Protsessorlar arxitekturasi

|
Protsessorlar arxitekturasi
|
bet | 2/19 | Sana | 01.06.2024 | Hajmi | 1,58 Mb. | | #258749 |
Bog'liq Abdurazzoqov A Zamonaviy protsessorlar xarakteristikasiProtsessorlar arxitekturasi
Protsessor tezligini aniqlovchi eng muxim ko‘rsatkich. M yegagers (MGs) va gigagers (GGs) larda o‘lchanadi, bir vaqt birligida (sekundda) protses sor bajaradigan sikllar sonini anglatadi. Xozirgi kunda asosan chastotasi 2 dan 3 GGs gacha bo‘lgan protsessorlarga talab ortib bormoqda. «Mur qonuniga» muvofiq (Mur – mikroprotsessor ixtirochilaridan biri, Intel korporatsiyasini raxbari), mikroprotsessorlar chastotasi xar bir yarim yilda kamida ikki baravariga o‘sib boradi. P rotsessorni ishlash tezligi birinchi navbatda, shubxasiz takt chasto tasiga bog‘liq, lekin faqat unga emas. Masalan, bir xil chastotali Pentium 4 i Athlon protsessorlari turlicha tezlikda ishlashi mumkin. Demak, boshqa parametrlar xam tezlikka ta’sir ko‘rsatadi.
Protsessor razryadlari. Agar protsessor takt chastotasini daryoda suvni oqish tezligiga qiyoslansa razryadlarini daryo o‘zani kengligiga qiyoslash mumkin. Ikki barobar katta razryadli protsessor bir vaqt birligida ikki marta ko‘p berilganlarni qayta ishlashga qodir. Albatta, buning uchun maxsus optimallashtirilgan dastur ta’minoti zarur. Xozirgi kunda protsessorlarni juda ko‘pchiligi 32-razryadli (ya’ni 32-bitli). Bu albatta, ochiq nomunosiblikdir, chunki kompyuter tarkibiga kiruvchi ko‘p qurilmalar, shu jumladan shina xam 64 va 128 bit razryadga ega! 64- razryadli protsessorlarga o‘tish uchun operatsion tizimlarni yangi versiyalari zarurdir.
Kesh-xotira o‘lchami. Bu ichki o‘rnatilgan xotiraga ( operativ xotira aloxida modullar ko‘rinishida chiqariladi) protsessor ko‘p uchraydigan berilganlarni joylashtiradi. Birinchi pog‘onadagi kesh-xotira xajmi Intel protsessorlarda asosan 32 kb va AMD protsessorlarini oxirgi modellarida 128 kb gacha. P rotsessorlarni turli modifikatsiyalari asosan ikkinchi pog‘onadagi kesh-xotira xajmi bilan farq qiladi . Intel oilasiga mansub eng katta xajmli Xeop modelida bu ko‘rsatkich 4 Mb, Athlon protsessorlarida esa 1024 kb dan 2 Mb gacha.
Yadro turi va ishlab chiqarish texnologiyasi . Ishlab chiqaruvchilar faqat xar bir avlodda emas, balki bir modifikatsiyani o‘zida yangilik kiritishga xarakat qiladilar. Ko‘p xollarda bu yangi ishlab chiqarish texnologiyasi bilan bog‘liq, ya’ni protses sor «yadrosi» o‘zgarishi bilan. Texnologiya - protsessorni eng kichik elemen tlarini qalinligi bilan aniqlanadi, texnologiya qanchalik «yupqala sh ib» borsa, kristallga shuncha ko‘p tranzistorlar joylashtirish mumkin bo‘ladi. Bundan tashqari , yangi texnologiyaga o‘tish energiya iste’moli va issiqlik ajratishni pasaytirishga yordam beradi, bu esa uni stabil ishlashi uchun juda muximdir. Yangi texnologiyaga o‘tish odatda protsessor «yadrosi» xam o‘zgarishiga olib keladi. Lekin masalan, 2002 yil baxorida Pentium 4 nomi bilan baravariga ikki xil protsessor mavjud bo‘lgan , Tualatin yadrosi asosida yaratilgan eski model va Northwood yadrosidagi yangi model (bunisi Pentium 4 A markasi bilan sotilgan).
