Mavzu: Kompyuterlarning raqamli mantiqiy satxi

To‘rtinchi va beshinchi sathlar - dasturchilar uchun ishlab chiqilgan quyi va yuqori sath tillaridan iboratdir. To‘rtinchi sath - turli xil protsessorlar uchun ishlab chiqilgan turli xil assembler tillaridan iborat bo‘ladi. Beshinchi sath esa amaliy dasturchilar uchun modjallangan yuqori sath tillari - C, C++, Java kabi tillardan tashkil topgan bo‘ladi.
Kompyuter tuzilishini ko‘p sathli ko‘rinishda ifodalanishi va sathlarga oid muhokamalarni shu erda to‘xtatib, kompyuter arxitekturasini o‘rganishda muhim hisoblangan ba’zi bir xulosalarni keltirib o‘tamiz. Shunday qilib, hozirgi kompyuterlar bir-nechta sathlarning iyerarxik tuzilishi shaklida loyihalanadi va ishlab chiqariladi. Har bir sath turli xil ob’yektlarning va amallarning ma’lum bir abstraksiyasini, ya’ni ma’lum darajadagi ko‘rinishini ifoda etadi. Kompyuterlar tuzilishini bunday o‘rganish bilan biz, murakkab bo‘lgan jihatlarni tushunish uchun, nisbatan soddaroq ko‘rinishda ifodalash va tushunish imkoniyatiga ega bo‘lamiz.
Yuqorida keltirilgan har bir sathga tegishli bo‘lgan ma’lumotlar, amallar va tavsiflar xillarining to‘plami arxitektura deb ataladi. Arxitektura - kompyuterni qanday dasturlanishi, ishlanishi va ishlatilishi kabi jihatlariga bog‘liq tushuncha hisoblanadi. Masalan, biron-bir dasturni yozish va ishlatish uchun zarur bo‘ladigan xotiraning hajmi haqidagi ma’lumot - bu arxitekturaning bir qismidir. Ushbu xotiraning qanday ishlab chiqilganligi, ya’ni unda qo‘llanilgan texnologiya esa arxitekturaning bir qismi hisoblanmaydi.
Kompyuterning yoki kompyuter tizimining dasturiy elementlarini loyihalash usullarini o‘rganish bilan biz, kompyuter arxitekturasini o ‘rganamiz. Amaliyotda kompyuter arxitekturasi va kompyuterni tashkil qilish degan iboralar sinonim iboralar sifatida qo‘llaniladi.
Raqamli kompyuter - bu unga berilgan buyruqlarni bajarish orqali
muammolarni hal qila oladigan mashina. Muayyan masalaning
yechimini tavsiflovchi buyruqlar ketma-ketligi dastur deb nomlanadi.
Har bir kompyuterning elektron sxemalari cheklangan oddiy buyruqlar
to’plamini taniydi (
raspoznavat
) va uni bajarishi mumkin. Amalga
oshirishdan oldin barcha dasturlar odatda oddiy murakkab bo’lmagan
buyruqlar ketma-ketligiga aylantirilishi kerak, masalan:
⎫ ikkita raqam qo’shing
⎫ raqam nolga teng emasligini tekshiring;
⎫ ma’lumotlar blokini kompyuter xotirasining bir qismidan
boshqasiga nusxalash.
Ushbu boshlang’ich sodda buyruqlar to’plami odamlar kompyuter
bilan aloqa qila oladigan tilni tashkil qiladi. Bunday tilga mashina tili
deyiladi. Yangi kompyuterni yaratishda ushbu kompyuterning mashina
tiliga qaysi buyruqlarni kiritishni hal qilishi kerak. Bu kompyuterni
qanday maqsada ishlatilshiga va u hal qilishi kerak bo’lgan vazifalarga
bog’liq. Kompyuterni loyihalashda murakkabliklarni oldini olish va
kerakli elektronikaning narxini pasaytirish uchun mashina buyruqlarini
iloji boricha sodda bo’lishiga harakat qilish odatiy holdir. Mashina
tillarining aksariyati juda sodda, bu ularga yozishni qiyin va zerikarli
qiladi.

