Микропроцессор

                                            Микропроцессор

Микропроцессор — жүйелік тақтаның ең маңызды құраласы, ол деректерді тікелей өңдейді, атап айтқанда, бөлектелген деректермен арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды. Микропроцессор - бір немесе бірнеше үлкен интегралды кестеде орындалған, берілісті өңдейтін бағдарламалық құрылғы; көліктердің автоматты басқару агрегатында қолданылады.

Микропроцессор бір мезгілде қатарынан 8, 16 немесе 32 биттік деректерді өңдей алады. 8 биттік процессор бір мезгілде небары бір бит дерекпен ғана жұмыс істей алады. 16 биттік процессор бір мезгілде 2 байт, ал 32 биттік процессор — 4 байт өңдейді.

Жалпы алғанда 16 биттік компьютер 8 биттік жүйеден жылдамдырақ жұмыс істейді, ал 32 биттік компьютер 8 және 16 биттік үлгілерден жылдамырақ. Микропроцессор, жады және периферия құрылғылардың арасында дерек беру үрдісі шина арқылы жүзеге асырылады. Қазіргі заманғы процессорлардың  көпшілігінде 32 биттік шина қолданылады, яғни бір мезетте 32 биттік дерек беруге болады. 64 биттік шиналы компьютер де болады, бірақ олар әлі кең тарай қойған жоқ.

Біз микропроцессорлардың құрлысын және микропроцессор жүйе құрылғыларын қарастырамыз. Микропроцессор жүйе құрылғыларын автоматтандырылған жобалау жүйесінде және AutoCADта сызба нұсқаларын қарастырамыз. Автоматтандырылған жобалау жүйесі – дегеніміз жобалауды автоматтандыру құрал комплексі және жобалауды автоматтандыру жобалаушы мамандарының өз-ара байланысы. Көп техникалық әдебиеттерде мынадай анықтама жүреді – жоба ұйымының ішкі бөлімдерімен тығыз байланысы ұйымының техникалық жүйе негізінен автоматтандырылған жобалау жүйесі ұйымдастыру комплексіне қарағанда қолданатын тобымен байланысты програмалық комплексі түрінде болады. Автоматтандырылған жобалау жүйесіне байланысты термин бұйымды шығарудың паралельді технологиялық ортасы компьютер технологиясының дамуына байланысты айтады және програмалық құралдарға байланысты паралельді жобалауды жүзеге асыру құралы деген термин пайда болады. Автоматтандырылған жобалау жүйесі – Автоматтандырылған ақпараттық жүйе және жобаны жүзеге асырып отырған ұйым қызметі. Автоматтандыру үшін арналған жобаны құру негізгі орта ақпарат қоры математикалық және графиктік модельдер. Автоматтандырылған және конструктивті процедура қолданады. Автоматтандырылған жобалау әдістемесінде берілген микропроцессорды дайындау үшін техникалық процесстері қарастырылады. Ол төмендегі этаптардан тұрады: 1 Берілген деректерді енгізу. Соның ішінде оперативті және нормативті анықтамалар, информациялар. 2 Микропроцессордың техникалық процеске қатысты жобасын беру. 3 Техникалық процесті математикалық модельдеу 4 Маршрутты техникалық процессін жобалау 5 Операциондық техникалық процессін жобалау 6 Техникалық құжат комплектісін шығару

\Обьектіні сызуда жалпы қолдануға арналған машиналық графиктер пакетіне AutoCAD, autodesk және тағы басқа жүйелер кіреді. Осы AutoCAD жүйесін қолдана отырып микропроцессор құрылғыларын сызамыз.