Tizimli shina chastotasi. Bu chastota qanchalik katta bo‘lsa, bir vaqt birligida protsessorga shunchalik ko‘p berilganlar tushadi. Tizimli shina chastotasi protsessor chastotasi bilan
«ko‘paytiruv koeffitsiyenti» orqali to‘g‘ri bog‘liq. Masalan , 2,4 GGs li protsessor chastotasi 6 koef fitsiyentga ko‘paytirilgan 400 MGs li tizimli shina chastotasiga teng . Zamonaviy Intel protsessorlarning ko‘pchiligi 400 i 533 MGs li t izimli shina chastotasida ishlaydi (aniqrog‘i, tizimli shina chastotasi bu xollarda 200 va 266 MGs ga teng, lekin protsessorlar, axborotni ona platadan «bir necha oqimda olish» xisobiga, uni oshira oladilar.
Qo‘shimcha imkoniyatlar. Zamonaviy protsessorlar qator eksklyuziv imkoniyatlarga ega bo‘lib
, ular axborotni qayta ishlash tezligiga ta’sir ko‘rsatadi. Ularni qatorida grafika, video va tovush bilan ishlashni optimallashtiruvchi maxsus «multime dia buyruqlarini», ko‘rsatish mumkin . Masalan, Intel protsessorlari SSE va SSE 2 buyruq tizimlari bilan ta’minlangan, AMD protsessorlari esa — shunga o‘xshash 3 DNow buyruq to‘plamlari bilan. Intel ni Pentium 4 dan boshlab yangi protsesso rlaridagi eng qiziq yangiliklardan biri - HyperThreading funksiyasidir, u protsessorga baravariga ikkita berilganlar oqimi bilan ishlashga imkoniyat yaratadi, natijada tezlik 10—20 foizga oshishi mumkin. Protsessorlar soni. Kompyuter samaradorligini faqat katta takt chastotali protsessor tanlash bilan emas, balki tizimga ikkinchi protsessor o‘rnatish orqali keskin oshirish mumkin. To‘g‘ri, bu xolda xam, 64-bitli protsessorlar kabi, bu rejimni ( SMP ) amalga oshirish uchun maxsus dastur ta’minoti kerak. Xozirgi kunda Windows ning
«professional» versiyalari (masalan, Windows XP Professional ) va shuningdek grafika va videoni qayta ishlovchi qator dasturlar ( Adobe Premier , 3D Max va boshqalar) ko‘pprotsessorli rejimdan foydalanishi mumkin . Bundan tashqari ikkita protsessorni o‘rnatish uchun, oddiy tizimli plataga qaraganda bir necha bor qimmatroq turuvchi, maxsus plata zarur . Pentium protsessorlarining qiyosiy tahlili. Pentium protsessorlar ishlab chiqarishning so’nggi davlaridan biri bu PENTIUM davridir. O’zining suzuvchi vergullar bilan ishlashdagi xatoligi bo’lgan bloki bilan mashxur bo’lgan Pentium - Pentium-60 protssesoridir. Superskalyar arxitekturasiga ko’ra ( ikkita konveyerli ) u ikkita mashina instruktsiyasini bir taktda bajara olar edi. Ichki buyruqlar keshiga ichki 8 kilobaytli ma’lumotlar keshi qo’shilgan. O’tishlarni odindan aytish texnologiyasi (branch prediction) qo’shilgan. Ma’lumotlarni qayta ishlashda o’tkazish tezligini oshirish uchun Pentium protsessori ichki kengligi 128 va 256 bitli yo’llardan foydalanadi. Tashqi shina 64 bitga qadar kengaytirilgan. Ko’p protsessorli tizimlarni yaratish uchun vositalar qo’shilgan., jumladan kengaytirilgan dasturlanuvchi uzilishlarning nazoratchisi qo’shilgan. (Advanced Programmable Interrupt Controller, APIC), qo’shimcha chiqishlar va ikki protsessorli tizimlarni yaratish uchun dual qayta ishlovchi maxsus rejim (dual processing).
Taktli chastotasi 133MGTS bo’lgan Pentium modelli protsessorlarda (1997yil) ularga MMX– buyruqli blok kiritilgan. ((MMX - MultiMedia extensions). Soprotsessor bazasida yaratilgan ushbu blok SIMD-texnologiyasi bilan ishlar edi. Bu texnologiya bir jinsli ma’lumotlarning blokini bitta mashina ko’rsatmasiga (instruktsiyasiga) ko’ra qayta ishlar edi.
