Zamonaviy gadjetlarning aksariyati xuddi shu nomdagi arm limited kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilayotgan arm arxitekturasi asosidagi protsessorlardan foydalanadi

O`ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI


MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI
TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI
UNIVERSITETI SAMARQAND FILIALI

"Kompyuter injiniring" fakulteti

"Kompyuter Tizimlari" kafedrasi
" Kompyuterni tashkil etish fanidan ” fanidan

MUSTAQIL ISH-№3

Mavzu: Kompyuter arxitekturasi ARM

Bajardi:

Qabul qildi: Sobirov R.
SAMARQAND – 2022

Reja:

1. 
   Kompyuter arxitekturasi ARM
   
2. 
   Mali grafik tezlatkichlar
   
3. 
   ARM protsessorlari va grafik protsessorlarining bozordagi o'rni
   

Zamonaviy gadjetlarning aksariyati xuddi shu nomdagi ARM Limited kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilayotgan ARM arxitekturasi asosidagi protsessorlardan foydalanadi. Qizig'i shundaki, kompaniyaning o'zi protsessorlar ishlab chiqarmaydi, faqat o'z texnologiyalarini uchinchi tomon chip ishlab chiqaruvchilariga litsenziyalaydi. Bundan tashqari, kompaniya Cortex protsessor yadrolari va Mali grafik tezlatgichlarini ham ishlab chiqmoqda, biz ushbu materialda albatta to'xtalamiz.
ARM Limited
ARM kompaniyasi, aslida, o'z sohasida monopoliya hisoblanadi va turli mobil operatsion tizimlardagi zamonaviy smartfon va planshetlarning katta qismi ARM arxitekturasi asosidagi protsessorlardan foydalanadi. Chip ishlab chiqaruvchilari alohida yadrolarni, ko'rsatmalar to'plamlarini va tegishli texnologiyalarni ARM'dan litsenziyalaydi va litsenziyalar narxi protsessor yadrolari turiga qarab sezilarli darajada farq qiladi (bu kam quvvatli byudjet echimlari va ultra zamonaviy to'rt yadroli va hatto sakkiz yadroli bo'lishi mumkin. chiplar) va qo'shimcha komponentlar. ARM Limited kompaniyasining 2006 yildagi daromadlari to'g'risidagi yillik hisobotida 2,5 milliardga yaqin protsessorlarni litsenziyalashdan 161 million dollar daromad ko'rsatilgan (2011 yildagi 7,9 milliard dollardan), bu har bir chip uchun taxminan 0,067 dollarni tashkil etadi. Biroq, yuqorida aytib o'tilgan sababga ko'ra, bu turli litsenziyalar uchun narxlardagi farq tufayli juda o'rtacha ko'rsatkichdir va shundan beri kompaniyaning foydasi bir necha baravar o'sishi kerak edi.
Asosiy xotira – kompyuterning dasturlar va ma’lumotlarni saqlash uchun mo‘ljallangan komponentidir. Xotira ma’lum bir uzunlikka ega bo‘lgan axborotlarni saqlovchi yacheykalardan iborat bo‘ladi. Hozirgi kompyuterlarning xotirasi 8-bitli, ya’ni bir baytli yacheykalardan iborat bo‘lib, xotiraga ana shu baytlarning adreslari orqali murojaat qilinadi. Baytlarni guruhlarga birlashtirilib so‘zlar (rus tilida – slovo) hosil qilinadi. 1, 2, 4 va 8 baytli, ya’ni 8, 16, 32 va 64-bitli yoki razryadli so‘z uzunliklariga ega kompyuterlar mavjud [1,5,11]. Ushbu qo‘llanmada kompyuter xotirasining so‘z uzunliklarini, protsessorlar ichki registrlarining uzunliklarini ifodalashda va boshqa holatlarda razryad iborasi qo‘llanilgan. Buyruqlarni xotiradan o‘qish misolida, xotiraga murojaat qilish qanday amalga oshirilishini ko‘rib chiqamiz. 2.4-rasmda asosiy xotiraga murojaat qilish jarayoni ko‘rsatilgan. Protsessorning IP (Instruction Pointer) yoki PC (Program Counter) deb nomlanuvchi registri, tartib bo‘yicha bajarilishi kerak bo‘lgan buyruq adresini ko‘rsatish uchun ishlatiladi. Ushbu registr buyruqlar sanagichi yoki buyruqlar ko‘rsatgichi deb nomlanadi. PC registrida yozilgan adres, ya’ni navbatdagi bajarilishi kerak bo‘lgan buyruqning adresi, protsessorning adres shinasi yordamida asosiy xotira bilan bog‘lanuvchi porti - adres registri orqali xotiraning, xotira adresi registriga uzatiladi. Shundan so‘ng xotiraning ma’lumotlar registriga ushbu adres bo‘yicha yozilgan ma’lumot chiqariladi. Bu ma’lumot, ma’lumotlar shinasi orqali protsessorning registrlaridan biriga, masalan akkumulyatorga, ya’ni A registriga kelib tushadi. 