Микропроцессордың даму тарихы

1. Микропроцессор 8086

1976 жылы Intel фирмасы 8086 микропроцессордың  үстінде жұмыс істеу күшейтілген.Оның  конденсатор мөлшер екі есе  үлкейген болатын , сонымен қатар  ақпараттық шиналардың мөлшері  16-дәрежеге үлкейген болатын,  сондықтан да микропроцессорға  хабар тапсыру жылдамдық мүмкіншілігі  екі есе үлкейді.Оның адрестік  шиналар саны-20 битке маңызды  үлкейген болатын. Сол сияқты үлкен 8080,8086 мирасқор болды. Сайып келгенде, олар 16-биттік сияқты өңдей алды , дәл осылай және 8-биттік 8086 және 8080 процессорлары болды. Олар арнайы бейнемен істеліп оперативті жад мөлшері 16 сегментке бөлініп 64 Кбайтқа тең болды . 8086 процессор үлкен ақпараттық жұмыс істеу құрылымдарға рұқсат етпей, сегменттердің шекаралары арқылы көшіп өту мәнде 8086 озып кетті. Компьютерлерде 8-биттік процессорлар құрылды, себебі 16- биттік микропроцессорге қосымша талап қойылды. Микросхеманың мына 16- биттік процессордың қолдануы өз бағасын ақтамады .

2. Микропроцессор 8088

Презентациядан 1-жылдан кейін 8086-ны, Intel фирмасы өңдеу туралы жариялады. Микропроцессор 8086: 16-биттіге өте ұқсас 8088 келді. Оның региторлары 20-адрестік сызықтардан, және шина саны 8-битке азайтылған болатын. 8- биттік сол уақытта техникалық қамтамасыз ету элементтері толық қолдануда көп таралған. Адым сияқты артқа микропроцессорлардың өңдеу тарихында 8088 процессор орнына арнайы компьютер оның базасында IBM процессорын аңдауы түсінік болатын . Ол Сегіз биттік шина болып микросхема базарында қолдануға рұқсат етті . Салыстыруға бар болу микропроцессорлармен Он алты биттіктің ішкі құрылым маңызды артықшылықтарды берді. 16- биттік регистор және бейімденуші бағдарламалары жеңілдетілді. Ол аз компьютерлердің үй іші өңдеуіне арналған базамен келді . Бұл сегіз-бит 8 қосымша сымдарды талап етті. Сайып келгенде бұларды екі микросхемалары әртүрлі болды . Жүйелік плата Intel 8088 микропроцессорында келіп Intel процессор 16- биттік болжаманы өзімен ұсынады. 16- биттік көбейту және бөлу қоса операцияларын 1Мбайт жадысымен 8088 микропроцессоры орындады. Ол барынша көп тәртіпте жұмыс істеді . Сондықтан жүйеге мүмкін сопроцессор қосылған . Процессор частотасы жиілікпен 4.77 МГц жұмыс істеді. Ол түрлі түсті теледидарға арналған . 4.77 МГц циклды частота жиілік жанында 210 нс магистралы болды. Ол енгізуді, шығаруды бес тактіге талап етіп 1.05 мкс . құрастырады. Процессор көп функцияналды құрылғылардан тұрды. 8088 микропроцессоры мекенжаймен команда сұрыптауын өндіретін, оның түсіндіріп беретін функцияларды орындады.

Компьютер корпусында микропроцессордың  жанында басқа қосымша құрылғылардан: Үзулердің контроллерлері, таймерлер  және шиналардың контроллерлері болды. Компьютерлік өнеркәсіп дамуы өлшемімен , құрылғылар аралық функциялардың бөліну ықшамдауы, және әрбір құрылғы өз функция орындау бағытында дамыды . Intel фирмасы өз микропроцессорларын жетілдіруді жалғастырды . 1982 жылға көз алдына микропроцессор 80286 келген болатын. Бірге қосылатын компьютерлердің және турборежима жасалуына негіздік чип болды.  
3. Микропроцессор 80286