Vaqt o’tishi bilan amalga oshirilgan bu oddiy kuzatuv, har biri
pastki mavhumlik (absraktsiya) sathi ustiga qurilgan bir qator
mavhumlashtirishlarni yaratilishiga olib keldi. SHunday qilib, qanday
qilib murakkabliklarni yengish mumkin va dizayn jarayoni muntazam va
tartibli bo’lishi mumkin. Biz ushbu yondashuvni ko’p bosqichli
hisoblash deb ataymiz.
1.2 Tillar, sathlar va virtual mashinalar

Odamlar uchun qulay bo’lgan narsalar va kompyuterlar , bajara oladigan
narsalar o’rtasida katta farq bor. Odamlar X-ni qilishni xohlashadi,
ammo kompyuterlar faqat Yni bajarishi mumkin. Bu muammoni keltirib
chiqaradi. Ushbu ma’ruzaning maqsadi bu muammoni qanday hal
qilishni tushuntirishdir.
Yuqoridagi muammoni ikki usul bilan hal qilish mumkin. Ikkala
usul ham yangi dasturlarni ishlab chiqishni o’z ichiga oladi. Ushbu
yangi buyruqlar to’plami biz T1 deb ataydigan tilni yuzaga keltiradi.
O’rnatilgan mashina buyruqlari ham tilni hosil qiladi va biz uni T0 deb
nomlaymiz. Kompyuter faqat T0 dasturiy tilida yozilgan dasturlarni
bajara oladi. Muammoni hal qilishning ikkita usuli, kompyuter T1 tilida
yozilgan dasturlarni qanday bajarishi bilan farq qiladi - lekin,
kompyuterda faqat T0 mashina tili mavjud.
T1 tilida yozilgan dasturni amalga oshirishning birinchi usuli har
bir buyruqni T0 tilidagi mos keladigan buyruqlar to’plami bilan
almashtirishni anglatadi.
Bunday holda, kompyuter T1da yozilgan eski dastur o’rniga T0
bilan yozilgan yangi dasturni bajaradi. Ushbu texnologiya translyatsiya
deb nomlanadi.
Ikkinchi usul T0 tilida kirish ma’lumotlari sifatida T1 tilida
yozilgan dasturlarni oladigan dasturni yaratish iborat. Bunday holda, T1
tilining har bir buyrug’i navbati bilan qayta ishlanadi, shundan so’ng T0
tilining mos keladigan buyruqlar to’plami darhol bajariladi. Ushbu
texnologiya T0 dasturida yangi dasturni tuzishni talab qilmaydi. U
interpretatsiya deb ataladi va uni bajaradigan dastur interpretator deb
ataladi.
Translyatsiya va interpretatsiya o’rtasida ko’p o’xshashliklar
mavjud. Ikkala holatda ham, kompyuter T1 buyruqlariga ekvivalent
bo’lgan T0 buyruqlar to’plamini bajaradi. Faqatgina farq shundaki,
translyatsiya paytida T1 dasturi T0 dasturiga aylantiriladi, T1 dasturi
o’chiriladi va yangi T0 dasturi kompyuter xotirasiga yuklanadi va keyin
bajariladi. Ishlash jarayonida T0 tilida yozilgan genertsiya qilingan
dastur kompyuterning ishlashini boshqaradi.
Interpretatsiyada, T1-dagi har bir buyruq T0-ga qayta yoziladi va
darhol bajariladi. Bunda, translyatsiya qilingan dastur yaratilmaydi.
