Азіргі заманғы ЭЕМ процессорларының даму сатысы. Қазіргі заманғы дербес компьютерлердің (ДК) процессорларының архитектурасы

Процессор- оның жағымсыз атауы тас деген мағынада. Негізінде, ол дұрыс айтылған, құрамына көптеген логикалық элементі бар, өлшемі үлкен емес кремний кристалы болып табылады. Мұнда бізге керекті барлық есептеуіш операциялар жүргізіледі. Ең алдымен, компъютердің қаншалықты жылдамдықтың жоғары болуы дайындалған INTEL 4004 микрокалькуляторға арналған еді. Осы кезде ең алғашқы компъютер шығарылды. Ол IBM PC негізіндегі INTEL фирмасының микропроцессор арқылы жүзеге асады. Осыдан кейін әр шыққан процессорлар бір-бірінен жылдамдығы, сыртқы келбеті, ішкі құрылымы, архитектурасы әр түрлі болды.

Процессордың жылдамдығы жиіліктік ырғақтылығы арқылы сипатталады, операция жасай алатынын көрсетеді. Бұл шама прецессордың сандық атауында жазылады және ең маңызды жылдамдық сипаты болып саналады. Жаңа процессордың басты мақсаты осы жиіліктік ырғақтылығын жоғарлату. Сонымен қатар, қосымша параметрлер де бар, олар процессордың архитектурасында, оның ішкі құрылымында. Осы параметрлердің бірі КЭШ- жады. Бұл жадыға компъютерлермен ең көп пайдаланылған деректер сақталады. Оперативті жады КЭШ жадыға қарағанда әлдеқайда баяу істейді. Сондықтан біз көбіне КЭШ жадыны пайдаланамыз. Оперативті жады қатты дискте орналасады. Жалпы айтқанда, компъютердегі КЭШ жадының бірнеше түрлері болады. Ішіндегі ең жылдамдығы ең үлкен өлшемі кішкентайы процессордың құрамында орналасады. Бұл бірінші деңгейлік КЭШ- жады. Pentium MMX және Pentium II процессорындағы КЭШ- жадының өлшемі бірдей және екі блоктан тұрады, әрқайсысы 16 кбайттан.

1980- ші жылдардың басында Microsoft корпарациясының президенті Билл Гейтс былай деген: «Менің ойымша, әрбір қолданушыға 640 оперативті жады жеткілікті...» Бірақ қазіргі кезде бізге қажетті оперативті жады 50 есе көп. Ал болашақта бұл сан әлі де өседі.

Процессордың жұмыс істеу алгоритмі.

Толық ұсыныс жасау үшін логикалық сызба орындау бұйрықтарын анықтау, шамаларды анықтау, ал бұл арифметикалық логикалық құрылғы болып табылады. Арифметикалық логикалық құрылғы логикалық сызба деңгейінде логикалық элементтерден, суматор, триггер және де кейбір басқа логикалық элемент- қайта қосылатын элементарлық функцияны бейнелейтін электронды сызба. Қайта қосу функциясын ұйымдастыратын кезде шамалары кіру сигналдарына сәйкес, ал шығу сигналдары функция мәні болып табылады. Бар болған 10 логикалық элементтер 10 логикалық функцияларды (жай және күрделі) нақтылайды. Логикалық сызба күрделі функцияның алгебралық логикасын сипаттайды, немесе басқа бір процессордың функциялық блогының (сумматор, дешифратор, регистр, триггер) құрамына кіруі мүмкін.

Триггер- екі тұрақты қалпы бар электрондық сызба, бір бит информацияны сақтау үшін пайдаланылады. Триггер бір тұрақты қалыптан басқа қалыпқа кейбір кіріс сигналдары арқылы өтеді. Триггердің қалпын анықтау үшін 2 кірісі болады: 0 (x0) және 1 (x1). Шығысқа триггердің қалпы беріледі. Компъютерлерде синхронды және синхронды емес триггерлер қолданылады. Синхронды триггер дегеніміз- ол тек V синхрон сигнал берілген моментте ғана қалпы өзгеру арқылы жүзеге асады.

Электронды өнеркәсіп кезеңі кезінде көптеген сілкініс пен төңкерістерді басынан өткізді. Сыну түбірі- кремнилі кристалдардың негізіндегі электронды микросызбаларды жасау арқасында транзисторды және интегралды сызбаларды ауыстырған. Уақыт өте келе пайда болған интегралды сызбалар кіші, орташа, үлкен, және ультра үлкен болып бөлінеді. Ең үлкен транзисторды ең кіші кристалдарға орналастыру мүмкіндігі туды. Осыған байланысты ультра үлкен интегралды сызба өлшемдері кіші болғанмен мүмкіндіктері үлкен болды. Сондықтан, процессорлар УҮИС негізінде жасалды.

