Есептеу техникасы аппаратпен қамтамасыздандыру

Сабақ жоспары

Оқытушы:Кәдірбеков М.Ж.

Тобы:18

Пәннің атауы: Есептеуіш жүйені аппаратпен қамтамасыздандыру

Сабақтың тақырыбы: Процессоржұмысының принциптері

Сабақтың мақсаттары:

Білімділік мақсаты: Процессоржұмысының принциптерін білу және меңгеру

Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың пәнге деген қызығушылығын арттыру, шығармашылық ойлауын дамыту.

Тәрбиелік мақсаты: Оқушылардың іздемпаздылығын, іскерлігін және маман иесі ретіндежауап беру қабілеттерін бағалай отырып, адамгершілікке, әдептілікке баулу.

Сабақтың типі: аралас сабақ.

Сабақтың қамтамасыздандырылуы:

а) оқу-көрнекілік құралдар: электрондық оқулық,кітап

б) үлестірмелі материалдар:

в) ТОҚ: интерактивті тақта

Пән аралық байланыс: Информатика

Өз бетінше жұмыс: ғаламтордан қарау

Сабақтың өту барысы

І.Ұйымдастыру кезеңі: Амандасу. Оқушыларды түгендеу. Сабақ тақырыбын, мақсатын хабарлау. Сабақ барысында оқушыларды белсене қатысуға ынталандыру.

ІІ.Оқушылардың біліктілігі мен дағдысын тексеру

Жаңа тақырыптың мазмұны мен жүйесі

Процессорлардың негізгі міндеттері:

 ОЕСҚ-дан командаларды сұрыптау;

 командаларды қайта кодтау;

 командаларда кодталған операцияларды орындау;

 ОЕСҚ-мен өз регистрлары арасында ақпараттарды алмасуды басқару;

 үзілістерді өңдеу.

Процессорлардың негізгі сипаттамалары:

 разрядтылық — процессормен бір уақытта өңделіп немесе жіберілетін екі разрядтылардың саны;

 тезәрекеттілік — процесор бір секундта орындайтын қарапайым іс- əрекеттердің саны (операциялардың).

Компьютердің аппаратты бөлігінің жұмысын

ДЭЕМ негізін орталық өңдеуші құрылғы – процессор (микропроцессор) құрайды, ол мəліметтердің арифметикалық жəне логикалық тұрғыдан өңделуі, ОЕҚ, ішкі толықтырғыштар, перифериялық құрылғылармен жұмыс істеуді ұйымдастыру, есептеу процесінің барысын басқару қызметтерін атқарады. Қазіргі уақытта бір-бірінен қызмет атқару мүмкіндіктері, құрылымы жəне конструктивті орындаушылығы бойынша ерекшеленетін процессорлардың көптеген түрлері бар.

Процессор сипаттамасы өндіріс технологиясы, архитектурасы, тактілік жиілігі, регистр саны мен разряды, команда жүйесі, шина өлшемі, кэш- жадымен орнатылған көлем, қуат күші, қалыпты температурасы жəне корпусының түріне негізделген параметрлер жиынтығын анықтайды.

ДЭЕМ орталық процессорында толық командалы процессор, яғни жеке операцияларды аппаратты түрде жүзеге асыратын CISC-процессоры пайдаланылады.

Процессорлар арасында кең таралған айырмашылық – адрестер мен мəліметтер разрядының санында: 8-, 16-, 32- жəне 64-битті. Дербес компьютерлерде микропроцессорларды (МП) пайдалану іс жүзінде, IBMPC ДЭЕМ-нің түрлі модификацияларында пайдаланған, 16- разрядты үлгілерден басталды.

Тарихи тұрғыдан алғанда, неғұрлым кең таралған микропроцессор Intel корпорациясының микропроцессоры болды, бұл алғашында мəліметтер командасы мен форматы жүйесі бойынша қосылуды қамтамасыз ете отырып, жобаланды.

Intel 8086 микропроцессоры IBM қосылғыш машинасы үшін базалық аналог болды, сондықтан процессорлардың келесі шығарылған барлық түрлері, негізінен оның тек архитектурасы мен командалық жүйесі дамытыла отырып, процессор құрылымының идеологиясына негізделді. Intel фирмасының келесі МП модификациялары жергілікті магистрал разрядтылығына, команда таңдау жəне машиналық циклдың түрлі сандары үшін оперативті жадының операндына байланысты ерекшеленді. Команда жүйесі кеңейтіліп, мультиесептегіш іске қосылды. Көп уақыттан бері қолданылып келе жатқан Pentium тиімді процессорлар жасап шығарылды. Процессорлардың бұл тобы басқа өндірушілердің жаңа процессор үлгісін ойлап шығару үшін прототип жəне кең қолданыстағы стационарлықтан (үстел үстілік) бастап, қозғалмалы жəне мобильді дербес компьютерлер үшін базалық процессор бола білді.

Бірінші Pentium (мəліметтер шинасының 64-битті 32-разрядты процессор) 0,8 мкм технологиясы бойыша дайындалып, 3 млн. шамасындағы транзистордан тұрды жəне 5В қуат көзі болды.

