Kafedrasi kompyuter arxitekturasi moduli bo‘yicha

24-Ma’ruza. Xotirali protsessorlarni ishlatganda operatsiyalarni bajarishda ish hajmini baholash usullarini
Reja:
1. Xotira qurilmasi 
2. Operatsiyalarni bajarishda ish hajmini baholash usullari
Tayanch iboralar: xotira qurilmasi, BIOS, RAM , SMP, UMA.
Xotira qurilmasi - elektron hisoblash mashinasi (EHM), raqamli hisoblash mashinasi (RHM) va kompyuterlarning axborotlarni qayd qilish, saqlash va operator izlaganda "qaytarib berish" uchun moʻljallangan qismi. Asosan integral mikrosxemalardan iborat. Xotira qurilmasi, asosan, o’ta operativ, operativ va tashqi qurilmalardan iborat bo’ladi. Axborotlarni izlash usuliga ko’ra, adresli (har bir xotira uyasiga zarur raqam qo’yiladi va axborot aniq bir adres bo’yicha izlanadi) hamda assotsiativ (axborotlar alomatlar yigindisi bo’yicha izlanadi) Xotira qurilmasi farqlanadi. Xotira qurilmasining axborotlar o’chmaydigan (diod matritsalar, perfolentalar va boshqalardagi axborotlar) va o’chadigan (magnit eltuvchilar, ferromagnit o’zaklar va boshqalardagi axborotlar) turlari bor. Xotira qurilmasining asosiy ish ko’rsatkichi birligi bit yoki bayt (8 bit) da olchanadigan sigʻim, yaʼni bir vaqtda Xotira qurilmasida joylashishi mumkin bo’lgan belgilar soni. Inson miyasi eng mukammal Xotira qurilmasi hisoblanadi. Unda (10—15)109 ga yaqin asab hujayrasi (uyasi) — neytronlar mavjud boʻlib, ularning har biri xotira hujayrasi (uyasi)ni tashkil qiladi. Kompyuterning "miyasi" — mikroprotsessor maʼlumot yoki dasturlarni aynan xotiradan oladi va natijalarni unga qayd qiladi. Kompyuter diskdan maʼlumotlarni "o’qib", maxsus qismida saqlaydi va ish jarayonida undan bevosita foydalanib turadi. Ana shu maxsus qurilma operativ xotira deb ataladi. Kompyuterning imkoniyatlari operativ xotira sig’imiga bog’liq. Kompyuterda operativ xotira 1 Mbayt yoki undan kichik bo’lsa, u faqat MS DOS OT muhitida, agar 4 Mbayt bo’lsa, MS DOS OT, Windows 3.1 muhitida, 32 Mbayt va undan katta bo’lsa, lokal tarmoqlar (internet, elektron pochta — Email) da ishlashi mumkin. Ko’pchilik kompyuterlarda operativ xotira orasiga qo’shimcha KES hxotira o’rnatiladi. Ko’p ishlatiladigan ma’lumotlar ana shu xotiraga qayd qilinadi. IBM PC kompyuterida yana xotiraning BIOS (doimiy xotira) va CMOS (yarim doimiy xotira) turlari mavjud. Ularda kompyuter qurilmalarini tekshirish dasturlari, operatsion tizimni yuklash va kompyuter qurilmalariga xizmat ko’rsatish vazifalarini bajarish dasturlari saqlanadi. Elektron texnikasining rivojlanishi, bionika yutuqlaridan samarali foydalanish tufayli sig’imi inson miyasi sig’imiga yaqinlashib qoladigan xotira qurilmasi yaratishga muvaffaq bo’lindi. Xotiraning asosiy talabi - alohida so'zlarga qisqacha kirish vaqti. Umuman olganda, so'zlar bo'yicha operatsiyalarni bajarish uchun zarur bo'lgan vaqtdan, o'ta og'ir holatlarda, unga mos keladigan vaqtdan ancha qisqa bo'lishi kerak. Xarakterli kirish vaqti operatsiyalarni bajarish vaqtidan sezilarli darajada qisqartiriladigan xotiraning bir qismi tez deb nomlanadi, qolganlari sekinlashadi. Katta qismi adreslanadigan xotirani tashkil qiladi, kichikroq qismi esa manzilsiz hisoblanadi. Manzilning xotirasida har bir so'zda manzil mavjud. Xotiraning bu qismi foydalanuvchi uchun mavjud. U bilan ishlashingiz uchun siz ikkala ma'lumotni yozishingiz va o'qishingiz mumkin. U shuningdek, tasodifiy erkin xotira (RAM) deb nomlanadi va tegishli texnik qurilmalar tasodifiy erkin xotira (RAM) deb ataladi.
Hech narsa doimiy xotiraga yozilmaydi, lekin bundan oldin yozib olingan ma'lumotlarni bir necha bor o'qib chiqish mumkin. Odatda, kompyuterni ishga tushirish buyruqlar, turli foydali dasturlar, va hokazolarni saqlaydi. Keling, birgalikda va tarqatilgan xotirasi bo'lgan kompyuterlarning xususiyatlarini muhokama qilamiz. Yuqorida aytib o'tganimizdek, har ikkala sinf ham o'zlarining afzalliklariga ega, biroq ularning zaifliklarini darhol o'zlarining kamchiliklariga aylantiradi. Parallel dasturlarni birgalikda ishlatiladigan xotira kompyuterlari uchun yaratish oson, biroq ularning maksimal ishlashi juda kam sonli protsessorlar tomonidan cheklangan. Va tarqatilgan xotira bilan jihozlangan kompyuterlar uchun buning aksi rost. Bu ikki sinfning mahsullarini birlashtirish mumkinmi? Mumkin bo'lgan yo'nalish - NUMA (Yagona xotiraga ega bo'lmagan) arxitekturasi bilan jihozlangan kompyuterlarning dizayni. Umumiy xotirasi bo'lgan kompyuterlar uchun parallel dasturlarni yozishni nima uchun osonlashtiradi? Bitta manzillar maydoni bo'lgani uchun va foydalanuvchining ma'lumotlar almashinuviga ma'lumotlar almashinishini tashkil qilishning hojati yo'q. Agar foydalanuvchi dasturlarining kompyuterning barcha kommuttal jismoniy xotirasini bitta adreslangan xotira sifatida ko'rish imkonini beradigan mexanizmni yaratadigan bo'lsangiz, hamma narsa juda oson bo'ladi. 1970-yillarning oxirlarida birinchi NUMA kompyuterini yaratgan Cm * tizimini ishlab chiquvchilari bu yo'ldan ketishdi. Ushbu kompyuter interkuster avtobusi orqali bir-biriga ulangan klasterlardan iborat. Har bir klaster bir protsessorni, xotira tekshirgichni, xotira modulini va, ehtimol, mahalliy avtobus orqali bir-biriga ulangan ba'zi I / U asboblarini birlashtiradi (24.3-rasm).

