11.1. Микропроцессордың қуаты
Микропроцессорлардаң барлығы дерлік кремний кристалдарының
бетінде жасалады. Бұл текше-кристалл жағының үзындығы 0,64 см-ге тең.
МП-нің электр тәсімдері қондырылған бұндай кремний кристалы 16-дан 65-
ке дейін шықпалары бар интегралдық тәсімнің (ИТ) тұрқасының ішіне
орналастырылады. Міне сондықтан кристалл көрінбейді. Оны көрудің қажеті
де жоқ, себебі оның сыртқы түрі ішіндегі МП-тәсімнің "қуаты" туралы бізге
айтары шамалы.
Миропроцессордың "қуаты" деп, оның деректерді өңдеу қабілетін
түсінеді. Оны негізгі үш сипаттамалармен бағалауға келісілген:
1.
деректер сөзінің ұзындығымен;
2.
жадыға адрестелінетін сөздердің санымен;
3.
бұйрықтардың орындалу жылдамдығымен.
Көбіне МП-лерді деректер сөзінің ұзындығы бойынша салыстырады.
Әрбір МП ұзындығы бекітілген сөздермен бейнеленетін деректермен
амалдар жүргізеді, себебі бұл жағдайда процессордің құрылуы елеулі
жеңілденеді. Үстіміздегі уақытта әдеттегі сөз үзындыгы 8, 16 және 32 БИТ
(қаттардан разрядтардан) болады. Жақын арада 64-БИТ-тік сөздермен
амалдар жүргізетін МП-лер де қол жетерлік болуы тиісті. 8-БИТ-тік сөз
соншама кең қолданылада, тіпті арнайы БАЙТ деген аталымға иеленді.
БАЙТ-тың кең қолданылуымен байланысты І6-разрядтық МП-лер
деректердін 16-БИТ-тік сөздерін өңдегенде де пайдаланылатын бұйрықтар
БАЙТ жұптары ретінде бейнеленіледі, 2.1 - суретте екі 8-БИТ-тік сөздерден:
АҒА БАЙТ (БИТ-тері 8-шіден І5-шіге дейін) пен КІШІ БАЙТ-тан (БИТ-тері
0-шіден 7-шіге дейін) құрастырылған деректердің 16-БИТ-тік сөзі
көрсетілген.
15 14 13 12 11 10 9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
АҒА БАЙТ
КІШІ БАЙТ
11.1-Сурет
БАЙТ жиі ықшам ЭЕМ-нің ішіндегі кейбір көлемді (кеңістікті) бағалау
үшін пайдаланылады. Мысалы, кейде МП-нің бағдарламасы 400 БАЙТ-тың
көлемде орын табады дейді. Жалпы жағдайда БАЙТ МП-нің көлемін өлшеу
үшін кейбір "ортақ бөлім" ретінде пайдаланылады. БАЙТ деректер сөзімен
салыстырғанда ұнамды, себебі деректер сөзінің мөлшері процессор түріне
тәуелді өзгеріп тұрады, ал БАЙТ болса әрдайым 8 БИТ-ке тең. БАЙТ саны
өзгермеген
жағдайда
8-разрядтың
процессордың
4-разрядтыңпен
салыстырғанда сөз саны екі есе кем, ал 16-разрядтықпен салыстырғанда екі
есе артық болады. Мысалы, 8-разрядтық МП-нің 4000 БАЙТ-ы оның 4000
71
сөздеріне тең; БАЙТ-тардың дәл осы мөлшері 4-разрядты МП-де оның 8000
сөздеріне тең, ал 16-разрядтық МП үшін - 2000 сөздерге тең болады.
Бірінші болып, осы уақытқа дейін қолданылуын тауып жүрген 4-
разрядтық МП-лер жетілдірілген еді. Төрт БИТ - бұл екілік-нышандалған
ондық санның, яғни ВСD (Віnаrу – Соdе Dесimаl) нышандағы санның
ұзындығы. Калькуляторлардағы есептегіштердегі, өндірістік басқару
жүйелерінде және басқа кейбір құрылғыларда МП-ге BCD нышандағы
сандармен ғана істес болуға тура келеді. Бұндай жағдайларда 4-разрядтық
МП-ні пайдалану - дәріпті шешім. 4-разрядты МП-лердің өндірілуі мен
қолданылуның тағы да бір себебі - олардың құнының төтенше төмен болуы.
