ძირითადი მოწყობილობები

განვიხილოთ რა ძირითადი კომპონენტებისგან შედგება კომპიუტერი. სხვადასხვა მეცნიერების კვლევების შედეგად ყველა მივიდა იმ აუცილებელ მოთხოვნებამდე, რაც წაეყენებოდა გამომთვლელ მანქანას, ანუ განისაზღვრა ის ძირითადი მოწყობილობები, რომლის გარეშე კომპიუტერი სრულყოფილად ვერ იმუშავებდა.

მათ შორის პირველია ცენტრალური გამომთვლელი მოწყობი­ლობა, ანუ ცენტრალური პროცესორი (CPU – Central Processing Unit).

          

                                                 
                               

პროცესორი AMD                                                                                             პროცესორი Intel

კომპიუტერში მოხვედრილი ნებისმიერი მონაცემი საჭიროებს დამუშავე­ბას, გარდაქმნას ან ტრანსფორმაციას. ამიტომ ამ მოდულის გარეშე კომპიუტერი თავის დანიშნულებას დაკარგავდა.

მეორე: ძირითადი (მუდმივი) მეხსიერება მყარი დისკი HDD (ROM – Read Only Memory). ეს ის მოწყობილობაა სადაც ინახება ყველა ძირითადი მონაცემი და საჭიროების შემთხვევაში პროცესორი მიმართავს მას (ვინჩეს­ტერი).

ვინჩესტერი

მესამე: დროებითი (ოპერატიული) მეხსიერება (RAM – Random Acces Memory). ამ მეხსიერების პროცესორი იყენებს კონკრეტული სამუშაოს შესასრულებლად, ინახავს იქ იმ მონაცემებს, რაც მას სჭირდება მიმდინარე პროცესის შესასრულებლად.

მეოთხე: მონაცემთა შეტანის საშუალებები. კომპიუტერი არა­ფერს არ გაგვიკეთებს, თუ არ გავაგებინებთ რას ვთხოვთ მას.

                                                                                 კლავიატურა

ამისათ­­ვის გვჭირდება სხვადასხვა მოწყობილობები, რომელთა შორის მთავარია კლავიატურა (კომპიუტერში ინფორმაციის შეტანის უნივერსალური სშუალება).

მეხუთე: მონაცემთა გამოტანის საშუალებები. ვერც ჩვენ გაგვაგებინებს ვერაფერს კომპიუტერი თუ არ გვექნება მონიტორი, პრინტერი, ან სხვა მოწყობილობა.

მონიტორი

ერთი და იგივე მოწყობილობა შეიძლება იყოს შეტანის ან გამო­ტანის საშუალება. მაგ. დისკეტა. როდესაც დისკეტიდან მონაცე­მები შეგვაქვს კომპიუტერში ან როდესაც მასზე ვწერთ მონაცემებს სხვაგან წასაღებად.

ყველა ჩამოთვლილი კომპონენტი მუშაობისას ურთიერთქმედბენ ერთმანეთთან და მათ შეთანხმებულ მუშაობაზე დამოკიდებულია მთლიანად კომპიუტერის სწრაფქმედება და ტექნიკური მდგომარეობა. აღნიშნული კომპონენტები ერთმანეთს უკავშირდებიან შესაბამისი არხებით, სადაც მიედინება ინფორმაცია. რადგან ამ ელექტრონულ მოწყობილობებს შეუძლიათ აღითქვან მხოლოდ ორობითი მონაცე­მები, ინფორმაცია მიედინება ციფრული სიგნალების სახით.

განვიხილოთ თუ რას წარმოადგენს ციფრული სიგნალი. ადამი­ა­ნური ენით საუბრისას ბგერა ვრცელდება ტალღის სახით, რომე­ლიც საწყის და საბოლოო წერტილამდე მიიღებს ყველა შესაძლო მნიშვნელობას.

ანალოგური სიგნალი

ასეთ სიგნალს ანალოგური ეწოდება და იგი ცენტ­რა­ლური პროცესორისთვის გაუგებარია, რადგან მისთვის მისაღებია მხოლოდ ორი მდგომარეობა: ჩართულ-გამორთული, ანუ ჩვენი გრა­ფი­კის მხოლოდ ჰორიზონტალური და ვერტიკალური მდგენელების გარკვეულ წერტილთა რაოდენობა.

                             

                                                                        ციფრული სიგნალი

სიგნალის გაციფრების დროს ჩვენ ვეგუებით იმ აზრს, რომ გარკვეული მონაცემები ანალოგური სიგნალიდან იკარგება, თუმცა ეს დანაკარგები მაინც აუთვსებელია ადამიანის მიერ. იგივე ბგერის შემთხვევაში, ადამიანის ყურს შეუძ­ლია აღიქვას გარკვეული სიხშირის ბგერები, ხოლო დიდი რაოდენო­ბა ამ ბგერებისა უბრალოდ აუთვისებელია. მაშინ რა საჭიროა ისინი, ციფრული სიგნალის შემთხვევაში ეს ზედმეტი მონაცემები უბრალოდ ამოღებულია, შესაბამისად ზედმეტი ბიტები მოცილებულია და პროცესორისათვის სიგნალიც გასაგებია. მაგრამ მომხმარებლისთვის ციფრული სიგნალია გაუგებარი, ამიტომ კომპიუტერიდან ადამიანამ­დე მისასვლელი ციფრული სიგნალი შესაბამისი ადაპტირების მიერ გარდაიქმნება ანალოგურად.

