Микропроцессорларды даму тарихы Микропроцессорды лгілері
1959 жылы «Texas Instruments» фирмасыны инженерлері бір жартылай ткізгішті кристаллды ішіне бірнеше транзисторларды орналастыруды жэне оларды зара косуды эдісін деп - бірінші интегралдык микрослба (ИМС) жасады. Жеке транзистор, резисторлардан таы сол сиякты крылылар мен интегралды микрослба функциясын салыстыранда, оны клемі едэуір кіші жэне сенімділігі жоары болып келеді. Шыарылатын микрослбаларды саны артып, крылымы кеейе тсті. Бл жадай ттынушылар шін киындыктар туызды. алашы микропроцессорлар ЭЕМ-ді миниатюризациялау шін пайда болан жок, ол ны арзан логикалы микрослба жасап, оан колданушыны оай бейімдендіру максатын кздеді.
1969 жылы жазда жаа калькулятор деуші жапон компаниясы “Busicom”, “Intel” компаниясынан кмек срады. Сол уаытка Intel фирмасыны рыланына бір жылдай болатын, бірак сол уакыт ішінде е шаын микрослба жадын жасап шыарып, зін танымал еткен еді. «Busicom» фирмасына бірнеше мы транзисторлардан кралан микрослбаларды жасап шыару керек болды. Бірлескен жобаны іске асыру шін Intel фирмасыны инженері М.Хофф жобаа тартылды. Ол «Busicom»-HiH деулерімен танысып жэне 12 крделі мамандандырылан микрослбалар орнына бір бадарламаланатын эмбебап - микропроцессор жасайтын талаулы идеяны сынды.М. Хофф жобасы жеді жэне «Intel» фирмасы элемдегі бірінші микропроцессорды (МП) ндіріп, шыару ммкіндігіне ие болды.
Идеяны тэжірибелік трде іске асыру оай іс болмады. 1970 жылы жмыса Ф. Фаджин косылды, ол 9 ай ішінде процессорды сипаттамалык жазба трінен кристалл тріне дейін жеткізді 1971 жылды 15-ші карашасында «Intel 4004» - деп аталатын жаа процессор коама таныстырылды.
Калькулятора бір цифрды сактау шін 4 бит кажет болса (мнша колем «8» жне «9» онды цифрларды суреті шін керек), «Intel 4004» тртінші разрядты процессор болды. Келесі микропроцессор терминала орнату шін жасалды жэне ол символды мліметтерді деуі керек еді. рбір символ бір байтпен кодталандытан, «Intel 8008»-ші келесі моделі 8-разрядты болды. Ол 1982 жылды суірінде пайда болды. Бл процессор «аппараттык логиканы» алмастырушы ана болды, дегенмен, кейбір крастырушылар оны компьютер крастыруа пайдалануа тырысты. Мндай істі нтижесінен грі демонстрациялык сипаты жоары болды, бірак ол микрокомпьютерлік ткерісті бастамасы саналды.
1974 жылды суірінде «Intel» фирмасы жаа серпіліс жасап, элемдегі «Intel 8080»-ші маркалы бірінші процессор дниеге келді. Бл процессор бір жаынан 8-разрядты мліметтерді дейтін болса, жедел жадты адресі екі байтты болды. Сайып келгенде, «Intel 8080» процессор 64 килобайта дейін жадты иемдене алды. Бл жадай бадарламашылар шін ол жеткізбейтін табыс еді.
Кейінгі окиаларды дамуы динамикалык дамушы есептеуіш техниканы екпіндерімен салыстыранда те жылдам жылдамдыта рбіді. Он жылдыкта МП-ді дамуы 4-разрядтыдан крделі 32-разрядты архитектураа жетті. Тртінші рпакты микропроцессор базасында жинаан барлык ЭЕМ-і каркынды дами бастады.
Алашкы «4004» МП-ы 2200, «8080» МП - 4800, «Intel 80486» 1,2 млн. транзистордан кралан, ал казіргі «Pentium» - 3 млн. Шамасындаы транзистордан трады.