1982 жылға тағы микропроцессор 80286 көз алдына келген болатын . Ол қосымша сапаларға ие болып, Өнеркәсіпте жаңа микропроцессор толық қолданылады. Ол 16-разрядты шинадан және 16-биттік ішкі резистордан тұрды. Ол 6 МГц жиілікпен, ал содан соң 8 және 10 Мгц-пен жұмыс жасады. 20-разрядты шина орнына 24-адрестік шиналар болды. Бұл қосымшалар барынша адрестелетін жады 16 Мбайтқа толықты үлкейтуге мүмкіндік туғызды. Сонымен қатар Виртуалды жадыны қолдануға 80286 микропроцессоры рұқсат етті. 80286 арнайы құралдармен жабдықталып , оған нақты немесе виртуалды жадқа кез келген байт жатады. Микропроцессорда 16 Мбайт физикалық жад және 1008 Мбайт виртуалдының жұмыс істеуге мүмкіндік туғызады. Бәрі үлкен жад сегменттерге 64 Кбайт-пен бөлінген болатын.

4.Микропроцессор 80386

1985 жылға 80386 микропроцессоры  жасалған болатын. 80386 микропроцессоры  барлық сапаларға ие болды . Жұмыс істеу мүмкіншілік жоғары болды. Регистор мөлшерлері және шиналар саны 32-битке үлкейген болатын. Хабар беру жылдамдығы 16-биттік 80286 микропроцессорынан екі есе артты. Тап осы шинаның 32-битке артуымен, адрестік сызықтардың саны сонымен қатар 32-ге артты. Сонымен қатар виртуалды жад 16 триллион байттарымен жұмыс жасай алды, және ол бір секундта 3,4-милион операция орындай алды. Микропроцессор барлық қажетті орындауға соңғы болды. Ол үлкен артықшылықтарды берді.

Микропроцессорлардың компаненттері 

Микропроцессор-барлық есептеулер жүргiзiлетiн компьютердiң негiзгi микросхемасы. Сызба түрiнде процессор, операциялық жүйенiң ұяшықтарына ұқсайтын ұяшықтардан тұрады, бiрақ бұл ұяшықтарда деректер сақталып қана қоймай, өзгертiлуi де мүмкiн. Процессордың iшкi ұяшықтарын регистрлар деп атайды. Басқа құрылғылармен және ең негiзгi- операциялық жүйемен процессор шиналар деп аталатын өткiзгiштер тобы арқылы байланысқан. Негiзгi шиналар үшеу: деректер шинасы, адрестiк шина, командалық шина. Адрестi шина.Intel Pentium процессорларында (атап айтқанда олар дербес компьтерлерде кең тараған) адрестi шина 32 - разрядты, яғни 32 паралель сызықтардан құралған. 32 нөлдер мен бiрлер комбинациясы жедел жадының бiр ұяшығын нұсқайтын 32-разрядты адрес құрады. Деректер шинасы. Бұл шина арқылы процессор регистрiнен операциялық жүйеге және керi деректердiң көшiру жұмысы жүргiзiледi. Intel Pentium процессорлар базасы негiзiнде жиналған компьютерлерде деректер шинасы 64-разрядты, яғни бiр рет өңдеуге бiрден 8 байт жеткiзiлетiн 64 арналардан тұрады. Командалар шинасы.Процессор деректердi өңдей алу үшiн оған командалар қажет. Ол өзiнiң регистрiнде сақталған байттармен не iстеу керек екенiн бiлуi керек. Бұл командалар да процессорге операциялық жүйеден жеткiзiледi, бiрақ деректер массивтерi сақталған емес, программалар сақталған аймақтан жеткiзiледi. Командалар да байттар түрiнде берiлген. Ең жай командалар бiр байтқа сыяды, бiрақ кейбiреулерiне екi, үш одан да көп байт қажет. көптеген қазiргi заманғы процессорллардың командалар шинасы 32-разрядты (мысалы, Intel Pentium процесорларында), бiрақ 64-разрядты және 128-разрядты процессорлар да бар. Процессордың командалар жүйесi. Жұмыс барысында процессор өзiнiң регистрiнде, операциялық жүйе өрiсiнде және де процессордың сыртқы порттарында орналасқан деректердi қамтамасыздандырады. Ол деректердiң бiр бөлiгiн деректер, бiр бөлiгiн- адрестi деректер, ал тағы бiр бөлiгiн - командалар түрiнде бередi. Процессордың деректерге қолдана алатын командалар жиыны процессордың командалар жүйесiн құрады. Бiр түрге жататын процессорлардың командалар жүйесi бiрдей немесе жақын болады. әр түрге жататын процессорлар командалар жүйесi бойынша ажыратылады және өзара алмастырылмайды.