დღეს გავეცნოთ პროცესორს, მის აგებულებას და მუშაობის პრინციპს. პროცესორი წარმოადგენს კომპიუტერის ტვინს, სადაც ხდება მონაცემთა მიღება, დამუშავება და გადაცემა. ბევრი მომხმარე­ბელი პროცესორს უწოდებს მთლიანად ყუთს, სადაც მოთავსებულია კომპიუტერის ძირითადი ელექტრონიკა, მაგრამ ეს ასე არ არის. ამ ყუთს სისტემური ბლოკი ჰქვია, ხოლო თავად პროცესორი არის პატარა მიკროსქემა, რომელიც დედაპლატაზე ზის და მას თავზე რადიატორი და ვენტილატორი ადგას. პროცესორი შედგება მიკრო­სკოპული ტრანზისტორებისაგან, რომელთა ზომა მიკრო და ნანო-გან­ზომილებებია. თანამედროვე პროცესორები 0,09 მკმ და 0,065 მკმ ტექნოლოგიითაა დამზადებული. შეგვხვდება აგრეთვე 0,13; 0,18; 0,25 მკმ ზომის ტრანზისტორიანი პროცესორებიც (ეს ზომები ნანომეტრებში შესაბამისად იქნება 90, 65, 130, 180, 250 ნმ). რაც უფრო პატა­რაა ტრანზისტორი, მით მეტი რაოდენობა შეიძლება ჩაეტიოს პრო­ცე­სორის კრისტალში, მით ნაკლებ ენერგიას მოიხმარს და სითბოს გამოყოფაც ნაკლები აქვს. პროცესორებში მათი რაოდენობა 150 მილიონი და მეტიც შეიძლება იყოს. ტრანზისტორები გარკვეული ლოგიკით უკავშირდბიან ერთმანეთს და მათგან მომავალი იმპულსი გამოდის პროცესორის ნემსისებრ

პროცესორის ფეხები PIN

ფეხებზე, რომლებითაც იგი უკავშირდება დედაპლატას. მათ პინებს (Pin) უწოდებენ. რაც მეტი ტრან­ზისტორი გვაქვს პროცესორში, მით მეტი იმპულსი გამოდის მათგან, შესაბამისად მეტი რაოდენობის პინები დაგვჭირდება. ამიტომ გვხვდება სხვადასხვა რაოდენობის პინიანი პროცესორები. 370, 462, 478 და მეტიც. შესაბამისად რაც მეტ პინიანია პროცესორი, მით მეტი დავა­ლების შესრულება შეუძლია და იგი უფრო ძლიერია. თანამედროვე Pentium 4-ები 478 პინიანია. ტრანზისტორები განლაგებული არიან პრო­ცე­სო­რის 4 ძირითად კვანძში, რომელთაგან თითოეული თავის კონკრეტულ დავალებას ასრულებს.

1. არითმეტიკული ლოგიკური მოწყობილობა - ALU (Arithmetic and Logic Unit). ამ კვანძში ხდება არითმეტიკული მოქმედებები და ლოგიკური ოპერაციები. როდესაც ჩვენ ვმუშაობთ საოფისე ან სხვადასხვა მარტივ პროგრამებში ამ დროს პროცესორში ხდება მონაცემთა არითმეტიკული (შეკრება, გამოკლება, გაყოფა, გამრავლება) დამუშავება და სხვადასხვა გარდამქმნელების მეშვეობით ვხდავთ ჩვენი მუშაობის შედეგს.

2. მცურავ მძიმიან რიცხვებთან მომუშავე მოწყობილობა - FPU (Fload Point Unit). რთულ გრაფიკულ და მულტიმედიურ პროგრამებში მუშაობისას პროცესორს უწევს წილად რიცხვებთან რთული მათემა­ტი­კური ოპერაციების ჩატარება, აგრეთვე ტრიგონომეტრიული გა­მო­თ­ვ­ლები. ამ სამუშაოს შესრულებაზე პასუხისმგებელია ეს კვანძი. მას თანაპროცესორსაც უწოდებენ.

3. მაკონტროლებელი მოწყობილობა - CU (Control Unit). ეს კვანძი აკონტროლებს პროცესორში შემომავალ და გამავალ მონაცემებს და უზრუნველყოფს დანიშნულების ადგილამდე მათ მისვლას.

4. ქეშმეხსიერება - Cache. იგი წარმოადგენს მცირე ზომის ბუფერს (საწყობს), სადაც პროცესორი ინახავს ყველაზე აუცილებელ მონაცემებს, რათა საჭიროების შემთხვევაში ყოველთვის გვერდით ჰქონდეს. ქეშის დანიშნულებას და მუშაობას შემდგომ უფრო დეტა­ლუ­რად განვიხილავთ.

გვხვდება ორი ტიპის კორპუსის მქონე პროცესორები. პირველი ზემოთ აღწერილი ფეხებიანი პროცესორებია. მათ PGA (Pin Grid Array) ტიპს განაკუთვნებენ.

PGA კორპუსის პროცესორი

მეორე ტიპის პროცესორები დამა­გ­რე­ბული არიან ცალკე პლატაზე და დედაპლატას სპეციალური შესაერთებლით Slot-ით უკავშირდებიან. მათ SEC (Single Edge Cartridge) ტიპს მიაკუთვნებენ. ეს პროცესორები პლატასთან ერთად პლასტმა­სის კარტრიჯებში ზიან. Pntium II და ზოგიერთ Pentium III SEC კორ­პუ­სით გამოდიოდნენ. უკანასკნელ ხანს გამოჩნდა ახალი ტიპის კორპუსის მქონე პროცესორებიც, მათ ნემსისებური ფეხების ნაცვლად დრეკადი, ბრტყელთავიანი ფეხები აქვთ, ამ ტიპს LGA-ს ვუწოდებთ. სხვადასხვა კორპუსით პროცესორების წარმოება ვინმეს ახირება არ გეგონოთ, მას თავისი გამართლება აქვს და ქეშის გან­ხილ­ვისას ამას მივხვდებით.