8-разрядты МП-лер де кеңінен таралған және қымбат емес. Олардың 4-
разрядты МП-лердің ізінше пайда болуы себебі, біріншіден, ұзындығы 8 БИТ
сөз дегенгіміз - ол 4 БИТ-ті екі сөз, екіншіден, 8 БИТ-ті сөздің ішінде ВСD
нышанындағы екі санды "буып-түюге" мүмкіндік бар, үшіншіден 8 БИТ
ақпаратты өңдеуде кеңінен пайдаланылатын АSСІІ (Аmеrісаn Standard Code
for Information Interchange)-нышандағы таңбаны (әріп, рақам, белгі)
бейнелеуге мүмкіндік береді.
Бірінші 16-разрядтың МП-лердің көбі ҮИТ түрінде стандартты 16-
разрядтық ықшам ЭЕМ болып шығарылған. Кейіннен архитектурасы қандай
болса да бір ықшам ЭЕМ архитектурасының көшірмесі болмайтын, тек өзіне
тән архитектурасы болатын 16-разрядтық МП-лер пайда бола бастады.
МП сөзінің ұзындығын екі есе өсірген сайын оның қуаты да өседі.
Сөздердің үзындығын өсіру ҮИТ технологиясмнын жоғары сатыға
көтерілуіне себепші болды. Бұның нәтижесінде І6-разрядтық МП-нің басқа
да сипаттамалары жақсарды.
Микропроцессор қуатының басқа бір "өлшемі" – ол, МП адрестеліне
алатын жады ішіндегі сөздердің немесе БАЙТ-тардың саны. Бұл жағдайда да
деректер сөзінің ұзындағы маңызды роль атқарады. Жады ішіндегі деректер
сөзінің ұзындығы - бұл, шын мәнісінде, МП сүйеніп амал жүргізетін деректер
сөзінің ұзындығы, яғни дәл параметр. Сонымен, 4-разрядты МП жады ішінде
сақталатын деректердің 4-БИТ-тік сөздеріне сүйеніп амалдар орындайды.
Жады ішіндегі әрбір сөзге, оның орналасқан жеріне, адрес деп аталатын
нөмір тағайындалады. Жады ішінен сөзді шығарып алу үшін ЭЕМ сәйкесті
адрес бойынша сұрануы тиісті. Жады адрестері нольден басталып, екілік
тұрпатта бейнеленеді. Әр түрлі ЭЕМ-дердің жады адрестерінің төбелік
мәндері әр түрлі. Неғұрлым жады адресінің төбелік мәні үлкен болса,
солғүрлым МП-нің есептеу куаты үлкен болады. 2.1-кесте бір 4 БИТ-тік
сөздін жадыға адрестелу қабілетін көрсетеді: 4 БИТ жадының 16 әр түрлі
сөздеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сонымен, 4 БИТ-тік сөздін
адрестелу диапозоны 16 сөзге тең. 8 БИТ-тік сөздін адрестелу диапозоны 256
жады сөздеріне тең, ал 16 БИТ-тік сөздің - 65 536 сөздерге тең.
72
11.1-К е с т е 4 БИТ-ті сөзбен адрестелетін 16 сөздерден тұратын жады
Екілік адрес
Жады ішіндегі бары
1111
Деректердің 15-ші сөзі
1110
Деректердің 14-ші сөзі
1101
Деректердің 13-ші сөзі
1100
Деректердің 12-ші сөзі
1011
Деректердің 11-ші сөзі
1010
Деректердің 10-ші сөзі
1001
Деректердің 9-ші сөзі
1000
Деректердің 8-ші сөзі
0111
Деректердің 7-ші сөзі
0110
Деректердің 6-ші сөзі
0101
Деректердің 5-ші сөзі
0100
Деректердің 4-ші сөзі
0011
Деректердің 3-ші сөзі
0010
Деректердің 2-ші сөзі
0001
Деректердің 1-ші сөзі
0000
Деректердің 0-ші сөзі
Әрине, жады ішіндегі деректерге адрестелу мүмкіндігі көпшілік
процессорлар үшін жалғыз ғана сөзбен шектелмейді, сондықтан адрестелудің
диапазоны да деректер сөзінің ұзындығымен шектелмейді. Жады
адрестерінің үзындығы 22 БИТ және одан да ұзын болуы мүмкін.
11.2-кестеде кейбір кеңінен таралған, 4, 8 және 16 БИТ ұзындықты
сөздермен амалдар орындайтын МП-лер үшін әдрестеліну диапазоны
көрсетілген.