Микропроцессор жүйесінің құрылғылары

Микропроцессордың жүйе құрылғылары  микропроцессордың жұмыс жасауында  үлкен қызмет атқарады. Жүйе құрылғылар көмегімен арифметикалық операцияларды өзгертудің кисынды кодтардың үстінде бекітілген және өзгергіш ұзындық сандарының үстінде жұмыс жасайды. Үтірлермен бекітілген және ондық сандардың үстінде өңдеу, өзгергіш әліпбелік - цифрлік сөздерінің , сонымен қатар қызмет атқаратын операцияларды өзгертуге мүмкіндік береді. Микропроцессорларды құрылушылар көптеген мың қосымша дискреттік элементтердің қосылуы, бір микросхема рамкаларында функциялардың орындауға мүмкін болды.  
Жүйелік блок

Компьютер өте маңызды  бөлімімен келеді , дәл осылай жүйелік  блокта құрылғылар орналасады, және олсыз  ЭВМ жұмыс жасамайды . Жүйелік блок дене үлгісі арнайы компьютер түріне тәуелді болады, жүйелік блокта қондырғыны орналастыру және қондырылған компоненттерінің санын анықтайды . Столға қоятын арнайы компьютерлердің ең көп таралған түрі столға қоятын ( desktop ) немесе мұнара түрінде ( tower ) келеді. Жүйелік блок ішінде келесі міндетті компоненттер орналасқан , компьютер жұмыс қамтамасыз етуші: жүйелік плата ; микропроцессор ; компьютер жады ; жүйелік шина ; электрондық схемалардың терімі ; электр коректену одағы ; индикация панелі ; порттар және кеңейту слотысы ; кеңейту платалары ; сыртқы жад. Компьютер аппараттық негізі жүйелік плата болып, онда микросхемалар - орталық процессор және ішкі жадты орналасқан . Жүйелік плата жұмыс жасау шарттары және арнайы компьютер негізгі құрама бөлімдерінің байланысын қамсыздандырады . Нақ жүйелік платада жүйелік сағаттары орналасқан, олар операциялардың орындалу жылдамдығын анықтайды . Жылдамдық мегагерцпен өлшенеді (1МГц-1 млн тактілі секундқа бірдей ). Жүйелік сағаттар жүйелік плата компоненттердің көпшілік жұмысын үйлестіреді . Жүйелік плата және кеңейту слоттары замандас арнайы компьютер құру архитектура принцибын қамсыздандырады . Слот бұл разьем болып онда жүйелік плата орналасады. Кеңейту слоттары барлық құрылғы сияқты жүйелік платада арнайы компьютер анықтап қарауға рұқсат етеді , модификациялауға болады . Кеңейту платалары компьютер мүмкіншіліктерінің кеңейту слотында құру жолымен жүзеге асады . Кеңейту плата әртүрлі микросхемалардан құрастырылған. Кеңейту плата разьемы жүйелік блокпен кабель арқылы қосылады. Ең көп таралған платаларға видеокарты , желілі адаптерлер , дыбысты карталар жатады.

Жүйелік плата.

