-Amaliy ish - Kompyuter tashkil etilishi

6-Amaliy ish
Mavzu: Xotira turlari va xususiyatlari
Ishdan maqsad: Xotira turlari haqida nazariy ma’lumotlarga ega
bo‘lish.
Ularning asosiy va funksional xususiyatlarinio‘rganish.
Nazariy qism
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 – слово) hosil qilinadi.
1, 2, 4 va 8 baytli, ya’ni 8, 16, 32 va 64bitli 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.
2.1-rasmda 8-razryadli so‘z uzunligiga ega asosiy xotira tasvirlangan.
37
Ushbu asosiy xotirada yacheykalar adreslarining qiymati 0000 dan
FFFF gacha o‘zgarishi mumkin. Asosiy xotiraning umumiy hajmi 64 Kbayt
(FFFF – 16 bit, 216=65536 bayt). Hozirda bunday hajmli xotiralar –
o‘rnatiladigan kompyuterlarda, ya’ni kontrollerlarda ishlatilmoqda. Odatda
asosiy xotira adreslari 16-lik sanoq sistemasida ifodalanadi. 2.2-rasmda so‘z
uzunligi 32-razryadga teng bo‘lgan asosiy xotira tasvirlangan. Bunday so‘z
uzunligiga ega xotiralar, Pentium protsessorlari o‘rnatilgan kompyuterlarda
ishlatilmoqda. Ularda yacheykalarning adreslari 0000 0000 dan FFFF FFFF
gacha o‘zgarishi mumkin. Xotiraning umumiy hajmi 4 Gbayt (FFFF FFFF –
32 bit, 232= 4294967296 bayt). So‘z uzunligi 32-razryadli xotiralarda
baytlar o‘ngdan chapga yoki chapdan o‘ngga qarab joylashtirilishi mumkin.
38
2.2-rasmda keltirilgan xotirada Pentium protsessorli kompyuterlardagi kabi,
baytlar o‘ngdan chapga qarab joylashtirilgan. Bu baytlarni teskari tartibda
joylashtirish deb ataladi (rus tilida – обратный порядок следования
байтов). 2.3-rasmda esa baytlar to‘g‘ri tartibda joylashtirilgan xotira
chizmasi keltirilgan. Bu xildagi xotira baytlar to‘g‘ri tartibda joylashtirilgan
xotira deb ataladi (rus tilida – прямой порядок следования байтов) va u
SPARС oilasiga mansub protsessorlarga ega bo‘lgan serverlarda ishlatiladi.
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.
39
Zamonaviy kompyuterlarda asosiy xotiraga murojaat kilishning ikki
xil rejimi mavjud (2.5-rasm):
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 emulyatsiya qilishda ishlatiladi.
2. Himoyalangan rejim – xotira hajmi 1 Mbaytdan ko‘p bo‘lgan
holda , ya’ni bu kompyuterlar Windows operatsion tizimida ishlay
boshlagandan buyon qo‘llanilgan rejim hisoblanadi.
2.5-rasm. Real va himoyalangan rejimlarda asosiy xotiraning
tuzilishi.
40
Real rejimda xotiraga murojaat qilish segmentlarga murojaat qilish orqali,
himoyalangan rejimda esa, sahifalarga murojaat qilish orqali amalga
oshiriladi. Bitta segmentning hajmi – 64 Kbayt, sahifaning hajmi esa
– 4 Kbaytga ega bo‘ladi. Protsessorlar har doim xotiraga nisbatan tez
ishlagan. Protsessorlar ham, xotira ham parallel ravishda takomillashtirilib
kelinmoqda. Konveyerli va superskalyar arxitekturali, unumdorligi juda
katta bo‘lgan protsessorlar ishlab chiqarilmoqda. Xotira qurilmalarini ishlab
chiqaruvchilar esa birinchi galda, uning hajmini oshirishga harakat
qilmoqdalar, tezkorligini emas. Shuning uchun ham protsessorlar va
xotiralarning ishlash tezliklari orasidagi farq yana ham kattalashmoqda.