            

           პროცესორი SEC კორპუსით, რომელიც…          ასეთ კარტრიჯშია მოთავსებული

წინა ლექციაში ჩვენ შევეხეთ ძირითად არხს, რომლის მეშვეო­ბი­თაც მონაცემები მოძრაობენ პროცესორისკენ და პირიქით. კომპიუ­ტერული ტერმინოლოგიით მას სისტემური ან მონაცემთა სალტე ეწო­დება – FSB (Front Side Bus). ამ სალტის სიხშირე და გამტარობა (იგივე თანრიგი) პროცესორის ძირითად მახასიათებელს წარმოად­გენს და მისი სწრაფქმედება ამ მონაცემებზეა დამოკიდებული. მონა­ცემთა სალტე პროცესორში შესასვლელ გზას შეგვიძლია შევადა­როთ. იმისთვის, რომ კომპიუტერმა შეუჩერებლად იმუშაოს საჭიროა ამ გზაზე მონაცემები მუდმივად მიდიოდნენ და სწრაფად უკანვე ბრუნ­დე­ბოდ­ნენ. მაგრამ ისინი შიგნით ხომ უნდა დამუშავდნენ, ანუ საჭიროა პროცესორის შიგნით მონაცემები გაცილებით სწრაფად მოძრაობდნენ. ამას მივყავართ იმ აზრამდე, რომ პროცესორის შიდა, სამუშაო სიხშირე უნდა აღემატებოდეს სალტის სიხშირეს რამოდე­ნიმეჯერ. ამ შიდა სიხშირეს ვუწოდებთ პროცესორის ტაქტიურ სიხშირეს (Frequency). როგორ მიიღწევა ეს მაღალი სიხშირე? როდესაც პროცესორი მზადდება, მწარმოებელი წინასწარ განსაზღვრავს თუ რა დანიშნულებისათვის უნდა იქნას გამოყენებული იგი და მისი სალტის სიხშირისაგან გამომდინარე განსაზღვრავს, თუ რამდენჯერ უნდა აღემატებოდეს ტაქტური სიხშირე მას. შესაბამისად აგეგმარებს პროცესორის არქიტექტურას და განუსაზღვრავს მას გარკვეულ კოეფიციენტს, რათა ტაქტური სიხშირე გახდეს მონაცემთა სალტის სიხშირის ჯერადი. ამ კოეფიციენტს უწოდებენ მამრავლს (Multiplayer). იგი შეიძლება იყოს 1-დან 18-მდე. ანუ მივიღეთ მარტივი ფორმულა

F_req = FSB (Mhz) x  Multiplayer.

FSB სიხშირე სხვადასხვა პროცესორისთვის შეიძლება იყოს 66, 100, 133, 266, 333, 400, 533, 800 Mhz და მეტი. თუ პროცესორს მწარმო­ებლისგან განსაზღვრული აქვს მამრავლი 4,5. მაშინ 100 Mhz სალტის მქონე პროცესორი იმუშავებს 450 Mhz ტაქტურ სიხშირეზე, ხოლო 800 Mhz სალტეზე ტაქტური სიხშირე იქნება 800 x 4,5=3600 Mhz ანუ  3,6 Ghz.  

ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია პროცესორის ტაქტური სიხშირე (ხანდახან მოიხსენებიან სამუშაო სიხშირედ ან შიდა სიხ­ში­რედ) ხლოვნურად გავზარდოთ, მას აჩქარებას, აქსელერაციას უწო­დე­ბენ (Overclocking, Разгон). არსებობს აქსელერაციის ორი გზა. ფორმულიდან გამომდინარე მოგვიწევს ან სალტის სიხშირის, ან მამრავლის გაზრდა. სალტის სიხშირის გაზრდა ხდება დედაპლატაზე არსებული გადამრთველების მეშვეობით, რომელსაც დედაპლატის

სალტის სიხშირის და მამრავლის შეცვლა გადამრთველებით

პლატის პასპორტში მოვძებნით, ან თვითონ დედაპლატაზე იქნება მინიშ­ნებული. დედაპლატების უმრავლესობა განსაზღვრულია სხვა­და­სხვა FSB სიხშირეზე სამუშაოდ. მაგალითად, თუ ჩვენი პროცესორი მუშაობს 100 Mhz სალტეზე, 800 Mhz ტაქტური სიხშირით ეს ნიშნავს, რომ მისი მამრავლია 8. თუ დედაპლატიდან 100-ს გავზრდით 110-მდე ტაქტურ სიხშირეს მივიღებთ 880. 120-მდე რომ გავზარდოთ მივიღებთ 960 Mhz. რაც ზევით ავალთ უფრო მოვუმატებთ, მაგრამ გვახსოვდეს, არსებობს ზღვარი, რომლის იქით პროცესორი ან საერთოდ არ იმუშავებს, ან იმუშავებს შეცდომებით. ამასთან, დიდია რისკი იმისა, რომ პროცესორი გადავახუროთ და დავწვავთ. თუ მაინც გარისკავთ და “დაარაზგონებთ” თქვენს პროცესორს არ დაგა­ვიწყდეთ უფრო მძლავრი გამაგრილებელი (Cooler) დაუყენოთ. სალტის სიხშირის მომატება BIOS-ის მოძველებული ვერსიებიდანაც შეიძლება, თუმცა ამას ჯერ ვერ გავიგებთ და ჯობია არ ვიჩქაროთ.