Компьютердің ең өзектісі бұл жүйелік платалар. Олар бірнеше нұсқада шығарылады. Олар өлшемдерімен және форумфакторларымен ерекшеленеді. Жүйелік платаның негізгі форумфакторлары : 1)ATX 2)Micro ATX 3)Flex ATX 4)NLX 5)WTX ATX-Спецификациясы Intel фирмасының 1925 жылы шілде айында шығарылды. ATX конструкциясы Baby AT және LNT, LPX-тің жаңартылған стандартты түрі. Оның ерекшелігі разьемдарының 2-панелінде, жүйелік платаның ұзындығы 6,25 дюим, биіктігі 1.75 дюим. Сыртқы разьемды яғни жүйелік платадағы кабельдерді қолданбауға әкеледі. Micro ATX 1997 жылы желтоқсанда ең бірінші Micro ATX форумфакторы құрылды. Micro ATX және ATXфорумфакторларының ерекшелігі: 1) Ұзындығының қысқартылуы 244мм ( 305 дюим) 2) Разьемдарының саны мен блок питанияның қысқартылуы Flex ATX 1999 жылы Micro ATX спецификациясына енгізулер енгізіліп Flex ATX пайда болды. Flex ATX форумфакторы жүйелік платадағы өлшем ұзындығы 299 мм-ге, биіктігі 191 мм-ге кішірейтілді. Micro ATX-тің ерекшелігі Socket ұяшығының типін қолданды. NLX-1996 жылы өараша айында жүйелік платаның форумфакторы шығарылды. Ал 1999 жылы ақпан айында WTX форумфакторының толық түрі шығарылды. WTX форумфакторының негізгі қасиеттері: 1) 32-64 разрядты Intel процессорын қолдайды. 2) Екі процессордың жүйелерін қолдайды. 3) Flex-Slot I|o адаптерін қолдайды.

Жүйелік платаның компаненттері 1 - суретте көрсетілген : А-Разьем Wake on Ring B-Yamaha YMF740 (DSI-L). C-AD1819A SoundPort Codec құрылғысы D-Wake on LAN Разьемы E-CD-ROM-ға дыбыс кіру разьемы F-CD-ROMға сызықты кіру разьемы G-телефон разьемы H-сызықты кіру разьемы I-сызықты видео кіру разьемы J-артқы панель разьемы K-242-контакты разьемы L-питанияның вентелятор разьемы M-контролер N- DIMM ұяшығы O-FAN 1 питания разьемы P-Питанияның ең басты разьемы Q – дисковод разьемы R-SCSTLED разьемы S- IDE бірінші және екінші канал разьемы T – алдыңғы панель разьемы U – AGP разьемы V – Intel 82371EB PCI ISA IDE W – PCI ISA разьемы X – 3 вольт батарейка Y – SMSC FDC контролері Z – Flash BIOS AA – конфигурация BB – сызықтық дыбыстық CC – PCI разьемы DD – FAN 3 разьемы EE – ISA разьемы FF – іске қосушы разьемы  
Орталық процессор

