Ші дәріс. Тақырыбы: Процессорлар моделдері. Интерфейстік шиналар және жадыны ұйымдастыру
1945 жылы Джордж фон Нейман дербес компьютердің архитектурасын ұсынды. Мұндай архитектурасы бар компьютердің құрамына басқару блогы, арифметико-логикалық құрылғы (АЛҚ), жады және енгізу шығару құрылғысы кірді. 50 жыл бұрын ойлап табылған осы архитектураға қазіргі заманғы дербес копьютерлердің барлығы негізделген. Процессор бұл архитектурада АЛҚ және басқару блогының функцияларын орындап, жадыдан бұйрықтарды таңдайды да, оларды кезегімен орындап нәтижелерін қайтадан жадыға жазады. Мұндай компьютерлерде барлық құрылғылар бір бірімен жүйелік шина арқылы байланысады.
Компьютердің миы - процессор – жүйелік шинаға қосылған және компьютердің жадындағы программаны орындайды. Программа бұйрықтар тізбегінен құрылған. Әрбір бұйрық әртүрлі өлшемге ие және орындауға қажетті ақпаратты ғана емес, сонымен қатар өңдеуге қажетті ақпаратты да қамтиды. Барлық компьютерлер екілік мәліметтермен жұмыс жасайтындықтан (бір және ноль), бұйрықтар мен мәліметтер екілік кодпен теріледі. Мысалы: х86 процессорларында бұйрық ұзындығы 1 байттан (8 бит) 12 байтқа дейін болуы мүмкін.
Негізгі сипаттамалар
Процессор үлкен көлемді мәліметтерді өңдеу үшін, оған бұйрықтарды бір байттан емес, бірнеше байттан жіберу көзделді. Осылайша процессордың разрядтылығы мен жүйелік шинаның разрядтылығы деген түсінік енгізілді. Егер процессор бір ретте бір байттан қабылдаса, оны сегіз разрядты, ал екі байттан болса он алты разрядты, төрт байт болса отыз екі разрядты деп аталады. Ал соңғы шығарылған процессорлар бірден сегіз байт қабылдай алады, оларды алпыс төрт разрядты деп атайды. Сонымен, неғұрлым процессордың разрядтылығы үлкен болған сайын, соғұрлым ол көп ақпаратты бір уақыт периодында қабылдап және өңдей алады.
Микропроцессор
Алғашқы сериялық микропроцессор Intel 4004 1971жылы жарық көрді. Онда сөз ұзындығы тек қана 4 бит, мәліметтерге арналған мекен —жайлық шина да 4 бит болды, ал бұйрықтар мекен —жайлық шинасы мультиплексирлену арқылы 12 битке дейін үлкейтілді. Микропроцессорде 2300 транзистор бар, 108 кГц жиілікте Intel 4004 секундына 60 мың операция орындауға мүмкіндігі жететін.
Соңғы 35 жыл ішінде микропроцессорлар разряды біртіндеп жоғарылап 64 разрядқа жетті. Жылдам орындайтын кэш-жады пайда болып, транзисторлардың жалпы саны 1 млрд, жиілігі 4 ГГц болды.
Кейбір жоғарғы деңгейдегі микропроцессор модельдерін жасау үшін үлкен мерзім қажет.
Қарапайым режімде микpопpоцессор компьютеpдің барлық функцияларын орындай алады. Ал соoпроцессор орындай алатын күрделірек тапсырма кездескен жағдайда, оған мәліметтер мен басқару бұйрықтары жіберіледі, ал орталық процессор нәтижелерді күтеді.
Соoпроцессор
Соoпроцессор - бұл негізгі процессормен бірігіп жұмыс жасайтын арнайы интегралды схема. Әдетте соoпроцессор графикалық немесе математикалық операциялардың спецификалық функцияларын атқару үшін орнатылады. Бұл операцияны соoпроцесссор негізгі процессорға қарағанда бірнеше есе тез жасай алады. Соoпроцессор – бұл қарапайым тым әмбебап емес микропроцессор. Әдетте соoпроцессор нақты анықталған функцияны жүзеге асыру үшін арналған арнайы құрылғы ретінде шығарылады. Кез келген микpопpоцессоp сияқты, соoпроцессор сол принциптермен жұмыс істейді. Ол микpопpоцессоpлық бұйрықтардың тізбектілігі бар программаларды орындайды.
Көбіне PCда қолданылатын соoпроцессорлар, математикалық соoпроцессорлар болып табылады. Математикада олар сандарды бөлу және көбейтуге негізделген. Intel компаниясының айтуы бойынша соoпроцессор бөлу, көбейту сияқты математикалық амалдарды орындау уақытын қысқартады.
Соoпроцессор және негізгі микропроцессор әртүрлі тактілі жиіліктерде жұмыс жасай алады (өздерінің тактілі генераторларынан).
Микропроцессор және соoпроцессор жиіліктерінің қатынасы бүтін санмен өрнектелсе, онда олар ақпаратты бір-біріне оңай жіберіп синхронды жұмыс істейді. Intel соoпроцессорлары келесідей болады: 8087, 80287, 80387, 80387SX.
Бұл соoпроцессорлардың әрқайсысы Intel микропроцессорларының негізгісімен сәйкесінше жұмыс жасау үшін арнайы шығарылған. Бұл әрбір төрт соoпрцессордың өзінің ерекше мінездемелері бар. Intel соoпроцессорлары бірден 80 битті өңдейді.
Қазіргі кезде соoпроцессор-жылдамдатқыштар төмен энергияны қолданатын, нақты функцияны жылдам орындайтын енгізілген жүйелерде қолданылады. Соoпроцессорларды шығаруға арналған нақты шешімдерді Critical Blue (www.criticalblue.com) ағылшын компаниясы ұсынып отыр. Олардың Cascade жобалайтын автоматизирленген құралы соoпроцессорды синтездеуге мүмкіндік береді. Ол Cи немесе C++ тіліндегі программада белгіленген нақты код бөлігін орындау үшін жеңілдетілген.
Қазіргі жаңа заманда компьютердің маңызды бөлігін құрайтын процессор компьютердің ең тез дамитын бөлігі болғандықтан, жыл сайын оның өнімділігі жоғарылауда. Ал процессордың күрделі түрі - микpопpоцессор компьютеpдің барлық функцияларын орындай алады. Микропроцессордың қарапайым, тым әмбебап емес келесі буыны сoопроцессор, графикалық немесе математикалық операциялардың спецификалық функцияларын атқару үшін орнатылған интегралды схема болып табылады. Қорытындылай келе компьютердің негізгі компоненттері, яғни жоғарыда аталған процессорлар мен олардың түрлері жедел қарқынмен дамып, жаңа «ақпарат ғасырында» маңызды орын алуда.