Вапаев Рустам Руслановичнинг

-2-
O'rnatilgan tizimlardagi protsessorlar


Odatiy o'rnatilgan kompyuterlarning xususiyatlariga misollar, umumiy foydalanishdagi analoglar bilan taqqoslaganda, kam quvvat sarfi, kichik o'lchamlar, qo'pol ish diapazonlari va birlik uchun arzon narx. Bu cheklangan qayta ishlash resurslari narxiga to'g'ri keladi, bu ularni dasturlashni va ular bilan ishlashni ancha qiyinlashtiradi. Biroq, mavjud bo'lgan sensorlardan va o'rnatilgan bloklar tarmog'ining imkoniyatlaridan foydalangan holda, uskuna ustiga aql-idrok mexanizmlarini yaratish orqali birlik va tarmoq darajalarida mavjud bo'lgan resurslarni optimal ravishda boshqarish, shuningdek kengaytirilgan funktsiyalarni taqdim etish mumkin. mavjud bo'lganlar.[11] Masalan, ko'milgan tizimlarning quvvat sarfini boshqarish uchun aqlli texnikani ishlab chiqish mumkin.[12] O'rnatilgan protsessorlarni ikkita keng toifaga ajratish mumkin. Oddiy mikroprotsessorlar (mP) xotira va tashqi qurilmalar uchun alohida integral mikrosxemalardan foydalanadi. Mikrokontroller (mC) chipdagi tashqi qurilmalarga ega, shuning uchun quvvat sarfini, hajmini va narxini pasaytiradi. Shaxsiy kompyuterlar bozoridan farqli o'laroq, juda ko'p turli xil asosiy CPU arxitekturasi dasturiy ta'minot dastur uchun maxsus ishlab chiqilganligi va oxirgi foydalanuvchi tomonidan o'rnatilgan tovar mahsuloti emasligi sababli foydalaniladi. Ikkalasi ham Fon Neyman, shuningdek, turli darajalar Garvard me'morchiligi, ishlatiladi. RISC shuningdek, RISC bo'lmagan protsessorlar topilgan. So'z uzunligi 4-bitdan 64-bitgacha va undan farq qiladi, lekin eng tipik 8/16-bit bo'lib qoladi. Ko'pgina arxitekturalar juda ko'p turli xil variantlar va shakllarga ega, ularning aksariyati bir nechta turli kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilgan.
Ko'p sonli mikrokontroller o'rnatilgan tizimlardan foydalanish uchun ishlab chiqilgan. Umumiy maqsadlar uchun mo'ljallangan mikroprotsessorlar ko'milgan tizimlarda ham qo'llaniladi, lekin odatda mikrokontrolrlarga qaraganda ko'proq qo'llab-quvvatlash sxemalarini talab qiladi.
Tayyor kompyuter taxtalari
Kompyuter / 104 va PC / 104 + uchun standartlarning namunalari tayyor asosan x86 asosidagi kichik, kam hajmli ko'milgan va mustahkam tizimlar uchun mo'ljallangan kompyuter platalari. Ular odatda oddiy kompyuter bilan taqqoslaganda jismonan kichikdir, ammo oddiy (8/16-bit) ko'milgan tizimlarga qaraganda ancha katta. Ular ko'pincha foydalanadilar DOS, Linux, NetBSDyoki ko'milgan real vaqtda operatsion tizim kabi MicroC / OS-II, QNX yoki VxWorks. Ba'zan ushbu platalarda x86 bo'lmagan protsessorlardan foydalaniladi.
Kichik hajm yoki energiya samaradorligi birinchi darajali muammo bo'lmagan ba'zi bir dasturlarda ishlatiladigan komponentlar umumiy maqsadlar uchun mo'ljallangan x86 shaxsiy kompyuterlarida mos bo'lishi mumkin. VIA kabi kengashlar EPIA masofa kompyuterga mos, ammo juda integratsiyalashgan, jismonan kichikroq yoki boshqa xususiyatlarga ega bo'lib, ularni ichki
muhandislar uchun jozibador qilib, bo'shliqni bartaraf etishga yordam beradi. Ushbu yondashuvning afzalligi shundaki, arzon tovar tarkibiy qismlaridan umumiy dasturiy ta'minotni ishlab chiqish uchun foydalaniladigan dasturiy ta'minotni ishlab chiqish vositalari bilan birga foydalanish mumkin. Shu tarzda qurilgan tizimlar hali ham o'rnatilgan qurilmalar sifatida qaraladi, chunki ular kattaroq qurilmalarga qo'shilib, bitta rolni bajaradilar. Ushbu yondashuvni qo'llaydigan qurilmalarga misollar keltirilgan Bankomatlar va Arja mashinalari, bu dasturga xos kodni o'z ichiga oladi.
Biroq, aksariyat tayyor o'rnatilgan tizim platalari kompyuter markazida emas va ISA yoki PCI shinalarini ishlatmaydi. Qachon chip-da tizim protsessor ishtirok etadigan bo'lsa, diskret tarkibiy qismlarni birlashtiradigan standartlashtirilgan avtobusga ega bo'lishning ozgina foydasi bo'lishi mumkin va apparat va dasturiy vositalar uchun muhit juda boshqacha bo'lishi mumkin.
Umumiy dizayn uslublaridan biri kichik zichlikdagi tizim modulidan foydalanadi, ehtimol vizitka kattaligi yuqori zichlikka ega BGA kabi chiplar ARMasoslangan chip-da tizim protsessor va tashqi qurilmalar, tashqi flesh xotira saqlash uchun va DRAM ish vaqti xotirasi uchun. Modul sotuvchisi odatda yuklash dasturini taqdim etadi va odatda operatsion tizimlarning tanlovi mavjudligiga ishonch hosil qiladi Linux va ba'zi bir real vaqtda tanlovlar. Ushbu modullar yuqori hajmda, ularning ixtisoslashtirilgan sinov muammolari bilan tanish bo'lgan tashkilotlar tomonidan ishlab chiqarilishi mumkin va juda past hajmdagi maxsus anakartlar bilan birgalikda tashqi tashqi qurilmalar bilan birlashtirilishi mumkin.
O'rnatilgan tizimlarni amalga oshirish juda ilg'or bo'lib, ular butun dunyoda qabul qilingan platformalarga asoslangan allaqachon tayyorlangan taxtalar bilan osonlikcha amalga oshiriladi. Ushbu platformalar quyidagilarni o'z ichiga oladi, lekin ular bilan chegaralanmaydi. Arduino va Raspberry Pi.
ASIC va FPGA echimlari
Juda katta hajmli ko'milgan tizimlar uchun keng tarqalgan qator bu chipdagi tizim Bitta chipdagi bir nechta protsessor, multiplikator, kesh va interfeyslardan iborat to'liq tizimni o'z ichiga olgan (SoC). SoClar an sifatida amalga oshirilishi mumkin dasturga xos integral mikrosxema (ASIC) yoki a yordamida maydonda programlanadigan eshiklar qatori (FPGA).
-3-
O’rnatilgan tizimlarda xotirani tashkil etilishi.

