Mavzu: Raqamli qurilmalarni virtual oraliqda loyihalash

I BOB. Mikroprotsessorlar haqida
1.1. Mikroprotsessor tuzilmasi
Raqamli tuzilmalarning zamonaviy element bazasi bo’lib, turli mikroprotsessorli majmualar (MPM) tarkibiga kiruvchi katta integral sxemalar (KIS) hisoblanadi. IMSlarning MPMlari ikkita masalani yechishga imkon yaratadi: birinchidan, ma’lumotlarni qayta ishlash tezligi va xotira hajmi keskin oshadi, ikkinchidan, ISlarning o’lchamlari, narxi va quvvat iste’moli shunchaga kamayadi.
Har bir KISning MPM asosini mikroprotsessor tashkil etadi.
Mikroprotsessor (MP) deb, berilganlar ustidan arifmetik va mantiqiy amallar bajaradigan dasturiy boshqariladigan qurilmaga aytiladi. MP bitta yoki bir nechta KIS ko’rinishida bajariladi. Lekin turli MPli texnika yaratishda bitta MP yetarli emas.Ixtiyoriy MP tizim dasturlar, berilganlar va berilganlarni qayta ishlash natijalari, ma’lumotlarni kiritish-chiqarish vositalari, boshqaruv obyektlari va qayta ishlashnatijalarini aks ettiruvchi vositalar o’rtasida aloqa bog’lash kabi vositalardan tashkil topgan bo’lishi kerak.
Hozirgi kunga kelib KIS MPMlarning o’nlab turlari ishlab chiqariladi. Ular KISning jamlanmasi va funksional to’liqligi, konstruksiyasi va yasalish texnologiyasi bilan ajralib turadi.KIS MPMlarning qo’llash samaradorligi ularning birinchi belgisi bo’lib hisoblanadi. Bu belgisiga ko’ra, barcha KIS MPMlari ikki guruhga bo’linadi:KISlarning universal va maxsus MPMlari. KISlarning universal MPMiga shunday majmualar kiradiki, ular asosida mikrokontrollerlardan tortib universal mikro EHM gacha turli hisoblash vositalarini tuzish mumkin bo’ladi.MikroEHM yoki mikrokompyuter deb, bitta yoki bir nechta MPdan tashkil topgan, berilganlarni qayta ishlash qurilmasi, operativ va doimiy xotira KISi, ma’lumotni kiritish-chiqarishni boshqarish KISiva ba’zi boshqa sxemalardan tashkil topgan qurilmaga aytiladi.Bunday tarkibga ega mikrokomyuterni << yalang’och>> deb ham atashadi, chunki unda periferiya qurilmalari (tashqi XQ va ma’lumot kiritish-chiqarish qurilmasi) mavjud emas. Bunday konfiguratsiyaga ega bo’lgan mikrokompyuterlar turli stanoklar, mashinalar, boshqaruv qurilmalarining texnologik jarayonlarini boshqarish qurilmalari(kontrollerlar) sifatida keng qo’llaniladi.
Mikrokontroller – bu mikrokompyuter bo’lib, u uncha katta bo’lmagan hisoblash resurslari va hisoblashlarni bajarish emas, balki turli qurilmalarni mantiqiy boshqarish kabi jarayonlarni bajarishga mo’ljallangan soddalashtirilgan komandalar tizimiga ega <> so’zi mazkur qurilmaning turli murakkablik va muhimlik (prioritet)ga ega bo’lgan nazorat va boshqaruv amalini bajarishga mo’ljallanganligi aks ettiradi.
MP tuzilmasi deganda, apparat vositalariva ular orasidagi aloqa tushuniladi. Apparat vositalari – MP qurilmalari va boshqa KISlar tuziladigan electron sxemadir.
Har bir MP tuzilmasida ikkita asosiy qismini ajratib ko’rsatish mumkin: qayta ishlanayotgan va boshqaruvchi. Arifmetik-mantiqiy qurilma (AMQ) MPning qayta ishlanuvchi qismi bo’lib hisoblanadi. Zamonaviy AMQlarda arifmetik qo’shish va ko’paytirish amallari bajariladigan asosiy amallar bo’lib hisoblanadi. Tuzilishiga ko’ra, AMQlar kombinatsion qurilma hisoblanadi va xususiy xotira elementlariga ega bo’lmaydi. U yoki bu amallarni bajarish vaqtida oraliq natijalarni saqlash uchun AMQ lar registrlar bilan to’ldiriladi.
Protsessor tuzilmalari turlicha bo’lishi mumkin. Lekin ularning ko’pchiligini shartli ravishda uchta turga kiritish mumkin: akkumlyatorli, umumiy maqsadlarga mo’ljallangan registrli , stekli xotira blokli.
AMQlar registrlar bilan birgalikda MPning operatsion qurilma (OQ) deb ataluvchi qayta ishlovchi qismini tashkil etadilar.
OQ tugunlari ishini boshqarish bilan boshqaruvchi qurilam(BQ) shug’ullanadi. U ma’lum vaqt ketma-ketligida boshqaruv signallari ishlab chiqaradi, bu signallar ta’sirida OQ tugunlarida berilgan qayta ishlash dasturi amalga oshiriladi. Boshqaruv qurilmasi (kontroller) hisoblagich va takt signallar generator (taymer)ga ega. BQ OQ bilan birgalikda protsessorni tashkil etadi. Mikrosxemalarda bajariladigan protsessor mikroprotsessor deb ataladi. 1-rasmda sodda akumlyatorli protsessor tuzilmasi keltirilgan.Odatiy AMQlar ikkita kirish(1-kirish va 2-kirish) va bitta chiqish (1-chiqish) ga ega bo’lib, chiqishga m razryadli shinalar ulangan (m=4, 8, 16, 32). Bundan tashqari, AMQ yana bir guruh chiqish (2-chiqish) ga ega bo’lib, ular qo’shimch ma’lumotlarni olish uchun mo’ljallangan.Kirishlarning ikkala guruhi ma’lumotlarni vaqtincha saqlash uchun mo’ljallangan buffer registrlari bilan ta’minlangan. Har bir buffer registry bir so’z ma’lumotni saqlashga qodir. Bu so’zning razryadligi MPning aniq turi bilan belgilanadi. 1-kirish ma’lumotlarni bevosita ma’lumotlar shinasidan, 2-kirish esa yoki ma’lumotlar shinasi yoki akkumlyatorlardan oladi.AMQ ishi haqidagi qo’shimcha ma’lumotlar holatlar registrida joylashadi.Unda so’nggi amal natijalari haqidagi xizmat ma’lumoti saqlanadi.Kirishlarga kelib tushayotgan ma’lumotlar AMQ da mos boshqaruv signallari yordamida qayta ishlanadi. Boshqaruv signallari vaqt bo’yicha aniq taktlangan bo’lib, so’zlar ustidan ma’lum arifmetik yoki mantiqiy amallarni bajarish boshqaruv signallarining ma’lum ketma-ketligi asosida bajariladi. 1-rasmda keltirilgan MPning qayta ishlovchi qismi tuzilmasi ko’plab modifikatsiyalarga ega.

