ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Transcript

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Κ. Δεμέστιχας Εργαστήριο Πληροφορικής Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Επικοινωνία μέσω Διαφάνειες [14, 16, 21-24, 40-48]: Καθ. Νικόλαος Λορέντζος 1

2 6. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ 2

3 Βασική Αρχιτεκτονική Η/Υ 3

4 Αρχιτεκτονική Η/Υ 4

5 Αρχιτεκτονική Η/Υ Κάθε Η/Υ αποτελείται από 4 βασικά μέρη: Αριθμητική Λογική Μονάδα (Arithmetic Logic Unit ή ALU) Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) Μονάδα Μνήμης (Memory Unit) ή απλώς Μνήμη Μονάδα Εισόδου Εξόδου (Ε/Ε) (Input Output ή I/O Unit) Η μονάδα ελέγχου μαζί με την ALU συναποτελούν τη λεγόμενη κεντρική μονάδα επεξεργασίας ΚΜΕ (Central Processing Unit, CPU) 5

6 Αρχιτεκτονική Η/Υ Η ALU περιέχει έναν τουλάχιστον συσσωρευτή και εκτελεί τις βασικές αριθμητικές πράξεις (πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό και διαίρεση) τις λογικές πράξεις (λογικό AND, OR κ.λπ.) άλλες βοηθητικές εργασίες, π.χ. ολίσθηση Η μονάδα μνήμης χρησιμεύει για την αποθήκευση των αρχικών δεδομένων (δεδομένα εισόδου), των αποτελεσμάτων που προκύπτουν ενδιάμεσα, των τελικών αποτελεσμάτων (δεδομένα εξόδου) και του συνόλου των εντολών που πρέπει να εκτελέσει ο Η/Υ (πρόγραμμα) Η μονάδα Ι/Ο επιτρέπει την επικοινωνία του ανθρώπου με τον υπολογιστή και σε αυτήν συνδέονται οι περιφερειακές μονάδες, όπως είναι το πληκτρολόγιο και το ποντίκι (για την είσοδο), η οθόνη και ο εκτυπωτής (για την έξοδο) Η μονάδα ελέγχου αποσκοπεί στον έλεγχο και συντονισμό όλης της λειτουργίας του Ανακτά από τη μνήμη μία προς μία τις εντολές του προγράμματος, τις αναλύει σε στοιχειώδεις λειτουργίες και στέλνει στις διάφορες μονάδες σήματα για το τι και πότε πρέπει να εκτελέσουν 6

7 Αρχιτεκτονική Η/Υ 7

8 Δομικά στοιχεία ενός πολύ απλού Η/Υ Έστω απλός (υποθετικός) υπολογιστής με τα εξής χαρακτηριστικά: Το μήκος λέξης είναι 16 bits (=2 bytes) H ALU διαθέτει τους εξής άμεσα προσπελάσιμους καταχωρητές: έναν καταχωρητή γενικού σκοπού (συσσωρευτή) Α μήκους 16 bits έναν καταχωρητή δείκτη Β μήκους 12 bits Η μνήμη διαθέτει 2 12 =4Κ θέσεις, μήκους 16 bits η κάθε μία, καθώς και δύο καταχωρητές: τον MDR (καταχωρητής δεδομένων μνήμης memory data register) μήκους 16 bits τον MAR (καταχωρητής διευθύνσεων μνήμης memory address register) μήκους 12 bits Για την εγγραφή μιας λέξης δεδομένων στη μνήμη, αυτή πρέπει πρώτα να αποθηκευτεί στον MDR, ενώ η διεύθυνση στην οποία πρόκειται να γίνει η αποθήκευση πρέπει να γραφεί στον καταχωρητή MAR Αντίστοιχα, για την ανάγνωση, το περιεχόμενο μιας θέσης μνήμης της οποίας η διεύθυνση είναι γραμμένη στον MAR μεταφέρεται στον MDR, για να μεταφερθεί στη συνέχεια στις άλλες μονάδες του υπολογιστή Σημείο-κλειδί: η κατανόηση των εννοιών «θέση μνήμης», «περιεχόμενο θέσης μνήμης» και «διεύθυνση θέσης μνήμης» (ή απλώς διεύθυνση μνήμης) 8