1. Real rejim – 1 Mbayt gacha bo‘lgan asosiy xotira uchun, bu rejim kompyuter MS DOS operatsion tizimida ishlagan paytida qo‘llanilagan. Hozirda bu, MS DOS operatsion tizimini emulyasiya qilishda ishlatiladi. 2.Himoyalangan rejim – xotira xajmi 1 Mbaytdan ko‘p bo‘lgan xolda, ya’ni bu kompyuterlar Windows operatsion tizimida ishlay boshlagandan buyon qo‘llanilgan rejim hisoblanadi. Tezkor va doimiy xotira qurilmalari. Ko‘rib chiqilgan xotiralarning barcha xillari bitta umumiy xususiyatga ega: ularda axborotni ham yozish, ham o‘qish ikoniyatlarini mavjud. Bunday xotira tezkor xotira qurilmasi (TXQ) deb ataladi 56 (Random Access Memory – RAM, rus tilida - operativnoe zapominayuщee ustroystvo - OZU). Tezkor xotira qurilmasining ikki xili mavjud: 1.Statik TXQ (Static RAM - SRAM). Bu xildagi xotira D-triggerlar asosida quriladi. Statik TXQsida axborot, unga manba ulangan vaqt davomida saqlanadi: bu vaqtning davomiyligi - sekundlarga, minutlarga, soatlarga va kunlarga ham teng bo‘lishi mumkin. Statik TXQ juda tez ishlaydi, unga murojaat qilish vaqti bir necha nanosekundlarga teng bo‘lishi mumkin. Shu sababli statik TXQ, ko‘pincha ikkinchi sath kesh-xotirasi sifatida ishlatilmoqda. 2.Dinamik TXQ (Dynamic RAM - DRAM). Bu xildagi xotirani qurishda triggerlar ishlatilmaydi. Dinamik TXQ tranzistorlar va juda kichik kondensatorlardan qurilgan, yacheykalar to‘plamidan iborat bo‘ladi. Kondensatorlar zaryadlangan va zaryadlanmagan holatlarda bo‘lishi mumkin, bu hol 1 va 0 ni saqlash imkonini beradi. Kondensatorda zaryad yo‘qolishi mumkin bo‘lganligi sababli, bu xildagi xotirada ma’lumotlar yo‘qolib ketmasligi uchun har bir bit, vaqtivaqti bilan qayta zaryadlanib turishi kerak bo‘ladi. Dinamik TXQda bir bit axborotni saqlash uchun 1-ta tranzistor va 1-ta kondensator kerak bo‘ladi. Statik TXQda esa bir bit axborotni saqlash uchun kamida 6-ta tranzistor kerak bo‘ladi. Shuning uchun asosiy xotira deyarli har doim dinamik TXQ asosida quriladi. Dinamik TXQ, statik TXQga nisbatan ancha sekin ishlaydi. Dinamik TXQning bir necha xillari mavjud: - FPM (Fast Page Mode) – tezkor sahifalar rejimiga ega dinamik xotira (rus tilida - bыstrыy postranichnыy rejim); 59 - EDO (Extended Data Output) – ulanish nuqtalarining imkoniyatlari kengaytirilgan dinamik xotira – (rus tilida – pamyatь s rasshirennыmi vozmojnostyami vыvoda); - DRAM, SDRAM (Synchronous RAM) – sinxron dinamik TXQlari (rus tilida - sinxronnoe dinamicheskoe OZU); - DDR (Double Data Rate) – ma’lumotlarni ikki karra tez uzata oluvchi (rus tilida - peredacha dannыx s dvoynoy skorostьyu). Doimiy xotira qurilmalari. Elektr manbai uzilganda ham ma’lumotlarni saqlay oladigan xotira – doimiy xotira qurilmasi (DXQ) deb ataladi (ROM - ReadOnly Memory, rus tilida – postoyannoe zapominayuщee ustroystvo - PZU). Odatda doimiy xotira qurilmalaridagi axborotni o‘zgartirish yoki o‘chirib tashlash mumkin emas. Ammo hozirda DXQni ishlab chiqarish paytidagina emas, balki uni qo‘llashdan avval, ya’ni uni ishlatish paytida ham axborotni yozish mumkin bo‘lgan va axborotni o‘chirib yozish mumkin bo‘lgan doimiy xotira qurilmalari ham ishlab chiqilgan. Ular quyidagicha nomlanadilar: - PROM (Programmable ROM) – programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – programmirumыe PZU). - EPROM (Erasable PROM) – axborotni o‘chirish va qayta yozish mumkin bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – stiraemoe programmiruemoe PZU); - EEPROM (Electronically EPROM) - axborotni elektron tarzda o‘chirish va yozish mumkin bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida – elektronno-pereprogrammiruemoe PZU); - flesh-xotira.
Korteks yadrolari
ARM turli vazifalar uchun ishlatiladigan yadrolarning bir nechta oilalarini ishlab chiqadi. Masalan, Cortex-Mx va Cortex-Rx asosidagi protsessorlar (bu erda "x" aniq yadro raqamini ko'rsatadigan raqam yoki raqam) o'rnatilgan tizimlarda va hatto marshrutizator yoki printer kabi iste'molchi qurilmalarida qo'llaniladi.