1-rasm. Akkumlyatorli protsessor tuzilmasi
MP boshqaruv qurilmasi (BQ) ning tashkil etilishini ko’rib chiqamiz.BQ quyidagi amallarni bajaradi: dastur komandasini kerakli ketma-ketlikda tanlash, ularni deshifratsiyalash, amallarni bajarishni boshqarish. BQ larning tashkil etishning ikki usuli mavjud: mikrodasturiy va apparatli.
Mikrodasturiy boshqaruvda barcha boshqaruv kirishlari alohida shinalarga birlashadilar. Mazkur shinaning razryadligi boshqaruv kirishlari soniga teng. Bu shinaga algoritmning har qadamida mikrokomanda (MK) beriladi. Ya’ni MPning ish dasturi mikrodastur ko’rinishida (mikrokomandalar ketma-ketlig) berilgan.Bu turdagi MP 64-256 ta mikrokomandalarni bajaradi.Ma’lumki, komandalar majmuyiga ham nisbatan sodda, ham yetarlicha murakkablikdagi ko’payturuv va bo’luv amallari kiradi.Bunday komandalarni amalga oshirish uchun mikroamallar dep ataluvchi bir nechta sodda komandalar ketma-ketligini bajarish kerak.Sodda komandalarga arifmetik qo’shuv, konyunksiya, dizyunksiya, inversiya, chapga yoki o’ngga siljish,xotira yacheykalari va raqamli tizimning boshqa qurilmalari operandlari o’rtasida qayta taqsimlash kiradi. Mikroamallar boshqaruvini amlga oshiruvchi komandalar mikrokomandalar deyiladi.

2-rasm. Mikrodasturiy BQli MP tuzilma sxemasi
Har bir komanda uchun mikrokomandalar ketma-ketligidan iborat bo’lgan mikrodastur tuziladi. Mikrodasturlarni tuzish va sozlash ko’p vaqt talab etadi. Shuning uchun bu turdagi MP boshqariladigan maxsus KISlar ishlab chiqariladi.Dastur XQ dan BQ ga navbatma-navbat kelib tushadigan komandalarning kodlangan ketma-ketligini tashkil etadi.MIkrodasturiy BQli MP tuzilma sxemasi 2-rasmda keltirilgan,unga mikrodasturlar XQsi, mikrokomandalar deshifratori(MKDSH) va uning bajarilishini boshqaruvchi sxema(BS) kiradi.