Kompyuterda xotirani jismoniy tashkil etish texnologiyasini ko'rib chiqishdan oldin quyidagilarni e'tiborga olish lozim.

1. 
   Kompyuterda xotira ko'p darajali tashkilotga ega.
   

2. 
   Xotira ma'lumotlarga kirish usuliga ko'ra tasniflanadi.
   

Manzil tuzilmalariga ega bo'lgan barcha turdagi xotiralar manzillar to'plamining har bir elementi va xotirada saqlanadigan ma'lumotlar to'plamining har bir elementi o'rtasida birma-bir yozishish printsipiga muvofiq ishlaydi.

Ketma -ket kirishga ega bo'lgan xotira xotira elementiga tasodifiy kirish imkoniyatini istisno qiladi, unga kirish xotira tuzilishidagi ketma -ketlik algoritmi bilan uning bir xil tashkil etilishi yoki ketma -ket kirish algoritmi bilan belgilanadi. yuqori darajali qatlamli tashkilotdagi eng past darajaga (fayl tizimi).

Assotsiativ xotira xotiradagi ma'lumotlar elementini qidirish uchun assotsiativ atributni (kod, kalit, manzil yoki uning bir qismi bo'lishi mumkin) ishlatadi. manzillar xotirasi nusxasini saqlash). Shu sababli, ma'lumotlar elementi xotiraning istalgan joyiga joylashtirilishi mumkin, bunda manzilli xotira tuzilmalariga xos bo'lgan birma-bir yozishmalar printsipi buziladi.

3. 
   Saqlash usuli bilan.
   

• 
  Statik
  
• 
  Dinamik
  
• 
  Doimiy
  
• 
  Flash xotira
  
1. 
   Kompyuterdagi xotira modulli tuzilishga ega. U modulli tuzilishga asoslangan bo'lib, bu konfiguratsiyadagi modullar sonini ko'paytirish yoki kamaytirish orqali saqlash birligining o'zgaruvchan hajmini hosil qilish imkonini beradi.
   

Hisoblash tizimining jismoniy xotirasi tashqi va operativ bo'linadi. Tashqi xotira uchun uzoq muddatli saqlash ma'lumotlar va u o'chirilgan bo'lsa ham hisoblash tizimining passiv holatida saqlanadi.