Biz ular haqida batafsil to'xtalmaymiz, chunki bizni birinchi navbatda Cortex-Axe oilasi qiziqtiradi - bunday yadroli chiplar eng samarali qurilmalarda, jumladan smartfonlar, planshetlar va o'yin konsollarida qo'llaniladi. ARM doimiy ravishda Cortex-Ax liniyasining yangi yadrolari ustida ishlamoqda, ammo ushbu maqolani yozish vaqtida smartfonlar quyidagilardan foydalanmoqda:
Raqam qanchalik baland bo'lsa, protsessorning ishlashi shunchalik yuqori bo'ladi va shunga mos ravishda u ishlatiladigan qurilmalar klassi qanchalik qimmat bo'ladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bu qoida har doim ham kuzatilmaydi: masalan, Cortex-A7 yadrolariga asoslangan chiplar Cortex-A8 ga qaraganda yaxshiroq ishlashga ega. Shunga qaramay, agar Cortex-A5 protsessorlari deyarli eskirgan deb hisoblansa va zamonaviy qurilmalarda deyarli ishlatilmasa, Cortex-A15 protsessorlarini flagman kommunikatorlar va planshetlarda topish mumkin. Yaqinda ARM yangi, kuchliroq va ayni paytda energiya tejovchi Cortex-A53 va Cortex-A57 yadrolari ishlab chiqilishini rasman e'lon qildi, ular ARM big.LITTLE texnologiyasidan foydalangan holda bitta chipda birlashtiriladi va uni qo'llab-quvvatlaydi. ARMv8 ko'rsatmalar to'plami ("arxitektura versiyasi"), lekin ular hozirda asosiy iste'molchi qurilmalarida ishlatilmaydi. Cortex yadroli chiplarning aksariyati ko'p yadroli bo'lishi mumkin va to'rt yadroli protsessorlar zamonaviy smartfonlarda mavjud.
Yirik smartfonlar va planshetlar ishlab chiqaruvchilari odatda Qualcomm kabi taniqli chip ishlab chiqaruvchilarning protsessorlaridan yoki allaqachon juda mashhur bo'lgan o'zlarining echimlaridan foydalanadilar (masalan, Samsung va uning Exynos chipsetlari oilasi), lekin eng kichik gadjetlarning texnik xususiyatlari orasida. kompaniyalarda siz ko'pincha "Cortex-A7 @ 1 GHz dagi protsessor ”yoki“ ikki yadroli Cortex-A7 @ 1 GHz ” kabi tavsifni topishingiz mumkin, bu o'rtacha foydalanuvchiga aytmaydi. Bunday yadrolar o'rtasidagi farq nima ekanligini tushunish uchun biz asosiylariga e'tibor qaratamiz.
Cortex-A5 yadrosi eng ko'p byudjet qurilmalari uchun arzon protsessorlarda qo'llaniladi. Bunday qurilmalar faqat cheklangan miqdordagi vazifalarni bajarish va oddiy ilovalarni ishga tushirish uchun mo'ljallangan, ammo ular umuman resurslarni talab qiladigan dasturlar va ayniqsa, o'yinlar uchun mo'ljallanmagan. Cortex-A5 protsessorli gadjetga misol sifatida siz 1,2 gigagertsli takt chastotasiga ega ikkita Cortex-A5 yadrosini o'z ichiga olgan Qualcomm Snapdragon S4 Play MSM8225 chipini olgan Highscreen Blast-ni chaqirishingiz mumkin.
Cortex-A7 protsessorlari Cortex-A5 chiplariga qaraganda kuchliroq va ular ham keng tarqalgan. Ushbu chiplar 28 nanometrli texnologik texnologiya yordamida ishlab chiqariladi va 4 megabaytgacha bo'lgan katta L2 keshiga ega. Cortex-A7 yadrolari asosan byudjetli smartfonlar va iconBIT Mercury Quad kabi arzon o'rta diapazonli qurilmalarda, shuningdek, istisno tariqasida Exynos 5 Octa protsessorli Samsung Galaxy S IV GT-i9500-da - bu chipsetda joylashgan. Cortex-A7 da to'rt yadroli protsessor oddiy vazifalarni bajarishda energiya tejashdan foydalanadi.
Cortex-A8 yadrosi qo'shnilari Cortex-A7 va Cortex-A9 kabi keng tarqalgan emas, lekin u hali ham turli xil boshlang'ich darajadagi gadjetlarda qo'llaniladi. Cortex-A8 dagi chiplarning ish soat tezligi 600 MGts dan 1 gigagertsgacha bo'lishi mumkin, lekin ba'zida ishlab chiqaruvchilar protsessorlarni yuqori chastotalarga overclock qilishadi. Cortex-A8 yadrosining o'ziga xos xususiyati ko'p yadroli konfiguratsiyalarni qo'llab-quvvatlamaslikdir (ya'ni, bu yadrolardagi protsessorlar faqat bitta yadroli bo'lishi mumkin) va ular allaqachon mavjud bo'lgan 65 nanometrli texnologik texnologiya bo'yicha amalga oshiriladi. eskirgan deb hisoblanadi.