რაც შეეხება მამრვლის მომატებას, ესეც დედაპლატის გადამრთველებით და BIOS-ის მეშვეობით შეგვიძლია გავაკეთოთ. თუმცა მწარ­მოებლები თანამედროვე პროცესორებში ამ მაჩვენებელს ბლოკავენ და მისი შეცვლა პრაქტიკულად შეუძლებელია. მათი თხოვნით BIOS-ის მწარმოებლებიც ზღუდავენ ამ პარამეტრებს და თანდათან Overclocking-ი რთულდება. არსებობს აჩქარების კიდევ ერთი გზა, ესაა პროცესორისთვის მეტი ძაბვის მიწოდება, რაც სახიფათოა და შეიძლება პროცესორი დავწვათ.

ჩვენი რჩევაც ასეთივე იქნება, არ ღირს ძვირადღირებული პრო­ცე­სო­რის მწყობრიდან გამოყვანა დამატებით 100-200 Mhz სიხშირის მისაღებად, მით უმეტეს, რომ მრავალჯერადი ცდების მიუხედავად რაიმე თვალშისაცემ ეფექტურობას ვერც ჩვენ მივაღწიეთ.

პროცესორის დამზადების შემდეგ იგი ქარხანაში აუცილებლად გადის გამოცდას სხვადასხვა პირობებში. თავის დაზღვევის მიზნით მწარმოებელი ყოველთვის ნაკლებ სიხშირეს მიუთითებს, ვიდრე რეა­ლუ­რად მას გააჩნია, ასე რომ 10-20% რესურსი თითქმის ყველა პრო­ცესორს აქვს. ამიტომ კომპიუტერის ყიდვისას, განსაკუთრებით თუ ის ნახმარია ყურადღება უნდა მივაქციოთ, რომ “დარაზგონებული” პროცესორი არ შემოგვაპარონ. თუ როგორ გავიგოთ ეს ამას ჩვენი კურსის მეორე ნაწილში ვისწავლით.

გარდა მონაცემთა სალტისა, პროცესორს სჭირდება შიდა არხე­ბი, რომლებშიც მონაცემები მოძრაობენ გადამუშავების პროცესში, ასევე სჭირდება დროებითი სათავსოები, სადაც შეინახავს ზოგიერთ მონაცემს მის სრულ გადამუშავებამდე. მაგ: პროცესორს გასაკეთებელი აქვს მარტივი გამოთვლა:

პროცესორმა უნდა გამოთვალოს z და გადასცეს. იგი ჯერ გამოთ­ვ­ლის xს, შემდეგ მიადგება y-ს, მაგრამ არ უნდა დაკარგოს   x-ის მნიშვნელობა. როცა გამოთვლის y-საც, მან ორივე მნიშვნელო-ბა უნდა გადაიტანოს z-ის გამოსახულებაში და გამოთვალოს. იმი­სათ­ვის, რომ არ დაკარგოს x და y მნიშვნელობები და გადაანაწილოს ისი­ნი z გამოსახულების შესასრულებლად, იგი იყენებს თავის შიდა არ­ხებს და “საკუჭნაოებს”, რომლებსაც შიდა რეგისტრები ეწოდება. იგი ხასიათდება გამტარობით და იზომება ბიტებით. პროცესორების უმე­ტესობის შიდა რეგისტრები 32 ბიტიანია, თუმცა სალტე 64 ბიტია­ნი აქვს. როგორ უმკლავდება შიდა არხები გარედან მოსულ ორჯერ მეტ მონაცემს. ასეთ პროცესორებში რეგისტრების 2 ხაზი მუშაობს.

პროცესორს აქვს მესამე არხიც, რომლითაც იგი უკავშირდება ოპერატიულ მეხსიერებას. მას დამისამართების სალტე (Adres Bus) ეწოდება. ამ არხის მეშვეობით პროცესორი გადასცემს ოპერატიულ მეხსიერებას კოორდინატებს, თუ სად იმყოფება მისთვის საჭირო მონა­ცე­მები. ეს უკანასკნელი კი უგზავნის ამ მონაცემებს ძირითადი, ანუ მონაცემთა სალტის (FSB) მეშვეობით. როდესაც პროცესორს სჭირ­დება რამის შენახვა ოპერატიულ მეხსიერებაში იგი კვლავ დამი­სამართების სალტით გადასცემს ოპერატიულს კოორდინატებს, თუ სად შეინახოს გამოგზავნილი მონაცემები, ხოლო უშუალოდ მონაცემების ისევ ძირითადი სალტის მეშვეობით აგზავნის. ანუ პრო­ცე­სორი ამ არხს იყენებს მხოლოდ ოპერატიული მეხსიერების დასა­მისამართებლად. მუშაობის პროცესში იგი თავად აკონტროლებს სად ინახება მისთვის საჭირო მონაცემი, რომელი უჯრედი გაანთავისუფ­ლოს, სად ჩასვას ახალი მონაცემები და ა.შ. დამისამართების სალტეს ახასიათებენ გამტარობით, რომელიც განსაზღვრავს, თუ რა ზომის ოპერატიული მეხსიერება შეუძლია აითვისოს პროცესორმა. ძველი მოდელის პროცესორებს ეს სალტე ჰქონდათ 20 ან 24 ბიტიანი, ანუ მათ შეეძლოთ ემუშავათ შესაბამისად 1 და 16 MB მეხსიერებას­თან, მაშინ მეტი საჭიროც არ იყო და რამდენიც არ უნდა დაგვემატებინა ამაზე მეტს ვერ აითვისებდნენ (ეს შეგიძლიათ შეამოწმოთ თქვენს ინჟინერულ კალკულატორზე, ან ახარისხებით 2²⁰ და 2²⁴), ხოლო Pentium-ებს 32 და 36 ბიტიანი დამისამართების სალტეები აქვთ. მათ შეუძლიათ 4 და 64 GB (გიგაბაიტი) ოპერატიული მეხსიე­რება დაამისამართონ, ანუ რომ შეგვეძლოს 4 GB ოპერატიული მეხსი­ე­რე­ბის ჩაყენება. Pentium მას სრულად აითვისებდა.