Tezliklarning bunday farqlari tufayli, protsessor xotiraga unga kerakli so‘zni
o‘qib olish uchun murojaat qilganida, bir nechta mashina sikllarini bekor
o‘tkazib yuborishiga to‘g‘ri kelayapti. Xotira protsessorga nisbatan
qanchalik sekin ishlasa, shunchalik ko‘proq sikllar davomida protsessor uni
kutib turishi kerak bo‘layapti. Bu muammoni hal qilishning bir nechta
yo‘llari mavjud ekan. Shulardan biri, uncha katta bo‘lmagan hajmga ega,
ammo nisbatan ancha tez ishlaydigan, protsessor bilan asosiy xotira orasida
joylashgan xotiradan foydalanish ekan (2.6-rasm). Bunday xotira kesh-xotira
deb ataladi («cacher» – fransuz tilida
«yashirish» degan so‘zni anglatadi). Kesh-xotirada dastur tomonidan ko‘p
ishlatiladigan so‘zlar yoki asosiy xotiraning ma’lum bir qismi saqlanadi.
Asosiy xotiraning bu qismi, o‘sha paytda ishlayotgan dastur tomonidan
ko‘proq foydalanilishi mumkin bo‘lgan qismi bo‘ladi. Bu lokallik tamoili
deb ataladi (rus tilida – принцип локальности).
41
Buyruqlar va ma’lumotlarni qanday saqlanishiga qarab kesh-
xotiraning ikki xili mavjud. Buyruqlar ham, ma’lumotlar ham birgalikda
saqlanadigan kesh-xotira birlashtirilgan kesh-xotira deb ataladi (rus tilida -
объединенная кэш-память).
Buyruqlar alohida, ma’lumotlar alohida saqlanadigan kesh-xotira esa alohida
ajratilgan kesh-xotira deb ataladi (rus tilida – разделенная кэш-память).
Hozirgi kompyuterlarda ko‘proq alohida ajratilgan kesh-xotiradan
foydalanilmoqda Keshxotirani qo‘llashning – bir, ikki va uch sathli
variantlari mavjud. 2.7-rasmda uch sathli kesh-xotiraga ega bo‘lgan tizim
keltirilgan. Birinchi sath kesh-xotirasi (L1) markaziy protsessor ichida
joylashgan bo‘lib, u buyruqlar uchun (L1-I) va ma’lumotlar uchun (L1-D)
mo‘ljallangan odatda 16 dan 64 Kbayt gacha hajmga ega bo‘lgan alohida
ajratilgan kesh-xotiradan iboratdir. Protsessor yonida u bilan bitta blokda
joylashgan ikkinchi sath kesh-xotirasi (L2) esa, 512 Kbayt dan 1 Mbayt
gacha hajmga ega bo‘lishi mumkin bo‘lgan, buyruqlar ham, ma’lumotlar
ham birgalikda saqlanadigan, birlashtirilgan kesh-xotiradan iborat bo‘ladi.
Uchinchi sath kesh-xotirasi protsessor joylashgan plataga o‘rnatilgan bo‘lib,
u bir necha megabayt hajmga ega bo‘lgan statik tezkor xotira qurilmasidan
(TXQ) iborat bo‘ladi (rus tilida – статическое оперативное запоминающее
устройство – ОЗУ).
2.7-rasm. Uch sathi kesh-xotiraga ega tizim.
42
Statik TXQ dinamik TXQ dan ancha tez ishlaydi. Qoida bo‘yicha
birinchi sath kesh-xotirasidagi barcha ma’lumotlar, ikkinchi sath kesh-
xotirasida, ikkinchi sath kesh-xotirasining barcha ma’lumotlari esa, uchinchi
sath kesh-xotirasida ham yozilgan bo‘ladi. Kesh-xotiraning bir necha xillari
mavjud: to‘g‘ridan-to‘g‘ri akslantiriluvchi kesh-xotira (rus tilida – кэш-
память прямого отображения) va assotsativ kesh-xotira. Xotira
modullarini yig‘ish va ularning xillari. Hozirda xotira mikrosxemalari,
odatda 8 ta yoki 16 tali guruhlarga birlashtirilib bitta kichikroq plataga
o‘rnatilgan holda ishlab chiqarilmoqda va sotilmoqda (2.8-rasm). Bunday
platalar xotira modullari deb ataladi.
2.8-rasm. Xotira modullari.