Tashqi xotira zamonaviy hisoblash tizimlari ah asosan disklar va magnit lentalarda, shuningdek, har xil turdagi doimiy xotirada amalga oshiriladi.

Tashqi xotira protsessor va xotira bilan kirish / chiqish interfeyslari orqali aloqa qiladigan kirish / chiqish tizimli qurilmalar sifatida jismonan amalga oshiriladi,

ularning ishlashi ikki xil me'moriy echimlarga asoslangan: tizimli avtobus va kirish
-chiqish kanallari.

Qolaversa tasodifiy kirish xotirasi, jismoniy va mantiqiy tashkil etilishi ushbu mavzuning mavzusi bo'lib, tizimli ravishda ikki qismga bo'linadi: xotira qurilmasi va boshqaruv bloki yoki xotira boshqaruvchisi.

Xotira tekshirgichi operativ xotira koordinatori bo'lib, u protsessor va kirish / chiqish tizimi interfeyslari bilan bog'liq bo'lib, ulardan xotiraga yozish uchun ham, undan o'qish uchun ham so'rovlarni qabul qiladi.

So'rovni qabul qilib, boshqaruvchi uni kirish -chiqish tizimiga ustunlik berib, saqlash moslamasiga (xotiraga) kirish navbatiga qo'yadi, ularni bog'laydigan interfeys protokoliga muvofiq xotira bilan aloqani tashkil qiladi.Xotira boshqaruvchisining funksionalligi tizim funksionalligining murakkabligiga to'g'ridan -to'g'ri bog'liq. Masalan, nosimmetrik ko'p protsessorli tizimlarda xotira boshqaruvchisi tizimdagi barcha protsessorlardan ma'lumotlarni so'rovlarini muvofiqlashtiruvchisi bo'lib, ularni bajarishga qabul qiladi yoki agar ma'lumotlar boshqa protsessor tomonidan qayta ishlansa, vaqtincha blokirovka qilinadi va shu bilan ma'lumotlar uzluksizligi ta'minlanadi. tizim.

Saqlash usuliga ko'ra, hisoblash tizimlaridagi zamonaviy tasodifiy tezkor xotira ko'p hollarda dinamik xotirani nazarda tutadi, buning uchun vaqti -vaqti bilan xotirada ma'lumotni tiklash rejimi, ya'ni tashqi agentlar tomonidan xotiraga kirish imkoni bo'lgan regeneratsiya davrlari kerak bo'ladi. bloklangan. Bunday tsikllarni tashkil etish va ularning chastotasi nazoratchi vazifalariga kiradi.

Yangilash davrlarining xotira ishlashiga ta'sirini kamaytirish uchun ular foydalana boshladilar har xil usullar... Bu, birinchi navbatda, banklarni tashkil qilish va manzillar o'zgarishi bilan xotira yaratish uchun modulli texnologiyadan foydalanish, ya'ni har xil xotira modullariga (mikrosxemalar) bir vaqtning o'zida kirish mumkin bo'lgan turli xil xotira modullariga (mikrosxemalar) tekis va toq manzilli ma'lumotlarni joylashtirish. xotira tsikli, shuning uchun bir moduldagi ma'lumotlarni tanlab olish, ikkinchisida yangilash tsikli bilan, agar tanlab olish rejimi bo'lmaganida, ya'ni bir vaqtda va bir xilda namuna olish.

Ular, shuningdek, o'qish rejimida ma'lumot olish uchun mo'ljallangan xotira hujayralarini avtomatik qayta tiklash rejimidan va mikrosxemalardagi barcha xotira hujayralarining ichki regeneratsiyasi rejimidan foydalanishni boshladilar. Ammo buning uchun har bir xotira mikrosxemasiga ichki nazoratchi o'rnatilishi kerak edi va unga yuqoridagi va boshqa funktsiyalarni yuklash kerak edi, bu esa tashqi boshqaruvchini boshqa muhim vazifalar uchun bo'shatish edi.Saqlash uchun mo'ljallangan saqlash moslamalari arxitekturasiga kelsak,

yozish va o'qish ma'lumotlarini quyidagicha qayd etish mumkin.

Rivojlanishning dastlabki bosqichida xotira elementlari sifatida foydalanish hisoblash texnologiyasi elektron quvurlar va keyinchalik ferrit yadrolari va oxir-oqibat yarimo'tkazgich texnologiyasiga o'tish, ular dala tranzistorining ajratilgan drenajining sig'imli xususiyatlaridan foydalana boshladilar. Ushbu o'zgarishlarning asosiy maqsadi quyidagi vazifalarni hal qilish edi va bo'ladi:

Xotira imkoniyatlarini kengaytirish Ishlashning oshishi

Saqlash ishonchliligini oshirish va xotira quvvatini kamaytirish.