შევაჯამოთ ჩვენი ლექცია და განვსაზღროთ, თუ რა პარამეტრებით უნდა შევარჩიოთ პროცესორები.

უპირველეს ყოვლისა, პროცესორზე მსჯელობენ ტაქტური სიხ­შირით და გამტარობით. გამტარობაში გულისხმობენ მონაცემთა სალ­ტის გამტარობას. ყველა Pentium-ს იგი 64 ბიტი აქვს.

გავაგრძელოთ პროცესორებზე საუბარი და გავეცნოთ, თუ როგორ არის ორგანიზებული მონაცემთა შენახვა და მოძრაობა კომ­პი­უ­ტერში. როგორც ვიცით, ყველა მონაცემი შენახულია ROM მეხსი­ე­რებაში (ვინჩესტერი). როდესაც რომელიმე პროგრამას გავუშვებთ, მისი შესაბამისი მონაცემები ROM-დან გადადის შედარებით სწრაფ, მაგრამ ნაკლები მოცულობის ოპერატიულ მეხსი­ე­რე­ბაში და პროცე­სორი აქედან მარაგდება საჭირო ბიტებით. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ოპერატიულიდან პროცესორისკენ მიმავალი არხი ვერ უზრუნველ­ყოფს მონაცემთა სწრაფ გატარებას, როგორც წინა ლექციიდან გვახსოვს, ტაქტური სიხშირე გაცილებთ აღემატება მონაცემთა სალ­ტის სიხშირეს. ამიტომ პროცესორს მუშაობისას აუცილებლად სჭირ-დება მასთან ახლოს მდებარე, ზესწრაფი მეხსიერება, რომელიც განუწყვეტლივ და სწრაფად მოამარაგებს. ამ დანიშნულებას ასრუ­ლებს ე.წ. ქეში (Cache).

ქეშის დანიშნულებას უფრო კარგად რომ გავეცნოთ, კვლავ ანალო­გებს მივმართოთ. დავუშვათ, თქვენ ზიხართ საწერ მაგიდას­თან და წერთ თემას “XX საუკუნის ქართული პოეზია”. სანამ საქმეს შეუდგებოდით თქვენ ალბათ კარადიდან გამოიღებდით იმ წიგნებს, რომელიც მოცემულ თემას შეეხება და მოიმარაგებთ უშუალოდ საწერი მაგიდის უჯრაში, ხოლო თუ ამ წუთას თქვენ გალაქტიონის პოეზიას ეხებით მაშინ მაგიდაზე გალაქტიონის კრებული გჭირდებათ. მგონი გაერკვიეთ ამ იერარქიაში, კონკრეტულ მაგალითში ქეშის როლში მაგიდის ზედაპირზე გაშლილი გალაქტიონის კრებულია. ანუ ქეში არის ზესწრაფი მეხსიერების ბუფერი, იგივე “საკუჭნაო”, სადაც მოცემულ მომენტში სამუშაოდ საჭირო ყველაზე აუცილებელი მონა­ცემები ინახება. ელექტრონულად ქეშის მოვალეობას კვლავ ტრანზის­ტორები ასრულებენ, რომლებიც ჩიპებშია განთავსებული.

                                       rom >>> ram>>cache>>cpu

ქეშმეხსიერება

 ქეშის მაქსიმალური ეფექტურობა მიიღწევა მაშინ, როდესაც მისი და პროცესორის შემაერთებელი არხის სიხშირე უახლოვდება ტაქტურ სიხშირეს. ამიტომ მოხერხდა ქეშის ინტეგრაცია უშუალოდ პროცესორის კრისტალში და ამ შემთხვევაში იგი უშუალოდ პროცე­სორის ტაქტურ სიხშირეზე მუშაობს. ეს ურთულესი ტექნოლოგური პროცესია. პროცესორში განლაგებული ტრანზისტორების ნახევარზე მეტი სწორედ ქეშს ეკუთვნის.

აღმოჩნდა, რომ შესაძლებელია ქეშის მუშაობის უფრო ეფექტური ორგანიზება. ამის გასარკვევად ისევ ჩვენს მაგალითს დავუბრუნ­დეთ. რადგან თქვენ წერთ თემას “XX საუკუნის ქართული პოეზია”, ლო­გიკური იქნება, თუ მას საუკუნის დასაწყისიდან დაიწყებთ. რათა სა­­ქ­მე გავიადვილოთ ჯობია უჯრიდან წინასწარ ამოვიღოთ XX საუ­კუ­­­ნის პირველი ნახევრის პოეზიის ამსახველი წიგნები და ისინი მა­გი­­დის კუთხეში დავაწყოთ, რათა საჭიროების შემთხვევაში უჯრა­ში მათ ძებნაზე დრო აღარ დავკარგოთ, ხოლო კონკრეტული პოეტის წი­­გნი მუშაობისას მაგიდაზე გადაშლილი გვქონდეს. ანუ რა გავაკე­თეთ? პრიორიტეტის მიხედვით ქეში დავყავით ორ დონედ. პირველი, რო­­მელსაც კონკრეტულ მომენტში ვიყენებთ და მეორე, რომელიც ცო­­ტა ხანში დაგვჭირდება. ზუსტად ასე ლაგდება პროცესორისთვის განკუთვნილი მონაცემები. ანუ ანსხვავებენ ქეშის L 1 (Level) და L 2 დონეებს.