Ushbu chizmani, kompyuterda uncha ko‘p bo‘lmagan ish tajribasiga ega foydalanuvchilar ham qaysidir darajada tushuntirib bera oladilar. Ammo zamonaviy kompyuterning ichki tuzilishi, uning qanday ishlashi, uning qanday dasturlanishi va umuman uning qanday tashkil qilinganligiga, ya’ni kompyuterning arxitekturasiga taaluqli bo‘lgan tushunchalarni, shu sohaning mutaxassisi sifatida mukammal tushunish, hamda ulardan o‘zining kundalik faoliyatida samarali foydalana olish ancha murakkab masala hisoblanadi. Zamonaviy kompyuter arxitekturasini o‘rganishga bag‘ishlangan adabiyotlarda [1,2,16] kompyuter arxitekturasini, bir nechta sathlar ierarxiyasidan iborat ko‘rinishda ifodalab o‘rganish amalga oshirilgan. Ko‘pgina zamonaviy kompyuterlar ikki va undan ortiq sathlardan iboratdir. 1.2-rasmda kompyuter arxitekturasining olti sathdan iborat tuzilishga ega ko‘rinishda ifodalangan chizmasi keltirilgan.
Avval ushbu chizmadagi sathlarga qisqacha tushuntirishlar berib o‘tamiz, so‘ngra esa kompyuterlarning tuzilishini bunday o‘rganish bilan, nimalarga erishish mumkinligi va kompyuter arxitekturasi deganda – nimani tushunish kerakligi haqidagi xulosalarni keltiramiz. Nolinchi sath – bu kompyuterning apparat taminoti sathi hisoblanadi. Raqamli mantiqiy sath, ya’ni nolinchi sath ob’ektlari ventillar, ya’ni uzgichulagichlar deb ataladi. Ular yordamida - I, ILI, NE (AND, OR, NOT) kabi oddiy mantiqiy funksiyalar bajariladi (1.3-rasm). Bir nechta ventillar yordamida 0 va 1 raqamlarini saqlay oladigan 1 bitli xotira elementlari, ya’ni triggerlar hosil qilinadi. Masalan SR, JK, T va D kabi triggerlar (1.4-rasm). Umuman kompyuter ham - ventillardan tashkil topgandir. 1.3-rasm. Asosiy mantiqiy elementlar. 1.4-rasm. SR-triggeri. 27 Guruhlarga birlashtirilgan xotira elementlari esa, registrlarni hosil qiladi. Registrlar 8, 16, 32 yoki 64 bit uzunliklarga ega bo‘lishlari mumkin (1.5-rasm). Kompyuterning qanday tuzilganligi va qanday ishlashini o‘rganishda juda ko‘p marotaba so‘zga olinadigan tushunchalardan biri - bu registrlar hisoblanadi. Kompyuterda va protsessorning ichida kechayotgan, ma’lumotlarni ishlash jarayonlarini amalga oshirishda ham, turli xil vazifalarni bajarish uchun mo‘ljallangan registrlardan foydalaniladi. Birinchi sath – mikroarxitektura sathi deb ataladi. Ushbu sathga tegishli bo‘lgan elektron sxemalar mashinaga bog‘liq bo‘lgan dasturlarni bajaradi, ya’ni kompyuterda ishlatilgan protsessorga mos keladigan dasturlarni bajaradi. Masalan Intel, Apple, DEC va boshqa xil protsessorlarga mos bo‘lgan dasturlar. Birinchi sathda 8-ta yoki 32-ta registrlardan iborat lokal xotira va arifmetik mantiqiy qurilma (Arithmetic Logical Unit - ALU) deb nomlangan sxemalar mavjud. 