11-dars: O'z protsessoringiz

3-blokProtsessor9–12 darslar

Nega bu muhim

O’n darsdan beri yig’ilgan hamma narsa bugun bitta stolga keladi: darvozalar (5–6), summator va ALU (7), registr (8), sikl (9), buyruqlar (10). Bugun siz ularni o’zingiz ulaysiz — va sxemangiz haqiqiy dasturlarni bajaradi.

Bu dars viktorina emas. Simulyator sizning ulanishlaringiz bo’yicha dasturni haqiqatan ijro etadi: sim noto’g’ri ulangan bo’lsa, noto’g’ri qiymat oqadi va test yiqiladi. Xuddi haqiqiy muhandislikdagidek.

Bu darsdan keyin siz

• protsessor ichidagi asosiy ma’lumot yo’llarini (datapath) sanab bera olasiz
• har ulanish nima uchun aynan shunday bo’lishi kerakligini asoslaysiz
• noto’g’ri ulanish qanday noto’g’ri natijaga olib kelishini kuzatasiz
• ishlaydigan protsessor yig’gan bo’lasiz — bu gap endi majoz emas

Nazariya

Datapath: qiymatlar oqadigan daryolar

Protsessorning ichini xarita kabi tasavvur qiling: bloklar — shaharlar, simlar — yo’llar. Qiymatlar shu yo’llardan oqadi. Bu tarmoq datapath deb ataladi.

datapathdatapath

Protsessor ichida qiymatlar oqadigan yo’llar tarmog’i: registrlardan ALU ga, ALU dan registrlarga, xotiradan dekodergacha.

Bizning o’quv protsessorimizda beshta hal qiluvchi ulanish bor. Har birida savol bitta: bu kirishga qiymat qayerdan kelishi kerak?

Besh ulanishning mantig’i

Xotira manzili. Navbatdagi buyruq qayerda? Buni faqat PC biladi — demak xotira manzilga PC ulanadi.

ALU ning ikki kirishi. QOSH 3 degani “A ustiga 3 ni qo’sh”: eski qiymat A registrdan, qo’shiluvchi son (operand) dekoderdan keladi.

A registr kirishi. Hisob natijasi qayerdan chiqadi? ALU dan. Demak A ga ALU chiqishi yoziladi — YUKLA da ham ALU shunchaki operandni “o’tkazib” beradi.

PC yangilanishi. Har buyruqdan keyin navbatdagisi — PC+1. (Haqiqiy protsessorda SAKRA uchun bu yerga multipleksor qo’yiladi: yo PC+1, yo sakrash manzili.)

◆Asosiy g'oya

Har ulanishning javobi yodlanmaydi — so’rab topiladi: “bu blokka ayni shu qadamda qanday qiymat kerak va uni kim ishlab chiqaradi?” Muhandislikning katta qismi shu bitta savol.

Noto’g’ri sim nima qiladi?

Elektr sxemada “sintaksis xatosi” degan tushuncha yo’q — noto’g’ri ulangan sxema ham ishlayveradi, faqat noto’g’ri natija chiqaradi. Masalan, xotira manziliga PC o’rniga A ulansa, protsessor buyruqni A ko’rsatgan katakdan o’qiydi — dastur “aqldan ozadi”.

Shu sababli testlar bor: kichik dasturlar ishga tushadi va natija kutilgani bilan solishtiriladi. Haqiqiy protsessor loyihalashda ham xuddi shunday — Intel muhandislari sxemani minglab test dasturlari bilan sinaydi.

★Kam odam biladi

1994-yilda Intel Pentium protsessorida bo’lish amali xatosi topilgan — ba’zi sonlarda 4 195 835 ÷ 3 145 727 noto’g’ri chiqardi. Kompaniya 475 million dollar zarar ko’rgan. Bitta noto’g’ri ulanishning narxi shu.

Sinab ko’r

Sxemadagi besh ulanishning har biriga manba tanlang — sim shu zahoti chiziladi. Beshalasi tayyor bo’lgach, Sinovni ishga tushirish bosing: uch dastur sxemangizda haqiqatan ijro etiladi. Yiqilgan test bo’lsa — qiymat qaysi qadamda buzilganini o’ylang, Maslahat ham bor.

Protsessor yig'ish

Besh ulanishning har biriga to'g'ri manbani tanlang, so'ng sinovni ishga tushiring.

Bu simulyatorda protsessorning besh ichki ulanishi tanlanadi: xotira manzili qayerdan olinadi, ALU kirishlariga nima boradi, A registrga va PC ga nima yoziladi. Uch sinov dasturi sxemani haqiqatan ijro etib tekshiradi.

JavaScript'siz sinash: daftarga PC, xotira, dekoder, ALU va A registrni chizib, YUKLA 5 → QOSH 3 dasturida har qadamda qaysi qiymat qaysi sim orqali oqishini qo'lda kuzating.