L2 დონის ქეში პროცესორის გარეთ

მგონი, სურათი ნათელია. კარადა წარმოადგენს ჩვენს ვინჩეს­ტერს (ROM), სადაც არა მარტო ქართული პოეზიის, არამედ სხვა ქვეყნების, ტექნიკური, ჰუმანიტარული, მხატვრული და მრავალი სხვა თემატიკის ლიტერატურაა შენახული, ოპერატიული (RAM) ჩვენი მაგი­დის უჯრაა, სადაც შევინახეთ საჭირო თემატიკის წიგნები, მაგიდის კუთხეში დალაგებული ლიტერატურა L 2 დონის, ხოლო გაშლილი წიგნი L 1 დონის ქეშია. გადავავლოთ თვალი აღწერილ სურათს. ROM დიდი მოცულობის მეხსიერებაა, მაგრამ მისგან მონაცემების წამოღებას მეტი დრო სჭირდება, RAM უფრო პატარა ბუფერია, მაგრამ შედარებით სწრაფი L 2 ქეში კიდევ უფრო პატარაა, მაგრამ მას სწრაფად მივმართავთ, L1 კი პაწაწინაა, მაგრამ ყურისძირში გვაქვს.

ძველ კომპიუტერებში L2 დონის ქეში საერთოდ არ გამოიყენე­ბოდა, ხოლო L1 ქეშის ჩიპები განლაგებული იყო დედაპლატაზე და პროცესორს მათთან მიმართვა სისტემური სალტის მეშვეობით უხდე­ბოდა. Pentium ადრეულ პროცესორებში L1 უშუალოდ პროცესორის კრისტალში იყო ინტეგრირებული, ხოლო L2 დედაპლატაზე იყო გან­ლაგებული. Pentium II და ადრეული Pentium III-ში მოხერხდა L2 ქეშის გადატანა პროცესორთან ახლოს ცალკე პლატაზე, რისთვისაც საჭი­რო გახდა SEC კორპუსი. სამაგიეროდ ქეში ტაქტური სიხშირის

L2 დონის ქეშის ჩიპები SEC პლატაზე

ნახევარ­ზე ან 1/3-ზე მუშაობდა. თანამედროვე L1 და L2 ქეშები ინტეგრი­რე­ბულია პროცესორში და უკვე გამოიყენება L3 დონის ქეშიც, რო­მე­ლიც ასევე შუალედური რგოლია RAM-სა და L2 ქეშს შორის.  L1 ქეშის მოცულობა 32 KB-დან 128 KB-მდე მერყეობს, L2 – 128 KB – 2 MB-მდე. L3 – 2 MB და მეტიც შეიძლება იყოს.

L2 დონის ქეში პროცესორში

პროცესორის სწრაფქმედებაზე საუბრისას უნდა გვახსოვდეს, რომ აუცილებელია მას ჰქონდეს მაღალი ტაქტური სიხშირე და დიდი მოცულობის ქეში. L2 დონის ქეშის მოცულობა ძირითადად განსაზღვრავს პროცესორის ფასს, და დღეისათვის 512 KB-ზე ნაკლე­ბი ქეშის მქონე პროცესორები ვეღარ აკმაყოფილებენ რთული გრა­ფიკული და მულტიმედიური პროგრამების მოთხოვნებს.