Микропроцессорларды даму тарихы з алдына жеке, кызыкты таырып. «Intel» фирмасы микросхемаларды жасауда зіні кшбасшылык позициясын сатап келеді. (16-разрядты 8086, 80286 жэне 32-разрядты 80386, 80486, Pentium) МП- біртіндеп крделеніп келген оны бадарламалы сэйкесті буыны олданушы компьютерлерді кптеген блігіні «миы» болып табылады.
Микропроцессорлы келесі тармаын «Motorola» фирмасы крастырады. Оны німі «Арр1е»-ды белгілі компьютерлерінде жмыс істейді, сонымен бірге карапайым - «Atari», «Commador», «Amiga» таы баскалары да колданады. 1993 жылы Motorola фирмасы IBM жэне Apple фирмасы бірігіп «PowerPC» атты жаа процессорын жасады. IBM жэне Apple компьютсрлері осы процессормен камтамасыз етіліп, жмыс жасау каидалары згерді. Ке таралан ІВМ-сйкесті компьютерлер осы микропроцессорлар базасында крылан.
Процессорларды соы лгілеріні ерекше белгісі-казіргі ЭЕМ- дерді кп есепті дегейінде жмыс жасауы. RISC архитектуралы МП дамып келеді.
Микропроцесфункциялары Процессор мен негізгі жадты арасында апарат алмасу
Микропроцессорларды дербес компьютерлер дамуындаы орны
Микропроцессор (МП) дербес компьютерді (алдаы уакытта ДК) негізі болып табылады/Техниканы жэне микропроцессорлар технологиясыныдамуыДКбуындарыныалмасуыменаныталады. Бірінші буын (1975-1985 жж.) - 8 разрядты МП базасында; екінші буын (1981-1985 жж.)-16 разрядты МП базасында; шінші буын (1986-1992 жж.) 32 разрядты МП базасында; тртінші буын (1993ж.-казіргі уаытка дейін) 64-разрядты жэне одан жоары 256, 512-разрядты МП базасында жасаталан.
ДК дамуында IBM корпорациясы 1981 жылы Intel 8086 микропроцессор базасында шыаран IBM компьютеріні пайда болуы лкен рл аткарды. Бл дербес компьютерлер нарыында жетекші орынды иемденді. Оны негізгі артыкшылыы - «ашык архитектура», соны аркасында колданушылар эртрлі шеткері крылыларды коса жэне компьютерді ажеттілікке карай жаырта алады. Баскаша айтса, ДК ммкіндігін кеейте алады. Кейін баска фирмалар да IBM PC негізінде з компьютерлерін жасай бастады. Сйтіп, IBM PC компьютері ДК класыны стандартына айналды. азіргі кндерде сатылатын барлы ДК-ні 85%-ке жуыы IBM PC архитектурасына негізделген.
Дербес компьютерлер зіні микропроцессорларыны параметрлері бойынша блінуі тмендегі кестеде крсетіледі.
Болашата элементтік базасы ретінде оптоэлектроника пайдаланылатын машиналарды интеллектуалды ммкіндіктерді жетілдіруі, оан ажетті бадарламалы жасатамаларды пайда болуы ктілуде. Жасанды интеллекті жйелеріне, білім орына, эксперттік жйелерге негізделген жаа апаратты технология ру кзделіп отыр. Сонымен атар, азіргі кезде желілік технология аясын кеейту кезек кттірмейтін мселеге айналды.
М и к р о п р о ц е с с о р . Микропроцессор (МП) рамына:
- орталы басару ралы;
- арифметико – логикалы рылы;
- ішкі регистрлік жады;
- кэш – жады
- жйелік шинаны басару сызбалары, т.б.
кіреді.
МП-ды негізгі атаратын функциялары:
- оперативті жадыдан командалар алу;
- командаларды декодтау (яни команданы маынасын анытау, орындалу дісін, операциялар адрестерін анытау);
- командалар рамында кодталан операцияларды анытау;
- зіні ішкі регистрлері, оперативті жад мен С, МП мен оперативті жад арасындаы апараттар алмасу рдістерін басару;
- ішкі процессорлы жне программалы зілістерді деу;
- С – дан берілген сигналдарды деу жне сйкес зілістерді жзеге асыру;
- компьютер рамына кіретін ртрлі рылылар жмысын басару.