Pentium процессорларының келесі тобы жəне өзге түрлері техно- логиялық нормасы біртіндеп азайта отырып шығарылды: 0,60, 0,35, 0,25, 0,18 мкм жəне т.б. (кристаллдағы ондаған жəне жүздеген миллион транзисторларымен). Бұл тұтынатын күшті біртіндеп төмендетуге, орнатылған кэшжады көлемін, такт жиілігін ұлғайтуға жəне көп ядролы құрылымға көшуге мүмкіндік берді.

Дербес ЭЕМ-де тек Intel микропроцессорлары табылып қана қойған жоқ, сонымен бірге ірі өндірісті фирмалар (мысалы AMD, VIA) олардың аналогын да жасап шығарды. Осы өндірушілердің барлық процессорлары, тіпті Intel процессорымен сəйкес келетіні де, өзінің технологиясы, архитектурасы, аппарттық іске асуы, жұмыстық жиілігі, қуат күші, корпус түрі т.б. бойынша ерекшеленеді.

Процессорлардың жаңа түрлерінде команда жүйесі жетілдіріле отырып, олардың өнімділігі үздіксіз артуда, басқару командасы бойынша өткізгіштерді болжау, біреуден көп операцияларды бір тактте орындалуды қамтамасыз ететін конвейерлермен қатар жұмыс істейтін суперскалярлық архитектура т.б. енгізілуде. Бірақ, ДЭЕМ үшін қазіргі жəне келешекте жасалатын процессорлардың негізі ретінде Intel80386 (орталық) 32- разрядты алғашқы процессоры мен Intel80387 сопроцессоры (математикалық) немесе х86-процессорының командалық жүйесі қаланды.

Қазіргі МП командасының базалық жиыны Pentium процессорлар тобының дамуымен қалыптасты. Intel процессорының командалық жүйесінің дамуы, мəліметтерге қатысты кейбір спецификалық операция- ларды орындау кезінде МП-дің тез əрекет ету қабілетін арттыруға жəне бұрын шағын бағдарлама талап етілген өңдеу жұмыстарын орындауға арналды.

Қосымша команда ретінде SIMD-кеңейту (SingleInstructionMultiple- Data— көптеген мəліметтер үшін бір инструкция) пайдаланылды.

Тәжірибелік жұмысты орындауға арналған нұсқаулықтар:

«Процессорлы ядро» (немесе жай ғана «ядро») түсінігін, сəйкес процессорлардың тұтас сериясы үшін стандарт болып табылатын жəне қатаң шартталған сипаттағы белгілі жиыны (тактілік жиілік, бірінші жəне екінші деңгейлі кэш көлемі, регистр саны, АЛУ т.б.) бар, СБИС кристалындағы архитектураның нақты аппаратты түрде іске асуы деп түсінеміз.

Сөйтіп, архитектура процессордың құрылуының жалпы қағидаттарын бейнелесе, ядро оның нақты аппаратты іске асуы болып табылады. Мысалы, Net Burst (желілік шина) микроархитектурасының біреуіне орналастырылған түрлі ядролар Intel компаниясының көптеген процессорларында (Pentium4, CeleronжəнеXeon) пайдаланылады жəне түрлі параметрлері, оның ішінде тез əрекет ететін түрлі параметрлері болады.

Құрастырушылардың МП өнімділігін арттыруға бағытталған үздіксіз еңбектері барлық процессорларда көп деңгейлі кэш жүйесіне алып келді. Бұрын көп деңгейлі кэш-жады оперативті есте сақтау құрылғысына (ОЕҚ) алмасу жылдамдығын ұлғайту қызметін атқаратын процессор ядросының

«құрама буфері» болып табылады. Сондықтан, қажетті ақпаратты іздеудің бірізді алгоритмі пайдаланылады: алдымен ақпарат бірінші деңгейлі (К1) кэште ізделеді; егер ақпарат ол жерде жоқ болса, екінші деңгейлі кэштен (К2); сосын үшінші деңгейлі кэштен ізделеді (ереже бойынша қазіргі МП сирек кездеседі). Егер, бір де бір кэштен табылмаса, оның бұдан əрі орындалуы үшін ОЕҚ-ке жүгінеді. Мұндай құрама буферлердің шектеулі көлеміне байланысты командалар мен мəліметтерді пайдалану уақыт өте келе кэштен жоғалып кетеді жəне қажет болса жаңасымен ауыстырылады.

Барлық қазіргі МП-да кэш-жадылардың барлық деңгейлері іс жүзінде, процессор ядросындағыдай жиілікте жұмыс істейді, сондықтан, ақпарат алмасудың ішкі жылдамдығы FSB шинасы бойынша негізгі жадымен оның жұмысының жылдамдығын арттыруы мүмкін.

Қазіргі процессорларды құрастырудың негізін салушы болып саналатын гарвардтық архитектураға сəйкес, бірінші деңгейлі кэш дəстүрлі түрде, тəуелсіз шинамен екі бірдей аппаратты бөлікке бөлінеді: нұсқаулық кэш (НК1) жəне мəліметтер кэші (МК1).

Жаңа материалды бекіту, біліктілік пен дағдыны қалыптастыру

Үлестірмелі материалдардағы сұрақтарға жауап беру арқылы, жаңа сабақты бекіту.

Сабақтың қорытындысы: Тақырып бойынша сұрақ қою

Рефлексия:

Бүгінгі сабақта алган әсерім (ұнамды, ұнамсыз жақтары)

Ұсыныстар

Үй тапсырмасы: тақырып бойынша оқу