1.5-rasm. Registr. Arifmetik mantiqiy qurilma – oddiy arifmetik va mantiqiy amallarni bajaradi. Arifmetik mantiqiy qurilma bilan birga registrlar birgalikda ma’lumotlarni ishlash ketma-ketligini, ya’ni ma’lumotlar traktini shakllantiradi (1.6-rasm). Ma’lumotlar trakti quyidagicha ishlaydi – bitta yoki ikkita registrlar tanlanadi, arifmetik mantiqiy qurilma ular yordamida qandaydir amalni, masalan – inkorlash, 28 qo‘shish, ayrish yoki boshqa bir amalni bajaradi, so‘ngra natija tanlangan registrlardan biriga joylashtiriladi. Ba’zi kompyuterlarda (protsessorlarda) ma’lumotlar trakti – mikroprogramma (mikrodastur) deb nomlangan maxsus dastur tomonidan nazorat qilinadi. Boshqa xil kompyuterlarda esa ma’lumotlar trakti – apparat vositalar tomonidan nazorat qilinadi. Hozirda ishlab chiqarilayotgan kompyuterlarda ma’lumotlar trakti - odatda apparat vositalar tomonidan nazorat qilinadi. Shuning uchun birinchi sathning nomi – mikroarxitektura sathi deb nomlangan. Ma’lumotlar trakti dasturiy ta’minoti tomonidan nazorat qilinadigan kompyuterlarda, mikrodastur deganda – ikkinchi sath buyruqlarining interpretatori, ya’ni amalga oshiruvchisi tushuniladi. Mikrodastur xotiradan buyruqlarni chaqirib oladi va ularni ma’lumotlar traktidan foydalangan holda ketma-ket bajaradi. Masalan: ADD – qo‘shish buyrug‘ini bajarish uchun, u avval xotiradan chaqirib olinadi, unda ishtirok etadigan operandalar, ya’ni qo‘shiluvchilar registrlarga joylashtiriladi, arifmetik-mantiqiy qurilma yig‘indini hisoblaydi va natija xotiraga yoziladi. Ma’lumotlar trakti apparat ta’minoti tomonidan nazorat qilinadigan kompyuterlarda ham, xuddi shunday muolaja amalga oshiriladi, ammo bunda ikkinchi sath buyruqlarini amalga oshiruvchi, ya’ni interpretatsiya qiluvchi mikrodastur bo‘lmaydi. Ikkinchi sath – buyruqlar to‘plami arxitekturasi sathi deb ataladi. Kompyuter ishlab chiqaruvchi har bir firma, o‘z kompyuterida ishlatilgan protsessorga mos mashina tiliga oid qo‘llanma ham taqdim etadi. U tavsifi keltirilgan buyruqlar to‘plami interpretator-mikrodastur yoki apparat ta’minoti tomonidan bajarilishi va bu sathga oid ma’lumotlardan iborat bo‘ladi. Uchinchi sath – operatsion tizim sathi. Ushbu sath gibrid sath hisoblanadi. Operatsion tizim sathining bunday deb atalishiga sabab, uning tilidagi ko‘pchilik buyruqlar, undan pastroqda joylashgan buyruqlar to‘plami arxitekturasi sathida ham, mavjuddir. Biron bir sathga tegishli buyruqlar, boshqa bir sathda ham ifodalanishi va ishlatilishi mumkin. Operatsion tizim sathi ba’zi bir qo‘shimcha xususiyatlarga 29 ega. Bu – unda xotiraning boshqacha tashkil qilinganligi, bir vaqtda ikki va undan ortiq dasturlarni bajara olish imkoniyatining borligi, hamda operatsion tizim sathining yangi buyruqlar to‘plamiga ega ekanligi xususiyatlaridir. 