Korteks-A9

Bir necha yil oldin Cortex-A9 yadrolari yuqori darajadagi yechim hisoblangan va Nvidia Tegra 2 va Texas Instruments OMAP4 kabi an'anaviy bir yadroli va yanada kuchli ikki yadroli chiplarda ishlatilgan. Hozirgi vaqtda 40 nanometrli texnologik texnologiya bo'yicha ishlab chiqarilgan Cortex-A9 protsessorlari mashhurligini yo'qotmaydi va o'rta segmentning ko'plab smartfonlarida qo'llaniladi. Bunday protsessorlarning ish chastotasi 1 dan 2 gigagertsgacha va undan ko'p bo'lishi mumkin, lekin odatda u 1,2-1,5 GGts bilan chegaralanadi.
2013-yil iyun oyida ARM yangi 28nm texnologik texnologiyaga asoslangan va o‘rta darajadagi smartfonlarda Cortex-A9 yadrolarini almashtirishga mo‘ljallangan Cortex-A12 yadrosini rasman taqdim etdi. Ishlab chiqaruvchi Cortex-A9 ga nisbatan unumdorlikni 40% ga oshirishni va'da qilmoqda va bundan tashqari, Cortex-A12 yadrolari energiya tejovchi Cortex-A7 bilan bir qatorda ARM big.LITTLE arxitekturasida yuqori unumdorlar sifatida ishtirok etishi mumkin. , bu ishlab chiqaruvchilarga arzon narxlardagi sakkiz yadroli chiplarni yaratish imkonini beradi. To'g'ri, ushbu maqolani yozish paytida bularning barchasi faqat rejalarda va Cortex-A12-da chiplarni ommaviy ishlab chiqarish hali yo'lga qo'yilmagan, garchi RockChip kompaniyasi allaqachon to'rt yadroli protsessorni chiqarish niyatini e'lon qilgan. 1,8 gigagertsli chastotali Cortex-A12 da.
2013 yil uchun Cortex-A15 yadrosi va uning hosilalari yuqori darajadagi yechim bo'lib, turli ishlab chiqaruvchilarning flagman kommunikator chiplarida qo'llaniladi. 28nm texnologik texnologiya asosida ishlab chiqarilgan va Cortex-A15 asosidagi yangi protsessorlar orasida Samsung Exynos 5 Octa va Nvidia Tegra 4, shuningdek, bu yadro ko‘pincha boshqa ishlab chiqaruvchilarning modifikatsiyalari uchun platforma vazifasini o‘taydi. Misol uchun, Apple kompaniyasining so'nggi protsessori A6X, Cortex-A15 ning modifikatsiyasi bo'lgan Swift yadrolaridan foydalanadi. Cortex-A15 chiplari 1,5-2,5 gigagertsli chastotada ishlashga qodir va ko'plab uchinchi tomon standartlarini qo'llab-quvvatlash va 1 TB gacha jismoniy xotiraga murojaat qilish qobiliyati bunday protsessorlarni kompyuterlarda ishlatishga imkon beradi (qanday qilib bank Raspberry Pi kartasi o'lchamidagi mini-kompyuterni eslay olmaysizmi).

