6-Amaliy ish Mavzu: Xotira turlari va xususiyatlari Ishdan maqsad

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 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. 2.1-
rasmda 8-razryadli so‘z uzunligiga ega asosiy xotira tasvirlangan.
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.
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.
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.
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).
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 Kesh-
xotirani 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.
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.
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 SR-ilgak (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).
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.
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:
- 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.
|