Адрестеу дістері
МП адресті кеістігі акпаратты алатын немесе жіберетін ЖЕС- ны жад яларыны жиынынан трады. Жоарыда айтыландай, 4-ші буыннан бастап жадыны байттык йымдастыру стем алып, минималдык адрестік бірлік болып байт саналады. Мысалы, 1024 Кб клемді ЖЕС шін байттар адресі келесідей:
00000 00001 ... FFFFF
(оларды он алтылык жйеде жазамыз; соы байты адресі: 1024*1024 -1=1 048 576 - 1 = FFFFF).
Процессор жадымен акпарат алмасуда оларды нмірлері бойынша ЖЕС- яшыктарына катынасады. Егер адрес командада болса, онда ол тікелей адрестеу болтаны. Мндай жадайда команда зындыы сетін боландыктан, процессор ЖЕС-на атынасу шін жанама адрестеу дісі колданылады. Жад адресі МП регистрларыны біріне алдын ала енгізіліп, командада осы регистра сілтеме болады. Регистрге адресті сатауда оны эрі карай трлендіруге де ыайлы болады.
Бастапы апарата ке тараан сілтеме нскаларыны сипаттамасы:
1)Мліметтер МП регистрлеріні бірінде орналасады;
2)Мліметтер команда крамына енеді немесе рекет кодыны соында орналасады;
3)МП регистрлеріні адресі бар ЖЕС- яшыында мліметтер болады;
4)Мліметтер ЖЕС яшыында орналасады, оны адресі келесідей формуламен есептеледі:
адрес=базалы адрес+ыысу
Базалы адрес МП регистріні бірінде саталады жэне мэліметтер массивіні бастапкы нктесі болып табылады. Баса регистрлерді мазмны болатын белгілі бір тракты ыысу болуы ммкін.
ЖЕС-ка мндай катынасу дісі индекстік деп аталады, себебі индексі болмайынша бір лшемді массив элементтерін табуа сас болып келеді.
МП- наты модельдерінде ЖЕС адрестеуді кейбір ерекшеліктері болады. Мысалы, PDP процессорларында екілік жанама адрестеу болуы ммкін. Мэліметтер адресі ЖЕС- яшыында сакталады, ал оны адресі крсетілген регистрда болады.
«Intel» фирмасыны процессорында кабылданан сегменттік дісті карастырайы. Белгілі американдык бадарламалаушы Питер Нортон бл дісті «клудж» сзі деп атады. («Клудж» аылшын тілінен аударанда мселені уаытша шешуге арналан крал- сайман). Адрестеуді сегменттік дісі алашкы 16-разрядты 8086 МП сынылды. 16-разрядты регистрді олдана отырып, 20-разрядты адрес алу шін жэне сол арылы ЖЕС клемін 64 кбайттан ІМбайта дейін е лкен ммкіндігін жоарылату кзделді. ЖЕС адресі екі санны косындысы сиякты есептеледі. Соны біреуі сола 4 екілік разрядка ыыскан немесе 16-а кбейтілген. Мысалы, 16- трдегі сегмент А000 те болса, ыгысу 1000 болады. Мндай адрестеуді жалпылама жазбасы мынадай трде болады: А000/1000. Нтижесіндегі адрес:
Сегменттік адрестеуде ЖЕС- адресі сандарды бірнеше комбинациясы трінде беріледі.