Sinovni ishga tushirish

• 1-test:YUKLA 7kutilgan A = 7
• 2-test:YUKLA 5, QOSH 3kutilgan A = 8
• 3-test:YUKLA 9, AYIR 4, QOSH 1kutilgan A = 6

MaslahatQayta boshlash

Uchala test o’tdimi? Tabriklaymiz — endi “protsessor qanday ishlaydi?” degan savolga siz sxema chizib javob bera olasiz.

Xulosa

• Datapath — protsessor ichida qiymatlar oqadigan yo’llar tarmog’i
• Har ulanishning javobi bitta savoldan topiladi: bu qiymatni kim ishlab chiqaradi?
• Xotira manzili ← PC, ALU ← A + operand, A ← ALU, PC ← PC+1
• Noto’g’ri ulangan sxema ishlamay qolmaydi — noto’g’ri ishlaydi, shuning uchun testlar shart
• Siz endi darvozadan protsessorgacha butun zanjirni o’z qo’lingizdan o’tkazdingiz

O’zingizni sinang

1Xotira manziliga PC o'rniga A registri ulansa, 1-test (YUKLA 7) nima qiladi?

Javobni ko'rish

A boshida 0, demak buyruq 0-katakdan o’qiladi va birinchi qadam tasodifan to’g’ri chiqadi. Lekin YUKLA 7 dan keyin A = 7 bo’ladi va navbatdagi buyruq 7-katakdan o’qiladi — u yerda esa dastur yo’q. Xato birinchi qadamda emas, keyinroq portlaydi.

2Nega YUKLA buyrug'ida ham natija A ga ALU orqali boradi? To'g'ridan-to'g'ri operandni ulasa bo'lmaydimi?

Javobni ko'rish

Bo’ladi, lekin unda A registrga IKKITA manba kerak bo’ladi (ALU va operand) va ularni tanlovchi qo’shimcha sxema. ALU ga “o’tkaz” amalini qo’shish arzonroq: bitta yo’l, bitta ulanish. Muhandislikda kam yo’l — kam xato.

3Bizning sxemada SAKRA buyrug'ini bajarib bo'lmaydi. Qaysi ulanish to'sqinlik qiladi va nima o'zgarishi kerak?

Javobni ko'rish

PC yangilanishi qat’iy PC+1 ga ulangan. SAKRA uchun PC ga operand ham yozila olishi kerak — demak PC kirishiga tanlovchi (multipleksor) qo’yish kerak: oddiy buyruqda PC+1, sakrashda operand.

43-testda (YUKLA 9, AYIR 4, QOSH 1) ALU 2-kirishiga OPERAND o'rniga PC ulangan bo'lsa, natija qancha chiqadi?

Javobni ko'rish

Har qadamda operand o’rniga joriy PC qiymati ishlatiladi. YUKLA: A = PC = 0. AYIR: A = 0 − 1 = −1. QOSH: A = −1 + 2 = 1. Kutilgan 6 o’rniga 1 — test yiqiladi. Sxema “buzilmadi”, shunchaki boshqa hisob qildi.

5Testlar uchalasi ham o'tsa, bu sxema mutlaqo to'g'ri degani emasmi? Qanday holat testdan qochib qutulishi mumkin?

Javobni ko'rish

Test faqat o’zi tekshirgan yo’lni kafolatlaydi. Masalan, bizning testlar A ning manfiy oraliq qiymatini faqat bitta yo’ldan o’tkazadi, SAKRA esa umuman yo’q. Shuning uchun haqiqiy protsessorlar minglab test bilan sinaladi — va baribir Pentium xatosi kabi holatlar o’tib ketgan.

Amaliy topshiriq

~60 daqiqaqiyin

Asosiy qism. nandgame.com da davom etib, imkon qadar yuqoriga ko’tariling — maqsad Arithmetic va Memory bo’limlarini tugatib, Processor bosqichiga yetish. Shoshilmang: har daraja shu blokda o’tgan bitta darsingiz.

Yozma qism. “Mening protsessorim qanday ishlaydi” nomli bir betlik tushuntirish yozing. Unda kamida: to’rt blok nomi, olish–dekodlash–bajarish sikli va bitta buyruq misolida qiymatlarning to’liq yo’li bo’lsin. Rasm chizish — katta plyus.

Matnni sinfdoshingizga o’qitib ko’ring: u tushunmagan joyni qayta yozing. Tushuntira olmagan narsangizni hali o’zingiz ham tushunmagansiz.

Topshiriladigan natija: nandgame’dagi progress skrinshoti + bir betlik tushuntirish.

Darsni belgilash uchun JavaScript kerak. Bu progressni saqlash uchun ishlatiladi — darslikning o'zi JavaScript'siz ham to'liq o'qiladi.

Darsni tugatdim