Xotira modullarining quyidagi xillari mavjud: - SIMM (Single Inline
Memory Module) – ulanish nuqtalari bir tomonda joylashtirilgan xotira
modullari
(rus tilida – модуль памяти с односторонним расположением выводов);
- DIMM (Dual Inline Memory Module – ulanish nuqtalari ikki tomonda
joylashtirilgan xotira modullari (rus tilida – модуль памяти с
двухсторонним расположением выводов).
SIMM platalarda bir tomonda joylashtirilgan ulanish nuqtalariga
(kontaktlarga) ega bo‘lib, bunday modullarda bir taktli siklda ma’lumotlarni
uzatish tezligi 32 bitni tashkil qiladi.
43
DIMM platalari esa ikki tomonda joylashgan, har birida 84 tadan, jami 168
ta ulanish nuqtasiga ega. Ushbu xildagi modullarda bir taktli siklda
ma’lumotlarni uzatish tezligi 64 bitni tashkil qiladi, ya’ni avvalgisidan ikki
barobar tezkorroq.
Avvalgi SIMM va DIMM modullari tarkibida, har biri 256 Mbit (32
Mbayt) hajmga ega 8 ta mikrosxema o‘rnatilgan bo‘lar edi. Bitta xotira
modulining umumiy hajmi 256 Mbayt ga teng bo‘lib, 1 Gbayt xotiraga ega
bo‘lish uchun to‘rtta ana shunday modulni asosiy plataga o‘rnatish kerak
bo‘lar edi. Keyinchalik esa hajmi ikki barobor katta bo‘lgan xotira modullari
ham ishlab chiqarila boshlandi.
Raqamli mantiqiy sathda xotiraning tuzilishi va uni tashkil qiluvchi
asosiy qismlari. 2.9 - 2.15 rasmlarda raqamli mantiqiy sathda xotiraning
qanday tuzilganligini va u qanday tashkil tashkil etuvchi asosiy qismlardan
iborat ekanligini ko‘rsatuvchi chizmalar keltirilgan. 2.9-rasmda tasvirlangan
sxema SRilgak (rus tilida – защелка) deb ataladi. U ikkita kirishga ega: S
(Setting – o‘rnatish) va R (Resetting – olib tashlash). Unda doimo bir-biriga
teskari qiymatlarni qabul qiluvchi ikkita chiqish signallari mavjud Q i .
2.9-rasm. SR-ilgak. НЕ-ИЛИ ilgagi 0 holatda (a); НЕ-ИЛИ ilgagi 1
holatda
(б);
НЕ-ИЛИ funksiyasining haqiqat jadvali (в).
44
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
(Random Access Memory – RAM, rus tilida - оперативное запоминающее
устройство – ОЗУ). 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.
45
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, vaqti-vaqti 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:
46
- FPM (Fast Page Mode) – tezkor sahifalar rejimiga ega dinamik xotira (rus
tilida - быстрый постраничный режим);
- EDO (Extended Data Output) – ulanish nuqtalarining imkoniyatlari
kengaytirilgan dinamik xotira – (rus tilida – память с расширенными
возможностями вывода);
- DRAM, SDRAM (Synchronous RAM) – sinxron dinamik TXQlari (rus
tilida – синхронное динамическое ОЗУ);
- DDR (Double Data Rate) – ma’lumotlarni ikki karra tez uzata oluvchi (rus
tilida
– передача данных с двойной скоростью).
Doimiy xotira qurilmalari. Elektr manbai uzilganda ham ma’lumotlarni
saqlay oladigan xotira – doimiy xotira qurilmasi (DXQ) deb ataladi (ROM –
Read-Only Memory, rus tilida – постоянное запоминающее устройство -
ПЗУ). 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 – программирумые ПЗУ).
- EPROM (Erasable PROM) – axborotni o‘chirish va qayta yozish mumkin
bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi (rus tilida –
стираемое программируемое ПЗУ);
- EEPROM (Electronically EPROM) – axborotni elektron tarzda o‘chirish
va yozish mumkin bo‘lgan programmalanadigan doimiy xotira qurilmasi
(rus tilida – электронно-перепрограммируемое ПЗУ); - flesh-xotira.
|