ქეში უნიკალურია აგრეთვე თავისი უნარით, მიხვდეს თუ რა მონა­ცემები დაჭირდება პროცესორს უახლოეს მომავალში და წინას­წარ მოიმარაგოს ისინი. ეს დაახლოებით ასე ხდება. ვთქვათ, დღის 2 საათზე თქვენ შებრძანდით კაფეში და ოფიციანტს სთხოვეთ მოგიტა­ნოთ შემწვარი კარტოფილი. ოფიციანტმა შეკვეთა უნდა მისცეს, რათა შეგიწვან კარტოფილი, სანამ თქვენი შეკვეთა სრულდება დროს კარგავთ, როდესაც კარტოფილი მიირთვით ნამცხვარი ეკლერის მიყოლება მოინდომეთ, მაგრამ ეკლერი მზად არ აღმოჩნდა, კონდიტერი იძულებულია იგი ეხლა გაამზადოს, თქვენ ისევ მოც­დით, სადილის ბოლოს ყავის მიყოლება გადაწყვიტეთ, მაგრამ ყავაც მოსამზადებელია, კაფედან გამოსვლისას თქვენ შეამოწმეთ დრო და სადილზე 40 წუთი დაგიხარჯიათ. მეორე და მესამე დღეს იგივე განმეორდა ისეთივე თანმიმდევრობით. მეოთხე დღისთვის ოფიციანტი მიხვდა, რომ თქვენ 2 საათისათვის ისევ მობრძანდებით, წინასწარ მოამზადა კარტოფილი და შემოსვლისთანავე ცხელ-ცხელი მოგართ­ვათ, სანამ თქვენ შეექცევით იგი ეკლერს გიმზადებთ და თან ყავის შეკვეთას აძლევს. მოკლედ, ამ დღეს სადილს 15 წ. დასჭირდა. მომ­დევნო დღეს თქვენ მენიუ შეცვალეთ და კარტოფილის მაგივრად ხინკალი შეუკვეთეთ. დრო ისევ უსაშველოდ გაიწელება. ალბათ ხვდებით რაშია საქმე და ანალოგიას ქეშთან ატარებთ. ამ მოვლენას ქეშის ცდომილება ეწოდება და პრაქტიკაში იგი 10%-ს არ აღმატება, ანუ 90%-ში ქეში უშეცდომოდ ხვდება, თუ რა მონაცემები დასჭირ­დება პროცესორს. ისევე როგორც ქალბატონი ოფიციანტი მიხვდება, რომ საჭიროა ხშირად მოთხოვნადი კერძები წინასწარ მომზადებული ჰქონდეს. ჩვენს არგუმენტებში ადვილად დარწმუნდებით, თუ მიუჯდე­ბით კომპიუტერს და შეეცდებით დააბნიოთ ქეში მოულოდნელობე­ბით. თუმცა მისი დაბნევა საკმაოდ გაგიჭირდებათ, თუ რატომ ახლა მიგახვედრებთ. როდესაც თქვენ ერთი წიგნის კითხვისას გიწევთ სხვა­დასხვა გვერდზე გადახტომა და არ გინდათ წინა გვერდი დაგეკარ­გოთ როგორ მოიქცევით? ალბათ მას ჩაკეცავთ ან რაიმე ფურცელს ჩააყოლებთ, რათა შემდგომ ადვილად მიაგნოთ. ასე იქცევა ქეშიც. იგი იყოფა ოთხ ბლოკად და თითოეულს უთმობს სხვადასხვა მონა­ცემებს. მაგალითად, თუ თქვენ ოთხი პროგრამა ერთდროულად გახს­ნილი გაქვთ, დარწმუნებული ბრძანდებოდეთ, რომ ქეშს ყველა შესაბამისი მონაცემები თქვენთვის მზად აქვს. ამიტომ მას ოთხგვერდიანს უწო­დე­ბენ. როგორც ხედავთ, ქეშის თემა საკმაოდ საინტერესო, ერთ-ერთი ძირითადი და ამოუწურავია, ამიტომ ჩვენი ლექციების განმავლობაში მასთან არაერთხელ მოგვიწევს დაბრუნება. 

მონაცემთა მოძრაობის ზოგადი სქემა

ვაგრძელებთ რა პროცესორზე საუბარს გვინდა შევეხოთ მათი შესრულების სხვადასხვა ვარიანტსა და ტექნოლოგიას. მათგან გამოვყოფდით ე.წ. ჰიპერ ტრედინგ HT (Hypper Treading) ტექნოლოგიას. მუშაობის უმეტესი დროის განმავლობაში პროცესორები იყენებენ თავისი შესაძლებლობების დაახლოებით 30%, ხოლო დარჩენილი რესურსების 70% გამოუყენებელი რჩება. HT ტექნოლოგიით დამზადებულ პროცესორებს სისტემა აღიქვავს

HT ტექნოლოგიით დამზადებული პროცესორი

როგორც ორ დამოუკიდებელ პროცესორს და ყოფს მათ რესურსებს სხვადასხვა დავალებების შესასრულებლად. ასეთი პროცესორები საშუალებას გვაძლევენ უკე­თესად ვიმუშაოთ რამოდენიმე მიმართულებით ერთდროულად. ამას­თა­ნავე ისინი მოითხოვენ შესაბამისი დედაპლატების მხარდაჭერას.

     რაც დრო გადის ტექნოლოგიების განვითარება საშუალებას იძლევა უფრო გონიერები გავხადოთ პროცესორები. მაგალითად, თანა­მედროვე პროცესორს შეუძლია არეგულიროს თავისი კვება მუშაობის რეჟიმის შესაბამისად, ანუ თუ მას არ აქვს სრული დატ-ვირთვა იმუშაოს ნაკლებ ტაქტურ სიხშირეზე და შესაბამისად ნაკ­ლები ენერგია მოიხმაროს. ასეთი პროცესორები აუცილებელია პორტატულ კომპიუტერებში, სადაც კვება ბატარიებიდან ხდება და შესაბამისად ეკონომიაა საჭირო. ამას უზრუნველყოფს ტექნოლოგია SMM (System Management Mode) ანუ სისტემის მართვის რეჟიმი.

პროცესორის პროექტირებისას ინჟინრები ცდილობენ მათში წინასწარ ჩადონ გარკვეული ინსტრუქციები, თუ როგორ შეასრულოს მან ესა თუ ის დავალება, რათა მუშაობისას ამაზე დამატებითი რესურსები აღარ დაიხარჯოს. მაგალითად, აუდიო-ვიდეო და სხვა გრაფიკული გამოთვლების ჩასატარებლად Pentium ადრეულ პროცე­სორებშივე ჩაიდო ინსტრუქციების კრებული მულტიმედიასთან სამუ-შაოდ. ამ ტექნოლოგიას MMX (MultiMedia eXtensichs) ეწოდება. ყველა თანამედროვე პროცესორი შეიცავს ასეთ ინსტრუქციებს და შეგვხვ­დე­ბა Intel-ის პროცესორები SEE და SEE 2 ინსტრუქციათა კრებულით, ხოლო AMD 3D now და Enhanced 3D now ინსტრუქციებს იყენებს. რომ არ დავიბნეთ ეს მოვლენა ასე წარმოვიდგინოთ. თუ გვინდა რამე დავ­ხა­ტოთ, უინსტრუქციო პროცესორი ჩვენს ბრძანებებს ასე აღითქვამს: აიღე ფანქარი, შეუცვალე მას ფერი წითლად, მიიტანე ქაღალდთან, დაადე ფანქარი ქაღალდს, მოხაზე ფიგურა, აიღე ფანქარი ქაღალდიდან, დადე თავის ადგილას. ხოლო პროცესორი, რომელიც დამატებით ინსტრუქციებს შეიცავს ასე მიიღებს ჩვენს დავალებებს: აიღე წითელი ფანქარი, მოხაზე ფიგურა, დადე ფანქარი. გასაგებია ხომ? პროცესორს აღარ სჭირდება ზედმეტი ფიქრი.