Ushbu kengaytirishni kiritishdan maqsad bir turdagi butun sonli ma’lumotlardan iborat bo’lgan massivlarni qayta ishlovchi dastur ilovalarning samaradorligini oshirishdir. Bunday ilovalarga misollar: tasvirlarni va tovushlarni qayta ishlash ilovalari, arxivlash va arxivlarni ochish, va boshqalardir. Bu kiritilgan yangiliklar Pentium protsessorining ish unumdorligini odingi protsessorlarga qaraganda anchagina yuqori bo’lishiga olib kedi. Shunga ko’ra odingi protsessorlar tezda o’z o’rnini bu protsessorlarga bo’shatib berishga majbur bo’ldi.
Xozirgi vaqtda bunday protsessorlarning uch xil avlodi yoki oilasi mavjud:
Pentium-Pentium, P6 va NetBurst mikroarxitekturali Pentium IV protsessorlari. Pentium oilasiga oldin aytib o’tilgan Pentium va Pentium MMX protsessorlari ham kiradi.
P6 oilasi 1995 yida Pentium Pro protsessorining paydo bo’lishi bilan boshlandi. Bu ikki oiladagi nomlarning o’xshashligiga qaramasdan ularning ichki arxitekturasi bir - biridan anchagina farq qiladi. Pentium PRO protsessorlaridagi yangi sxemotexnik echimlarni xisobga olmagan xoda uning asosiy arxitektura xususiyatlarini ko’rib o’tamiz. Protsessor uchta konveyerning ishini ta’minlaydi, ya’ni bir taktda uchtagacha bo’lgan buyruqlarni bajara oladi. Buning uchun buyruqlarning oqimini qayta ishlovchi maxsus texnologiyalar qo’llanilgan. Ushbu protsessorlar Kesh xotira bilan ishlashning yangi texnologiyasiga asoslangan. Odatiy ishlatiladigan ichki 8 Kilobaytli birinchi darajali xotiradan tashqari ikkinchi darajali 256 kilobaytli Kesh xotira ham mavjud. Uning bilan aloqa bog’lash uchun maxsus 64 razryadli shina mavjud. Bu shina generatorning chastotasida ishlaydi.
Pentium Pro protsessorining ma’lumotlar shinasi 36 razryadli bo’lib u 64 Gigobaytgacha bo’lgan xotirani adreslashi mumkin.
1997 yida paydo bo’lgan Pentium II protsessori Pentium Pro protsessorining arxitekturasiga MMX-buyruqlar bilan ishlay olish qobiliyatini qo’shdi. Bundan tashqari barcha darajadagi KESH xotiralarningo’lchami ortdi. Birinchi darajapi buyruqlarning kesh xotirasi 16 kilobaytgacha orttiridi. Ikkinchi darajali kesh xotira 1 gigobaytgacha orttiridi va u protsessor chastotasining yarmida ishlay oladigan bo’di.
Protsessorning keyingi ikkita modeli 1998 yida ishlab chiqarilgan, Celeron va II Xeon modellaridir Bu modellar Pentium II ning biri “engil» va nisbatan «og’ir» modifikatsiyalangan turlaridir. Celeron umumfoydalanuvchi tizimlarini yaratish uchun mo’ljallangan. Pentium II Xeon protsessori esa yuqori unumli server tizimlarini yaratish uchun ishlab chiqilgan.
P6 oilasiga kiruvchi oxirgi protsessor-Pentium III 2000 yilda ishlab chi-qilgan. Uning boshqalardan asosiy farqi MMX-buyruqlarining qo’shimcha to’plamlari bilan ishlay olishidir. Bu to’plam buyruqlar asosiy to’plamining SSE kengaytmasi (SSE-Streaming SIMD Extensions) deb ataladi.
Hozirgi vaqtda eng oxirgi 32 razryadli protsessor bu Pentium IV protsessoridir. U mikroarxitekturaning NET BUST deb ataluvchi yangi turining avlodidandir. Bu protsessorning paydo bo’lishi bilan Intel protsesorlarining buyruqlar to’plami yana 144 ta yangi buyruqlarga ko’paydi. Bu buyuvlar asosan suzuvchi vergulli MMX blok uchun, hamda xotirani keshlashni boshqarish uchun ishlatiladi. Bu buyruqlar guruhining shartli nomi SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2).