11.2-к е с т е. Кейбір әдеттегі МП-лардың сөз өлшемдері мен жадының
адрестік кеңістігінің адрестеліну диапазонының өлшемдері
Деректер
сөзінің
ұзындығы
4 БИТ
8 БИТ
16 БИТ
Адрестеліну
диапазоны
4096 (4 К)
8192 (8 К)
65536 (64 К)
73
32768 (32 К)
65536 (64 К)
1048576 (1М)
2097152 (2 М)
4194304 (4М)
4 разрядтық МП-лер үшін жады сөздері 4096 мен 8192 тең адрестеліну
диапазоны дағдылы болады. 8 разрядтық МП үшін бұл диапазон көбіне 65
536 сөздерден болады. Ал 16 разрядтық МП-лерге салғанда, диапазон
мәндері 32768-ден 4194304 сөздерге дейін созылады.
МП-лермен жұмыс істегенде жиі осындай үлкен сандарға сілтеу жасауға
тура келеді. Бұл сандар дөңгелектелгендіктен ғана есте сақтауға жеңілдейді,
үйтпесе оларды дұрыс айтудың өзі қиынға соғады. Сондықтан бұл сандардың
қысқартылған белгіленулері ұсынылған. 2.2-кестеде бұл қысқартулар
дөңгелек жақшалар ішінде керсетілген. Сонымен, 4096 сөздерге тең
адрестелу диапазоны дегеніміз 4К диапазон болып шығады. "К" деген әріп,
грек тілінде "мыңды" белгілеп көрсететін "кило" қосымшасының бас әріпі,
яғни бұл жағдайда мыңға (1000-ға) тең шаманың шартты белгісі, "4К" өрнегі
4096 саның ең жақын мындыққа дөңгелектелгендігін білдіреді. Осыған ұқсас
жады көлемінін басқа да қысқаша жазылу тұрпаттары қалыптандырылады.
Бұл өлшемдердің шамасы өте үлкен болғанда, "мега", яғни миллион деген
сөздің "М" қосымшасымен пайдаланады.
Ықшам ЭЕМ-нің жады көлемі туралы айтқанда, бұл параметрдің БАЙТ-
тармен немесе сөздермен өрнектелуі МҮМІН екенін ескерген жөн. Бұл
оқулықта біз негізінен БАЙТ-тармен пайдаланамыз. Сондықтан, 1 БАЙТ = 8
БИТ болғандықтан, 8 разрядтық ықшам ЭЕМ-нің 65 536 сөздік жадысыннң
көлемі 32 768 сөздік 16 разрядтық ықшам ЭЕМ-нің жады көлеміндей болады.
Бұл екі жағдайда да жады көлемі 65 536 БАЙТ-қа тең. Егер бұл салыстыру
түсініксіз болса, сөздермен өрнектелген жады шамасын БИТ-термен берілген
соң ұзындығына көбейтіп, жады көлемдерін БИТ-термен салыстыруға
болады:
65 536 сөз x 8 БИТ/сөз = 524 288 БИТ
32 758 сөз x 16 БИТ/сөз = 524 288 БИТ
Миропроцессордың қуатын өлшеу үшін пайдаланылатын МП-нің
үшінші сипаттамасы - бұл оның бұйрықтарды орындау жылдамдығы болып
табалады. Ол бағдарламаның бір қадам үшін алынған "іріктеме - орындау"
дүркінінің уақыт бойынша ұзақтығымен бағаланады. Кейбір МП-лердің
жылдамдығы басқа бір МП-лердің жылдамдығынан 20-100 есе басым болада.
"Баяу" МП-лер жиілігі бірнеше жүз мегагерц ырғақ импульстерінің
генераторымен пайдаланады. Бір бұйрықты орындау үшін оларға 10-нан 20
наноосекундке дейінгі уақыт керек болады. МП жұмысының жылдамдағы
74
ырғақ импульстерінің генераторының төбелік жиілігімен байланысты
болғандықтан, МП-лерді кейде осы жиіліктің мәні бойынша салыстырады.
Бірақ бірдей амалдарды әр түрлі процессорлар да орындалу ұзақтылығы
салыстыру мағыналырақ. Осындай салыстыруларды оңаялату үшін тексеруді
өткізу (айдап шығару) бағдарламасы деп аталатын арнайы қысқа
бағдарламалар даярланады. Әр түрлі МП-лердің тезәрекеттілігін бағалауды
осындай бағдарламаның орындалу уақытын салыстырып жүргізеді.
Достарыңызбен бөлісу: |