MMX ტექნოლოგიით დამზადებული პროცესორი

პროცესორების არსებობის მანძილზე ყოველთვის აქტუალური იყო მუშაობისას მათი გაგრძელების საკითხი. როგორც ვიცით, იგი ელექტრონული მოწყობილობაა და იკვებება მუდმივი დენით, სხვადასხვა პროცესორების სამუშაო ძაბვა მერყეობს 1,2-3,3 V ფარგლებში და მოიხმარენ 100 W-მდე ენერგიას. მუდმივი დენი კვარცული ინვერ­ტო­რის მიერ გარდაიქმნება ცვლად დენად და როდესაც ვსაუბრობთ ტაქტურ სიხშირეზე ამ დენის სიხშირეს ვგულისხმობთ, ანუ რაც მაღალი სიხშირის დენი გვაქვს მით სწრაფად ირთვებიან და ითიშებიან ტრანზისტორები, რაც თავის მხრივ მათ გახურებას იწვევს. რომ არ მოხდეს მათი გადაწვა, საჭიროა ისინი მუდმივად გავაგრილოთ. არსებობს გარკვეული ზღვრები, რომლებიც განსაზღვრავენ პროცესორ­თა ტემპერატურულ რეჟიმებს. Intel-ის პროცესორები შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე (40-50⁰) მუშაობენ კარგად, AMD კი 50-60⁰-ზე. ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობამაც შეიძლება პრობლემები შეგიქმნათ. ხშირად ზამთარში, გაუთბობელ ოთახში კომპიუტერს ჩატვირთვა უჭირს. ასე რომ, გაგრილების საკითხს დიდი ყურადღება უნდა მივაქციოთ. პროცესორების გასაგრილებლად გამოიყენება რადიატორები ე.წ. ქულერები (Cooler).

ისინი ზემოდან ადგებიან პრო­ცე­სორების კორპუსს. სითბოს უკეთესი გადაცემისთვის მათ შორის აცხებენ სპეციალური თერმოპასტის თხელ ფენას. არსებობს აქტიური და პასიური ქულერები.

                       

პასიური ქულერი                                                                               თერმოპასტები

აქტიურია ქულერი, თუ რადიატორზე დამა­ტებით ვენტილაორია დამაგრებული, ხოლო პასიურ ქულერებს ვენტილატორები არ აქვთ.

აქტიური ქულერი

დღეისათვის გამოიყენება სხვადასხვა ტიპის ქულერები, მძლავრ სისტემებში გასაგრილებლად მაცივრის საყინულის ტიპის ქულერებიც გამოიყენება. არსებობს აგრეთვე წყლით გაგრილების სისტემებიც.

თხევადი აზოტით გაგრილების სისტემა

       

    წყლით გაგრილების სისტემა                                             ფრეონით გაგრილების სისტემა

თანამედროვე ქულერები გონიერ მექანიზმებს წარმოადგენენ. მათ შეუძლიათ დედაპლატიდან მიღებული იმპულსის შესაბამისად ცვალონ ვენტილატორის ბრუნები და შეინარჩუნონ მუშა ტემპერა­ტურა. პროცესორის სამუშაო ტემპერატურული რეჟიმი ზოგიერთი ვერსიის BIOS-იდანაც შეგვიძლია ვარეგულიროთ.სანამ პროცესორების ცალკეულ მოდელებს შევეხებით ვნახოთ, თუ როგორი ბუდეები გვხვდება მათ ჩასასმელად. წინა ლექციები­დან გვახსოვს, რომ გვხვდება 2 ძირითადი ტიპის კორპუსის პროცე­სორები PGA და SEC. შესაბამისად მათ სჭირდებათ განსხვავებული ბუდეები, ანუ ადგილები სადაც მათ ვსვავთ. PGA პროცესორების ჩასასმელად გამოიყენება ე.წ. სოკეტები (Socket), ხოლო SEC პროცე­სორებს სლოტებში (Slot) ვაჯენთ.სოკეტი წარმოადგენს პლასტმასის ბუდეს, რომელიც დედაპლატაზეა დამაგრებული და მასზე ნახვრეტე­ბის რაოდენობა შეესაბამება პროცესორის ფეხების რაოდენობას. კუთხეში მას აქვს ნახვრეტების წაკვეთილი ფორმა, იგი წარმოადგენს მიმმართველს, რათა შემთხვევით პროცესორი სხვა მდგომარეო­ბაში არ ჩავსვათ. აქვს მარტივი მექანიზმი პროცესორის დასაფიქსირებლად და იგი გვერდით მდებარე პლასტმასის ან მეტალის ბერკეტით იმართება. პროცესორის ფეხების რაოდენობის მიხედვით შეგვხვდება Socket 370, Socket 423, Socket 462, Socket 478 და სხვა. ძველ მოდელებში გამოიყენება Socket 7 და Socket 8 ბუდეები. LGA თანამედ­როვე პროცესორებისათვის 775 პინიანი სოკეტი გვხვდება, სადაც პროცესორის ჩასმას დიდი სიზუსტე სჭირდება და სპეციალურ ჩამს­მელებს იყენებენ.