan bu buyruqlarni bajarishga qaraganda bo’lib 2 marta ko’p deganidir. Agar maxsus tez sur’atli doimiy esda saqlab qoladigan qurilma bo’lmaganda, bu buyruqni bajarish 6000ni talab qilar edi. Shunday qilib, PZU buyruq mavjudligi juda muhimdir.


Xotira modullari.