Əsas məzmuna keçin

CPU Arxitekturası

CPU Nədir?​

CPU (Central Processing Unit) - kompüterin beyni, bütün hesablama əməliyyatlarını və proqram təlimatlarını icra edən əsas komponentdir.

CPU Komponentləri​

Əsas Komponentlər​

1. Control Unit (İdarəetmə Bloku)

  • Təlimatları decode edir
  • CPU komponentlərinə control signal göndərir
  • Execution flow-u idarə edir

2. ALU (Arithmetic Logic Unit)

  • Riyazi əməliyyatlar (toplama, çıxma, vurma, bölmə)
  • Məntiqi əməliyyatlar (AND, OR, NOT, XOR)
  • Müqayisə əməliyyatları

3. Registers (Qeydlər)

  • Ən sürətli yaddaş növü
  • CPU daxilində kiçik data saxlayır
  • Növləri: Program Counter, Instruction Register, General Purpose

4. Cache Memory

  • CPU və RAM arasında sürətli buffer
  • L1, L2, L3 səviyyələri

Instruction Cycle​

CPU-nun təlimat icra etmə tsikli:

1. Fetch​

  • Təlimatı yaddaşdan oxuyur
  • Program Counter-dən ünvanı alır
  • Instruction Register-ə yerləşdirir

2. Decode​

  • Təlimatı şərh edir
  • Hansı əməliyyatın icra olunacağını müəyyənləşdirir
  • Lazım olan operandları tapır

3. Execute​

  • ALU əməliyyatı icra edir
  • Nəticəni hesablayır

4. Memory Access​

  • Əgər lazımdırsa, memory-dən oxuyur və ya yazır

5. Write Back​

  • Nəticəni register-ə yazır

Pipelining​

Pipelining - müxtəlif təlimatların müxtəlif mərhələlərini paralel icra etmək texnikası.

Pipeline Hazards​

1. Structural Hazards

  • Hardware resurslarının çatışmazlığı
  • Həll: Resource duplication

2. Data Hazards

  • Təlimatlar arasında data asılılığı
  • Növləri: RAW, WAR, WAW
  • Həll: Forwarding, Stalling

3. Control Hazards

  • Branch təlimatları pipeline-ı pozur
  • Həll: Branch prediction

Superscalar və Out-of-Order Execution​

Superscalar​

  • Bir cycle-da bir neçə təlimat icra edir
  • Multiple execution units
  • Daha yüksək throughput

Out-of-Order Execution​

  • Təlimatları sıra ilə deyil, hazır olduqca icra edir
  • Data asılılığını minimize edir
  • Performansı artırır

CISC vs RISC​

CISC (Complex Instruction Set Computer)​

Xüsusiyyətlər:

  • Çoxlu və mürəkkəb təlimatlar
  • Variable-length instructions
  • Memory-to-memory operations
  • Az sayda general purpose registers
  • Microcode istifadə edir

Nümunələr: x86, x86-64

Üstünlükləri:

  • Code density yüksək
  • Compiler-ə sadəlik

Çatışmazlıqları:

  • Pipeline çətinliyi
  • Decode kompleksliyi

RISC (Reduced Instruction Set Computer)​

Xüsusiyyətlər:

  • Sadə və az sayda təlimat
  • Fixed-length instructions
  • Load/Store arxitekturası
  • Çoxlu general purpose registers
  • Hardware execution (microcode yox)

Nümunələr: ARM, RISC-V, PowerPC, MIPS

Üstünlükləri:

  • Pipelining asandır
  • Yüksək clock frequency
  • Enerji səmərəliliyi

Çatışmazlıqları:

  • Daha çox təlimat lazımdır
  • Code size böyükdür

Müqayisə​

XüsusiyyətCISCRISC
Instruction sayıÇoxAz
Instruction uzunluğuVariableFixed
Addressing modesÇoxAz
PipelineÇətinAsan
RegistersAzÇox
ExecutionMicrocodeHardware
Nümunəx86ARM, RISC-V

Multi-Core Architecture​

Multi-core CPU - bir chip-də bir neçə independent processor core.

Üstünlükləri​

  • Parallelizm: Bir neçə thread eyni vaxtda işləyir
  • Enerji səmərəliliyi: Aşağı frequency-də yüksək performans
  • Throughput: Daha çox iş görülür

Çətinliklər​

  • Cache coherence: Cache-lər arasında sinxronizasiya
  • Load balancing: İşin core-lar arasında bölüşdürülməsi
  • Synchronization overhead: Thread-lər arası əlaqə

Performans Göstəriciləri​

Clock Speed (Frequency)

  • Hz ilə ölçülür (GHz)
  • Daha yüksək = daha sürətli (eyni arxitekturada)

IPC (Instructions Per Cycle)

  • Bir cycle-da icra olunan orta təlimat sayı
  • Arxitektura keyfiyyətini göstərir

TDP (Thermal Design Power)

  • CPU-nun istehlak etdiyi enerji
  • Cooling tələbini müəyyənləşdirir

Həqiqi Dünya Nümunələri​

Intel Core i7:

  • CISC (x86-64)
  • Superscalar, Out-of-order
  • 4-8 cores
  • Hyper-threading

Apple M1:

  • RISC (ARM)
  • High-performance + Efficiency cores
  • 8 cores
  • Unified memory architecture

AMD Ryzen:

  • CISC (x86-64)
  • Chiplet architecture
  • 6-16 cores
  • SMT (Simultaneous Multi-Threading)

Əlaqəli Mövzular​

  • Memory Hierarchy: Cache və memory strukturu
  • Pipelining Hazards: Pipeline problemləri
  • Branch Prediction: Branch təlimatların proqnozlaşdırılması
  • Parallelism: Paralel icra növləri