Agar 32-bitli manzilli avtobusga ega bo'lgan zamonaviy 32-bitli kompyuterlarning xotira tizimiga ulanishi uning imkoniyatlarini 4 Gbaytgacha oshirishga imkon bersa, 2 va 3 avlodli ferritli xotirali kompyuterlar uchun hatto superkompyuterlarning ham sig'imi. Vaqt faqat o'nlab va yuzlab KBT bilan hisoblangan, shuning uchun mahalliy superkompyuterning BESM6 xotirasi bir vaqtning o'zida taxminan 768kbtni tashkil etdi, hatto megabayt chegarasiga ham etib bormadi.

Xotirani saqlash qurilmalarini ishlab chiqarishga yarimo'tkazgichli texnologiya joriy etilishi natijasida RAM hajmining sakrashi ro'y berdi, buning natijasida RAMning sig'imi megabayt chegarasini kesib o'tdi. 1961 yilda bunday xotira bo'lgan birinchi kompyuterlardan biri IBM7030 bo'lib, xotira hajmi 2 Mbayt. Ushbu mashinaning konstruktiv ishlanmalari keyinchalik taniqli IBM360 va IBM370 mashinalarida ishlatilgan. 24-bitli manzil avtobuslari bo'lgan bu mashinalar xotira hajmini 16 MGBTgacha kengaytirish imkoniyatiga ega edi. ESA370, IBM4381 kabi kompyuterlarga 32 bitli avtobusning kiritilishi bilan, xotira gigabayt chegarasidan o'tmagan bo'lsa-da, u 16 dan 64 MB gacha o'sishi mumkin edi.Z9BC kabi Z arxitekturasining zamonaviy asosiy ramkalari 64 bitli avtobus bilan 64 Gbaytgacha, Z10 kompyuteri esa hatto 1,5TRBTgacha o'sishi mumkin.

Bizning mahalliy kompyuterlarimizga kelsak, EC Series 3 (EC1046, EC1066) mashinalarining operativ xotirasi 8 Mgbt ga yetdi, bu mashinalar o'zlarining tarixiy rivojlanish yo'lini shu bosqichda yakunlashlari kerak edi.

Xotiraga ega bo'lgan raketalarga qarshi mudofaa tizimining mudofaa maqsadlari uchun mo'ljallangan superkompyuterlar sinfidagi kompyuterlar ham bor edi. kattaroq kattalik masalan, M13 loyihasi (bu superkompyuterning operativ xotira hajmi 34 Mbaytgacha kengaytirildi).

Xotiraning fizik tashkil etilishining asosiy xususiyatlaridan biri bu magnit yadroli xotirali ikkinchi avlod kompyuter uchun 10-12 mks bo'lgan ma'lumotlarni tanlash

vaqti. Va faqat yarimo'tkazgichli xotira joriy etilgach, ma'lumotlarni tanlash vaqti kattalik tartibiga qisqardi va 1,5 dan 0,5 mikrosaniyagacha bo'ldi.

Ma'lumotni saqlash tabiati va uslubi bo'yicha dinamik xotira, shunga qaramay oddiy tuzilish statikdan ko'ra, bu eng inersial, ya'ni hisoblash tizimining eng sekin qismi va hatto unga kirish davrlarini sezilarli darajada kamayishi uchun ham hozircha shunday bo'lib qolmoqda.

Bu hisoblashda ko'p darajali xotira qurilishi uchun sababdir tizimlar kiritilgan ro'yxatga olish fayllarini o'z ichiga oladi va boshqa raqam statik (tetiklovchi) saqlash elementlarida bajariladigan yuqori tezlikli buferli xotira darajalari.

Zamonaviy arxitektura hisoblash tizimlari virtual xotira kabi tushunchalar bilan ishlaydi, ularning jismoniy xotiraga xaritasi operativ va tashqi xotira to'plami bilan ifodalanadi. Bu Manchester universitetida ingliz olimlari tomonidan ilgari surilgan g'oya natijasida mumkin bo'ldi, uning mohiyati manzillar maydoni haqidagi tushunchalarni tizimdagi manzil RAMining o'ziga xos hajmidan ajratish edi.
Shunday qilib, tizimning manzillar maydoni RAM hajmidan mustaqil bo'lib, dasturchi ixtiyorida virtual xotira sifatida paydo bo'la boshladi, bu unga RAM hajmini cheklamasdan dasturlar yozish uchun keng imkoniyatlar berdi.Bu g'oyani amalga oshirish uchun ma'lum bir xotira maydonlarini ifodalovchi mantiqiy manzillar va virtual sahifalar kabi tushunchalarni kiritish zarur edi. teng o'lchamli, unda butun manzil maydoni bo'linishni boshladi virtual xotira