Стек термині «stack» атты агылшын сзінеи шыан. Стек - бл стек крсеткіші олданылатын тізбектегі эдістен апарат саналатын немесе жазылатын адрестеуді анысыз дісі. Стекте акпаратты бір кірісі бір шыысы болады. Оны адресін сактау шін стек крсеткіші кажет
1. Командалар жйесі
Процессор орындай алатын командалар жйесі: машиналык команда операциялы жэне адрестік бліктерден трады. Операциялык команда мліметтермен жасалатын эрекеттерді крсетеді, ал адрестік команда ол мліметтерді айдан алу керектігін жэне нэтижені кайда орналастыру кажеттігін крсетеді. «Е97» командаларыны рылымы-команданы рбіреуі 4 биттен болатын 4 бліктен ралады: МОД модификатор, КОП операция коды жне 2 ОП1 жне ОП2 операнда. Операндтар мен КОП масаты алдындаы тарауда крсетілген. МОД арастыратын болса, команданы жзеге асу нсаларын крсетеді. Мысалы, байтты немесе сзді адрестеу, т.с.с.
Е арапайым команда форматы операция жо (коды 0) жне тотау (коды F),мндай командаларда КОП атысан, алан 12 битті мні жо. Коды 0 мен В интервалындаы командалар екі адресті болып табылады. Олар:
1 – тіркеу
2 – осу
3 – алу
4 – салыстыру
6 – блу
7 – логикалы «жне»
8 – «немесе»
9 – «емес»
А – порттан енгізу
В – порттан шыу
Тіркеу дісі келесідей орындалады: ОП1 апарат окылады жне ОП2-ге кшіріледі. Порта енгізу мен шыару осыан сйкес жмыс жасайды. Тек порт нмірі ретінде операндтарды бірі крсетіледі. Барлык баса 2-9 кодты екі адресті командалар мбебап слбамен орындалатын 2 мліметпен рекет етеді. Ол:
ОП2 рекет ОП1 =>ОП2
Мысалы, блу командасында процессор ОП2 алып, оны ОПІ-ге бледі жэне ОП2- алашы мэніні орнына орналасады.
Салыстыру командаларыны аз ана ерекшелігі бар. Оны орындалуы кезінде ОП2-ОП1 айырмасы есептеледі, біра нтиже ешайда саталмайды.
Арифметикалы рекеттер бтін сандармен жзеге асады жэне оларды нтижелері «16-битті табасы бар бтін сан» форматында болады. Блу кезінде бтінні блігі пайда болады. Наты сандармен рекеттер бадарламалы жолмен жзеге асады (сйкес бадарламалар мысалы, бір ТЕС-на орналасуы ммкін).
Енді ту командалары: Олар абсолютті жэне салыстырмалы болады. Осыан сйкес «Е97» процессорінде С жэне D рекет коды бар 2 трлі тулер бар. Оларды форматтары 4.20 в, г суреттерінде крсетілген.
Коды С-а те абсолют туді карайы. Егер процессор бадарламадан екі сзден тратын команда кездестірсе
1C0D
0056,
онда келесі 56 адресті команда орындалады. ту адресі команданы зінен алынады. 1C0D командасында лкен он алтылык сан- модификатор болып табылады жэне ол шартсыз туге сйкес келеді. С-рекет коды. О-олданылмайтын сан. D-крсетілген адрес келесі сзде сакталатындыын крсететін операнд. Ол 1C0D бтін блігін райды.
Коды D-а те салыстырмалы туді карастырайы. Мысал ретінде келесі команданы алайы:
1D06,
Бл команда 42 адресті жадыда сакталан болсын. Процессор жмысыны негізгі алгоритміне сйкес арастыратын команда тадалан сон PC команда адресіні санауышы автоматты трде 44-ке артады. Сонан со ту командасын шифрлеп процессор 06-а ыыскан РС-ді аымдык мазмнына келеді жэне 44+6=4А адресіне туді жзеге асырады. Салыстырмалы ту кезінде нэтиже адресі ЖЕС-а ту командаларыны орналасуына байланысты.
Командаларды соы тобы – ыысу Оларды коды ЕА-ЕС. Оларды барлыы ОП1 кодын ДКОП мэніне байланысты бір разряда сола немесе оа ыыстырады. Сола ыысу кбейтуге, ал оа ыысу 2-ге блуге сйкес келеді. ЕС командасы арифметикалы ыысу деп аталады, ол ЕВ карапайым ыысуына араанда лкен табалык разряд арифметикалык ыгысу кезінде зіні мэнін сатап калады.