Микросхема және арнайы компьютердің орталық процессор функцияларын іске асырушы , микропроцессор деп аталады . Микропроцессор интеграл схеманың тым үлкен түрінде орындалған . Олардың саны бірнеше миллиондарға жетеді . Компьютердің жүйелік плата өнімділігі жоғарыры . Процессордың элемент мөлшер микросы бірнеше микрометрден құрастырылады . Микропроцессор арифметикалық – логикалық және басқару одағымен міндетті . Ол арифметикалық және логикалық операциялардың орындалуының артынан жауап береді , ал басқару құрылғысы барлық компоненттердің жұмысын және процестердің орындалуын үйлестіреді. Микропроцессор мінездемелерімен частота жиілігі шеберлікті қызмет етеді . Частота жиілік компьютер жұмыс ырғағына сұрау қояды . Компьютер өнімділігі астында қосу үлгісі элементарлық операцияларының санының секундта орыдалуын түсінеді. Процессор жұмыстары ырғақты жиілік тактілердің санын секундта анықтайды . Такті деп біз уақыттардың арасын түсінеміз , соның ішінде екі сандарды қосу үлгісін элементарлық операция немесе шапшаң жадқа процессордан сан жіберуі мүмкіндігін орындайды . Замандас арнайы компьютерлер секундына миллион элементарлық операцияларды орындай алады . Ырғақты жиілікті мегагерцтерде оның мағынасы өлшеу және анықтауға болады ( МГц ). Секундыға миллион тактіні құрастырады . Процессор шеберлігі машиналы сөз мөлшерін анықтайды , және компьютермен өңделеді . Сөз мөлшері артуымен хабар көлемі , өңделетін процессормен бір тактінің артынан , не тактілердің сан азаюына жүргізеді. Сопроцессор қажеттілердің күрделі операциялардың орындалуына арналған . Сонымен қатар, компьютер көбірек мөлшер сөзбен , және үлкен көлемімен жұмыс істей алады . 32-разрядты процессорлармен замандас компьютерлер жабдықталады . Және сөз шеберлігі артуына тенденция мінездемелі мыналар жанында олардың ішкі жады замандас микропроцессорларға арналған 16,32,64 Мбайт-тан құрастырады және ырғақты жиілік жоғарылауына мүмкіндік болды .Негізгі микропроцессор басқа көптегендерді мамандандырылған компьютерлерде болады.  
Бейнекарта.  
Бейне карта монитормен бiрiгiп дербес компьютердiң iшкi бейнеж‰йесiн құрайды. Қазiргi кезде ойнату таңдауына байланысты еркiн экран шешуiн (640x480, 800x600,1024x768,1152x864; 1280x1024 нүктелер) таңдау арқылы 16.7 миллион түстi қамтамасыз ететiн SVGA видеоадаптерi қолданылады. Экран шешуi iшкiвидеожүйенiң ең маңызды параметрлерiнiң бiрi. Неғұрлым ол жоғары болған сайын, соғұрлым экранда көп ақпаратты бейнелеуге болады, бiрақ әр нүктенiң өлшемi кiшi,яғни бейнеленген элемент өлшемi кiшi болады. Таким образом, для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер . Көптеген қолданбалы программалар 800x600 экран шешуiне негiзделген. Сондықтан кең тараған монитор өлшемi 15 дюймдi құрайды. Түстiк шешулер (түс тұнықтығы) экранның әрбiр нүктесi қабылдайтын түстер санын анықтайды. Экран шешуiне және түс тұнықтығына тәуелдi қажеттi видеожады көлемiн келесi формуламен есептеуге болады:  
P=((m•n)•b)/8,  
Р - видеоадаптердiң қажеттi жады көлемi; m - көлденең экран шешуi (нүктелер); n - тiк экран шешуi (нүктелер); b - түстi кодтау разрядтылығы (бит). Бейне жылдамдық- компьютердiң негiзгi процессорында бейне тұрғызу бойынша кейбiр операциялар математикалық есептеулердi жүргiзбей, аппаратты жолмен -видео жылдамдатқыш микросхемаларында деректердi өңдеудi орындауға болатын видеоадаптердiң негiзгi қасиеттерiнiң бiрi.  
Дыбыстық карта  
Дыбыстық карта дербес компьютердің ең соңғы өңдеулерініің бірі. Ол аналық тақшаның слотына жасырын карта ретінде жалғанып, дыбыс, музыка сияқты операцияларды өңдеуде қолданылады. Дыбыс дыбыстық картаның шығысына жалғанатын дыбыстық колонкалар арқылы ойнатылады. Арнайы жалғастырушы тетік дыбыстық сигналды сыртқы үдеткішке жіберуге мүмкіндік береді. Сөзді немесе музыканы жазуға болатын және кейін қолдану және өңдеуге болатындай қатқыл дискке сақтауға болатын микрофонға арналған разьем бар. Дыбыстық картаның негізгі параметрі сигналдарды аналогті пішімнен цифрлі және керісінше аудару үшін қолданылатын, биттер санын анықтайтын разрядтылық болып табылады. Неғұрлым разрядтылық жоғары болса, соғұрлым цифрлеуге байланысты қателік аз, соғұрлым дыбысталу сапасы жоғары..