1.6-rasm. Fon-neyman mashinasining ma’lumotlar trakti. To‘rtinchi va beshinchi sathlar – dasturchilar uchun ishlab chiqilgan quyi va yuqori sath tillaridan iboratdir. To‘rtinchi sath - turli xil protsessorlar uchun ishlab chiqilgan turli xil assembler tillaridan iborat bo‘ladi. Beshinchi sath esa amaliy dasturchilar uchun mo‘ljallangan yuqori sath tillari - C, C++, Java kabi tillardan tashkil topgan bo‘ladi. Kompyuter tuzilishini ko‘p sathli ko‘rinishda ifodalanishi va sathlarga oid muhokamalarni shu erda to‘xtatib, kompyuter arxitekturasini o‘rganishda muhim hisoblangan ba’zi bir xulosalarni keltirib o‘tamiz. SHunday qilib, hozirgi kompyuterlar bir-nechta sathlarning ierarxik tuzilishi shaklida loyihalanadi va ishlab chiqariladi. Har bir sath turli xil ob’ektlarning va amallarning ma’lum bir abstraksiyasini, ya’ni ma’lum darajadagi ko‘rinishini ifoda etadi. Kompyuterlar 30 tuzilishini bunday o‘rganish bilan biz, murakkab bo‘lgan jihatlarni tushunish uchun, nisbatan soddaroq ko‘rinishda ifodalash va tushunish imkoniyatiga ega bo‘lamiz. Yuqorida keltirilgan har bir sathga tegishli bo‘lgan ma’lumotlar, amallar va tavsiflar xillarining to‘plami arxitektura deb ataladi. Arxitektura - kompyuterni qanday dasturlanishi, ishlanishi va ishlatilishi kabi jihatlariga bog‘liq tushuncha hisoblanadi. Masalan, biron-bir dasturni yozish va ishlatish uchun zarur bo‘ladigan xotiraning xajmi haqidagi ma’lumot - bu arxitekturaning bir qismidir. Ushbu xotiraning qanday ishlab chiqilganligi, ya’ni unda qo‘llanilgan texnologiya esa arxitekturaning bir qismi hisoblanmaydi. Kompyuterning yoki kompyuter tizimining dasturiy elementlarini loyihalash usullarini o‘rganish bilan biz, kompyuter arxitekturasini o‘rganamiz. Amaliyotda kompyuter arxitekturasi va kompyuterni tashkil qilish degan iboralar sinonim iboralar sifatida qo‘llaniladi.
Xulosa:
Mikrodastur xotiradan buyruqlarni chaqirib oladi va ularni ma’lumotlar traktidan foydalangan holda ketma-ket bajaradi. Masalan: ADD – qo‘shish buyrug‘ini bajarish uchun, u avval xotiradan chaqirib olinadi, unda ishtirok etadigan operandalar, ya’ni qo‘shiluvchilar registrlarga joylashtiriladi, arifmetik-mantiqiy qurilma yig‘indini hisoblaydi va natija xotiraga yoziladi. Ma’lumotlar trakti apparat ta’minoti tomonidan nazorat qilinadigan kompyuterlarda ham, xuddi shunday muolaja amalga oshiriladi, ammo bunda ikkinchi sath buyruqlarini amalga oshiruvchi, ya’ni interpretatsiya qiluvchi mikrodastur bo‘lmaydi. Ikkinchi sath – buyruqlar to‘plami arxitekturasi sathi deb ataladi. Kompyuter ishlab chiqaruvchi har bir firma, o‘z kompyuterida ishlatilgan protsessorga mos mashina tiliga oid qo‘llanma ham taqdim etadi.
Foydalanilgan adabiyotlar

1. 
   Skott Myuller, Kompyuterlarni yangilash va ta'mirlash, O'n birinchi nashr , Que Books, 1999, ISBN 0-7897-1903-7 , 1255-bet
   
2. 
   "Foxconn F1 anakart prototipi" . Hardwaresecrets.com. 2014 yil 24 oktyabrda asl nusxadan arxivlangan . 2014 -yil 18-noyabrda olingan .
   
3. 
   Tomas Soderstrom. "Foxconn X48, Ultra ATX va Shaminoni namoyish etadi" . Tomning apparati . 2014 -yil 18-noyabrda olingan .
   
4. 
   "Lian Li Armorsuit PC-P80R Spider Edition" . TechPowerUp .