24.3-rasm. Cm* kompyuter tizimining sxemasi
Protsessor o'qish yoki yozish operatsiyalarini bajarishi kerak bo'lsa, u to'g'ri manzilni o'z xotirasi tekshirgichiga yuboradi. Nazoratchi manzilning yuqori darajadagi bitlarini tahlil qiladi, unda qaysi modul kerakli ma'lumotlarning saqlanishini aniqlaydi. Agar manzil mahalliy bo'lsa, talab mahalliy avtobusda joylashtiriladi, aks holda uzoqdan klasterning so'rovi interlustust avtobus orqali yuboriladi. Ushbu rejimda, bitta xotira modulida saqlangan dasturni tizimning har qanday protsessori bajarishi mumkin. Bitta farq - bu bajarilish tezligi. Barcha mahalliy havolalar masofaviy havolalardan ko'ra tezroq qayta ishlanadi. Shuning uchun, dastur saqlanadigan guruhning protsessori uni boshqa har qanday o'lchamdan tezroq tartibga soladi.
Ushbu funksiyadan kompyuter sinfining nomi - yagona xotiraga ega bo'lmagan kompyuterlar keladi. Shu ma'noda, klassik SMP kompyuterlarning har qanday protsessorning har qanday xotira moduliga bir xil kirishini ta'minlaydigan UMA (Uniform Memory Access) me'morchiligi mavjud.
Avval hisoblash tizimlari unumdorligining (quvvatini) taxmniy o’lchov birligi sifatida ikki muhim ko’rsatkich ishlatilar edi: markaziy protsessorning takt chastotasi va operativ xotira hajmi. Ushbu yondashish ko’p bosqichli kesh, konveyer, konveyerni yuklashni yaxshilovchi ajoyib usullar, superskalyarli protsessorlar bo’lmagan hisoblash tizimlarida yomon ishlamagan edi. Lekin kompyuter arxitekturasining keyingi rivojlanishi shuni ko’rsatdiki, kompyuterni quvvatini o’lchash holati juda ham oson ish emas ekan.
Bu e‘tirozlarni adabiyotdan olingan misol orqali namoyish etamiz. 1949-yili ishlab chiqarilgan birinchi avlodning birinchi mashinasi hisoblangan EDSAC takt chastotasi 0,5 MGs, unumdorligi sekundiga 100 arifmetik operatsiyadan iborat bo’lgan. 2002-yili yaratilgan Hewlett-Packard Superdome hisoblash tizimining markaziy protsessorlari 770 MGs chastotada ishlagan, uning unumdorligi sekundiga 192 milliard arifmetik operatsiyani bajarishi orqali baholangan. Ya’ni takt chastotasi ―bor yo’g’i 1540 marta oshgan, shu bilan birga unumdorligi deyarli 2 milliard marta oshgan. ―Qo’shimcha o’sish ni protsessor va boshqa markaziy qurilmalarning ko’rsatkichlarini yaxshilanishi hisobiga ta‘minlangan emas, keng ko’lamda parallellikni tatbiq etish va arxitekturaviy yechimlar hisobiga, matematik va algoritmik usullarni, shuningdek tegishli dasturiy ta‘minotning rivojlanishi hisobiga erishilgan albatta.
Diqqat va e‘tibor bilan qilingan tahlil shuni ko’rsatadiki, hisoblash tizimining unumdorligi ko’pchilik omillarga bog’liq:

• 
  kompyuterning shinalar tizimining razryadligi va tezlik ko’rsatkichlariga;
  
• 
  tashqi xotira qurilmalarining sig’imi va tezlik ko’rsatkichlariga;
  
• 
  hisoblash tizimining tarkibiga kirgan protsessorlar o’rtasidagi almashuvni ta‘minlovchi qurilmalarga;
  
• 
  ishlatiladigan operatsion tizim imkoniyatlariga, uning qurilmalar imkoniyatlarini ―boshqara olish mahorati‖ va ayniqsa, markaziy protsessorlarni parallel ishlashini tashkillashtira olishiga;
  
• 
  translyatorlarni dasturning mashina kodini parallel muhitda ishlashiga tayyorlay olishiga–bir necha bloklarda, konveyerlarda, protsessorlarda va boshqalarda;
  
• 
  ishlatiladigan dasturlash tillaridagi dasturlarni parallel bajarilish imkoniyatlarini tashkillashtirilish imkoniyati;
  
• 
  tatbiq etilayotgan matematik usul va algoritmlarni quvvati, yani masalani hal qilish uchun tanlangan parallellashtirish usuli qanchalik muvaffaqiyatli tanlangaligi;
  
• 
  mavjud apparat vositalarini tanlangan parallellashtirish usuliga moslik darajasi;