Cortex-A50 seriyali

2013 yilning birinchi yarmida ARM Cortex-A50 seriyali deb nomlangan chiplarning yangi qatorini taqdim etdi. Ushbu liniyaning yadrolari arxitekturaning yangi versiyasi, ARMv8 bo'yicha bajariladi va yangi ko'rsatmalar to'plamlarini qo'llab-quvvatlaydi, shuningdek, 64 bitli bo'ladi. Yangi bit chuqurligiga o'tish mobil operatsion tizimlar va ilovalarni optimallashtirishni talab qiladi, lekin, albatta, o'n minglab 32 bitli ilovalarni qo'llab-quvvatlash qoladi. Apple birinchi bo'lib 64 bitli arxitekturaga o'tdi. Kompaniyaning iPhone 5S kabi eng yangi qurilmalari aynan shunday Apple A7 ARM protsessorida ishlaydi. Shunisi e'tiborga loyiqki, u Cortex yadrolaridan foydalanmaydi - ular ishlab chiqaruvchining Swift deb nomlangan o'z yadrolari bilan almashtiriladi. 64-bitli protsessorlarga o'tish zaruratining aniq sabablaridan biri bu 4 Gb dan ortiq operativ xotirani qo'llab-quvvatlash va qo'shimcha ravishda hisob-kitoblarda ancha katta raqamlar bilan ishlash qobiliyatidir. Albatta, hozircha bu, birinchi navbatda, serverlar va shaxsiy kompyuterlar uchun dolzarbdir, ammo bir necha yil ichida bozorda bunday hajmdagi operativ xotiraga ega smartfon va planshetlar paydo bo'lsa, biz hayron bo'lmaymiz. Bugungi kunga qadar yangi arxitekturada chiplarni chiqarish rejalari va ular yordamida smartfonlar haqida hech narsa ma'lum emas, ammo Samsung allaqachon e'lon qilganidek, bu flagmanlar 2014 yilda oladigan protsessorlar bo'lishi mumkin.
Seriya Cortex-A9 ning to'g'ridan-to'g'ri vorisi bo'lgan Cortex-A53 yadrosi bilan ochiladi. Cortex-A53-ga asoslangan protsessorlar ishlash jihatidan Cortex-A9-ga asoslangan chiplardan sezilarli darajada ustun turadi, ammo shu bilan birga, kam quvvat sarfi saqlanib qolmoqda. Bunday protsessorlar ham alohida, ham ARM big.LITTLE konfiguratsiyasida ishlatilishi mumkin, ular bitta chipsetda Cortex-A57 protsessori bilan birlashtirilgan.
Ishlash Cortex-A53, Cortex-A57
20 nm texnologik texnologiyaga asoslangan Cortex-A57 protsessorlari yaqin kelajakda eng kuchli ARM protsessorlariga aylanishi kerak. Yangi yadro turli xil ishlash parametrlari bo'yicha o'zidan oldingi Cortex-A15 dan sezilarli darajada ustundir (yuqorida taqqoslashni ko'rishingiz mumkin) va shaxsiy kompyuterlar bozorini jiddiy maqsad qilgan ARM ma'lumotlariga ko'ra, u oddiy kompyuterlar (shu jumladan noutbuklar) uchun foydali yechim bo'ladi. ), nafaqat mobil qurilmalar.