8.Микропроцессорларды ішкі рылымы
Микропроцессорды негізгі функцияларына:
•жедел жад командаларын іріктеу;
• командаларды декодтау (яни, команданы орындалуын аныктау, оны олдану дісін жэне операндтар адрестерін аныктау);
•командаларда кодталан операцияларды орындау;
•жедел жад жэне сырткы рылылар, ішкі регистрлерді арасындаы мліметтерді жіберілуін баскару;
•ішкі процессорлык жэне бадарламалык зулерді деу;
•сырты рылылар сигналдарын деу жэне тиісті зулерді іске асыру;
•компьютерді рамына кіретін р трлі крылыларды басару.
Микропроцессорларды ішкі крылымы («Pentium» ш миллион транзисторлардан трады) те крделі. Негізгі кызметтік тйіндерді жалпы слбасын карастырса, крделі суреттік крініс пайда болады. МП-ді сонымен бірге ішкі крылылары оны маркасына байланысты ртрлі болады. Бір процессорды рылымы баска процессорды жмысын тсінуге кмектеспеуі ммкін.
азіргі ЭЕМ-ді процессорларыны инженерлік блшектерін зерттеу (жэне тіпті бадарламалаушы шін) колданушы шін тиімсіз жэне тек бадарламаа кажетті кызметтік тйіндермен ана шектелуге болады.
Бадарламалаушы шін процессор кейбір жйелік ережелерге сйкес делетін жэне белгілі-бір зара байланыскан эртрлі максаттаы регистрлар жиынынан кралады. рине, бадарламалаушы шін процессордыц ішкі жадты барлыы ол жетімсіз болады.
Микропроцессорды ішкі регистрларыны келесі басты боліктерін карастырайык: командаларды адресіні санауышы, степ крсеткіші жне кй регистрі. Команда адресіні санауышыны болуы тіпті Фон Нейман жмыстарында сынылан.
Санауышты бадарлама командаларыны келесі адресін сатауда жэне оны автоматты есептеуде рлі зор. ЭЕМ-да багдарламалык санауышты кмегімен бадарлама командаларыны орналасу тізбегін колдануды негізгі циклі жзеге асырады. Ескеретін жайт, барлы МП-де команда санауышы бадарлама аркылы ол жетімсіз болады.
Степ крсеткішінде степ жадында арнайы йымдастырылан блікті бастамасы сакталады.
Процессорды кй регистрі. ртрлі МП шін кй регистрі трліше аталуы ммкін. (Мысалы, процессорды кй сзі, жалауша регистрі таы сол сияты). Бірак оны мазмны бір болып кала береді. Бл регистрде процессорды аымды режимі туралы акпарат сакталады. Мнда сонымен катар орындалушы командалар нтижесі туралы акпарат орналасады. Мысалы, рекет кезінде кате болды ма жо па, нтиже теріс пе, элде 0-ге те бе, таы сол сиякты. Бл маызды регистрде апарат талдауы мен колданылуы биттік трде теді немесе кй регистріні эрбір битіні жеке мэні болады. МП кйіні регистріні мазмнын е алдымен командалык санауыш мнінен кейін бірден сакталады. рбір МП-да сонымен коса, ЖЕС адрестері мен аымдаы делуші мліметтер саталатын жмыс регистрларыны жиыны болады. Аккумуляторда барлык негізгі рекеттер жргізіледі жэне оны нтижелері сакталады.
Регистрлар арасындаы байланыс. Оларды біріндегі апарат екіншісіне беріліп отырады. МП-даы бір регистрдегі акпаратты эркезде екіншісіне аударуа болады.
МП регистріні разрядтылыы ЭЕМ-ні барлык ммкіндіктеріне айтарлытай серін тигізеді. Сондытан «ЭЕМ разрядтылыы» ымын анытап алайык. Оны крамына мыналар кіреді:
-(ш) МП-p регистрларыны ішкі разрядтылыы;
- (п) мліметтер шинасыны разрядтылыы;
- (к) адрес шинасыны разрядтылыы.