Микропроцессор- электронды есептеуіш машинаның құрамына кіретін өзіндік құрылғы, осы үрдісті басқаратын және информацияны жаңартуды жүзеге асырады. Бір немесе бірнеше үлкен интегралды сызба арқылы орындалатын жалпы алғанда микропроцессордың құрамына АЛҚ, басқару блогы, синхронизация, регистр және басқа да блоктар кіреді. Есептеуіш үрдісті орындау үшін қажет блоктар. Микропроцессор ҮИС ретінде интегралдықтың дәрежесінде сипатталады, пайдаланылған қуаттың шамасы, бірқалыптылығы, активті шығыстардың бар болуы (берілген микропроцессорге қосылуын анықтайтын және т.б ҮИС) дайындау технологиясы, сыртқы қабы, техникалық сипаттамасы, механикалық және климатикалық, сонымен қатар радиациялық әсерлерге тұрақтылығы. Есептеу құрылғысы ретінде микропроцессордың сипаттамалары ретінде өнімділігі, информацияны өңдеу жылдамдығы және командаларды орындау, жылдамдығын үдету мүмкіндігі, командалардың саны, ішкі регистордың саны, тоқтату режимінде ондық кодтарды өңдеумен қамтамасыз етеді, адрестік жадымен, жадыға тікелей байланыс каналымен, кіріс және шығыс сигналдарының түрлерімен сандарын, програмдық қамтамасыз етумен, басқару әдістерімен сипатталады. Есептеуіш техниканың көмегімен әр түрлі есептерді есептеу кезінде пайдаланатын микропроцессорлар әмбебап (универсалды) микропрцессор деп аталады. Қандай да бір есептеуіш құрылғыны құрастыру кезінде пайдаланылатын микропроцессорды мамандандырылған деп аталады. Мысалы, күнделікті қолымызда ұстайтын калькулятордағы микропроцессорлар. Басқару әдістеріне қарай 2-ге бөлінеді: сызбалық микропроцессорлар және микропрограммалық басқару. Сызбалық басқаруы бар микропроцессорда жылдамдығы жоғары, бірақ олардың жұмысы командалар санымен және электрлік сызбалармен сәйкес көп күрделі жағдайлар туындайды. Микропрограммалық басқару кезіндегі функционалды микропроцессорлар микрокоманданың тізімімен жұмыс істейді. Командалардың құрамы мен орындалу уақытын оператор тағайындайды. Мұндай микропроцессорлар салыстырмалы түрде жылдамдығы баяу болады, бірақ олар әмбебап болып табылады. Олар бір программадан екінші программаға оңай бейімделіп кетеді. Құрылымына қарай микропроцессорлар: секциондық (көп жағдайда, микропрограммалық басқару), және біркристалды (тұрақты командалар жинағы) секциондық микропроцессорлардың разрядпен көлемін ұлғайтумен қатар өзінің функционалды мүмкіндіктерін де ұлғайтады. Ол секциондық микропроцессордың ҮИС- дан алынуына байланысты. Үлкен интегралды сызбадан алынған әрбір секционды микропроцессорлар басқа үлкен интегралды сызбалармен бірігу қабілеті болады. Осы кезде, әр түрлі функционалдық құрылғылар жасалады. Секциондық микропроцессорге көп жағдайда тұрақты есте сақтау құрылғысы бар үлкен интегралды сызбалар қосылады. Осындай типті процессордың құрамында АЛҚ секциясы, регистр блогы, кіру мультиплексорлар, шығу регистрлары және регистр- аккумулятор, дешифратор жұмысты басқару микрокомандалардың дешифратордан шыққан сигнал микропроцессорлық секцияға бару арқылы жүзеге асады.

Процессорды үзу

Процессорлы жүйе жұмысы кезінде ерекше жағдайлар пайда болуы мүмкін. Ағымды программалау кезінде және осы ерекше жағдайға өткен кезде процессор жұмысын үзу мәжбүр болады. Ағымды программалау үзілуінің себептері:

- сыртқы сигнал құрылғысы;

- аномальді жағдай;

- үзу командасында орналасқан программа.

Осы себептердің 1-сі аппаратты үзу, ал қалған екеуі программалы үзуге