Mikroarxitektura tushunchasi birinchi marta Intel firmasi tomonidan Pentium Pro protsessorlar oilasiga kiruvchi protsessorlar uchun ishlatilgan. Bu tushunchani kiritishdan asosiy maqsad ushbu davrda mavjud bo’lgan protsessorlar bilan yangi ishlab chiqarilayotgan protsessorlarning pozitsiyasini (tutgan o’rnini ) aniqlash edi. 32 razryadli protsessorlarning tashqi dasturiy modellari (mantiqan) faqat rivojlanish tarafiga o’zgardi, shu bilan birga ularning bajaruvchi (fizik) modellari turli xil ko’rinishda bo’lishi mumkin edi, ya’ni ular butunlay boshqacha bo’lishi mumkin edi.
(Pentium Pro/II/III) protsessorlari sturukturasi
1-rasm
P6 mikroarxitekturasi Intel firmasining Pentium Pro, Pentium II (Xeon), Celeron, Pentium III (Xeon).protsessorlari bilan ishlaydi. Bu mikroarxitektura tavsifi (aniqlanishi) bo’yicha Intel Arxitektura IA-32 arxitekturasi bo’ladi.
Intel protsessorlari CISC protsessorlari guruhiga kiradi. Bu protsessorlarda bitta buyruqni bajarish uchun bittadan bir necha o’nlab takt kerak bo’lishi mumkin edi. Buyruqlarni bunday qayta ishlashda protsessorning ish unumdorligini oshirish uchun faqat mashina taktlari chastotasini orttirish yo’li bilan erishish mumkin edi. Bu xolatda protsessorning ishlash chastotasini oddiy yo’l bilan oshirish xech qanday ma’noga ega emas edi. Chunki chastotani oshirishning ma’lum bir yuqori chegarasi mavjud bo’lib bu chegaradan o’tib bo’lmas edi. Intel loyixachilari i80386 protsessoriga qadar ushbu yo’ldan bordilar. Buyruqni bajarish jarayonida yana bir nozik tomoni bor. Bu xotiradan buyruqni qabul qilib olish amaldir. Bu ko’p vaqt sarf qilinadigan amaldir. Ushbu muammoning qisman echimi kompyuter texnikasi rivojlanishining birinchi bosqichlarida topilgan edi, ya’ni buyruqlarni oldinroq buferga olib qo’yish yo’li bilan. Ushbu g’oyaning va boshqa g’oyalarning rivojlanishi tarzida konveyer paydo bo’ldi. Konveyer– kompyuterning bajaruvchi qismidagi arxitektura darajasidagi maxsus qurilmadir.Konveyerni ishlatish natijasida buyruqni bajarish bir necha stadiyalarga bo’linadi. Har bir stadiya buyruqni qayta ishlash jarayonining ma’lum bir elementar operatsiyasini bajaradi. Intel protsessorlari uchun konveyer usuli birinchi marta i80486 protsessor arxitekturasida qo’llanilgan edi.
Pentium protsessorlarida konveyer arxitekturasi takomillashtirildi va superskalyar nomini oldi. i80486 ning skalyar arxitekturasiga nisbatan (bitta konveyerli) Pentium protsessorlarining birinchi modellari ikkita konveyerga ega edi.
Ideal holatda bunday superskalyar protsessor bitta mashina taktida ikkita buyruqni bajarishi kerak edi. Bosh konveyer to’la funktsiyali edi va shuning uchun u ixtiyoriy hamma mashina buyruqlarini bajara olar edi. Bu konveyer aso-san butun sonli buyuqlar va suzuvchi vergulli faqat bitta buyruqni (FXCH) bajara olar edi. Ikkala konveyerning ichki strukturasi (tuzilishi) xuddi i480486 protsessoriniki kabi buyruqlarni ajratib olishning faqat bitta umumiy blokiga ega edi. Funktsional jihatdan turlicha bo’lgan ikkita konveyerlarning yuqori ish unumdorligini ta’minlash ( bir mashina taktida ikkita buyruqni bajarish uchun) kirish oqimidagi buyruqlarni bir biriga mos keluvchi guruhlarga bo’lish kerak bo’lar edi.
|
| |