9 Δομικά στοιχεία του απλού Η/Υ Η μονάδα I/O περιέχει έναν καταχωρητή δεδομένων Χ, που δέχεται από τις περιφερειακές μονάδες τα δεδομένα (λέξεις) που προορίζονται για την ΚΜΕ και το αντίστροφο μήκος 16 bits έναν καταχωρητή Υ, που περιέχει τη διεύθυνση του περιφερειακού από ή προς το οποίο θα γίνει η μεταφορά των δεδομένων μήκος εξαρτώμενο από τον αριθμό των περιφερειακών μονάδων που μπορεί να έχει ο υπολογιστής Η μονάδα ελέγχου περιέχει τον καταχωρητή IR (καταχωρητής εντολών instruction register), ο οποίος δέχεται μία προς μία τις εντολές του προγράμματος από τη μνήμη για να αναγνωρισθούν, να αναλυθούν σε επιμέρους εργασίες και να εκτελεστούν τον καταχωρητή PC (μετρητής προγράμματος ή μετρητής εντολών program counter ή instruction counter), το περιεχόμενο του οποίου δίνει κάθε φορά τη διεύθυνση της θέσης μνήμης στην οποία είναι αποθηκευμένη η επόμενη προς εκτέλεση εντολή Η εντολή αυτή θα μεταφερθεί από τη μνήμη στον καταχωρητή IR και, κατόπιν, ο PC θα αυξηθεί αυτόματα 9

10 Μια ματιά στα ενδότερα του απλού Η/Υ Γενικό κύκλωμα του συσσωρευτή Α Παρατηρούμε τη χρήση πολλών από τα λογικά κυκλώματα που εξετάσαμε 10

11 Διάδρομοι υπολογιστή Η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των μονάδων ενός υπολογιστή γίνεται μέσω γραμμών και σύμφωνα με προκαθορισμένους κανόνες μεταφοράς Το φυσικό μέσο μεταφοράς των πληροφοριών όπως και οι κανόνες συνιστούν ένα διάδρομο (bus) Ο διάδρομος περιλαμβάνει γραμμές δεδομένων και γραμμές ελέγχου Χαρακτηριστικά διαδρόμου: Ταχύτητα ή συχνότητα διαδρόμου: φανερώνει τον όγκο δεδομένων που μπορούν να μεταδοθούν στη μονάδα του χρόνου (π.χ. 33MHz) Χρόνος αδράνειας (latency): είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη μετάδοση του πρώτου τμήματος δεδομένων από ένα σημείο σε ένα άλλο Εύρος διαδρόμου: δηλώνει το πλήθος των παράλληλων γραμμών του διαδρόμου (π.χ. 64 bits) Δύο χαρακτηριστικά παραδείγματα οργάνωσης διαδρόμων φαίνονται στα διπλανά σχήματα 11

12 Τυπική αρχιτεκτονική προσωπικού υπολογιστή Παρατηρούμε την ευρεία χρήση διαδρόμων 12

13 Μνήμη υπολογιστή Η μνήμη ενός υπολογιστή διακρίνεται συνήθως στην κύρια μνήμη και στη δευτερεύουσα μνήμη Κύρια μνήμη (ή και απλά μνήμη) = μονάδα μνήμης (που είδαμε σε προηγούμενες διαφάνειες) Προσφέρει προσωρινή μόνο αποθήκευση (δηλ. τα δεδομένα της χάνονται όταν σταματήσει η τροφοδοσία) Είναι δηλ. volatile memory Είναι μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM Random Access Memory), δηλ. ο χρόνος που χρειάζεται η ανάγνωση ή εγγραφή μιας πληροφορίας σε μια οποιαδήποτε θέση μνήμης είναι πάντα ο ίδιος, ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη διεύθυνση της θέσης 13

14 Μνήμη Υπολογιστή 14 Κύρια Μνήμη: Χωρίζεται σε διευθύνσεις Μέτρηση χωρητικότητάς της σε Bytes (ΚB, MB, GB) Kilobyte: 1 KB = 2 10 Megabyte: 1 MB = 2 10 Gigabyte: 1 GB = 2 10 Terabyte: 1 TB = 2 10 B KB MB GB 2 n -1

15 Μνήμη Υπολογιστή Δευτερεύουσα (ή βοηθητική) μνήμη = περιφερειακές συσκευές που χρησιμοποιούνται ως αποθηκευτικός χώρος (σκληροί δίσκοι, οπτικοί δίσκοι κ.λπ.) Τα δεδομένα παραμένουν αναλλοίωτα όταν σταματήσει η τροφοδοσία Είναι δηλ. non-volatile memory Η δευτερεύουσα μνήμη είναι πιο αργή και δεν είναι άμεσα προσπελάσιμη από την ΚΜΕ, αφού τα περιεχόμενά της πρέπει πρώτα να μεταφερθούν στην κύρια μνήμη με τη βοήθεια της μονάδας εισόδου/εξόδου 15

16 Μνήμη υπολογιστή Τέλος, η μνήμη ROM (Read Only Memory) αποτελεί μνήμη μόνο προς ανάγνωση. Είναι και αυτή non-volatile. Ένας από τους κύριους λόγους που ο υπολογιστής χρειάζεται να έχει ROM είναι για να γνωρίζει τι να κάνει όταν ξεκινάει για πρώτη φορά (bootstrapping). ROM (Read Only Memory): Μνήμη Ανάγνωσης Τα δεδομένα καταχωρούνται στο στάδιο της παραγωγής της ROM (π.χ. Λειτουργικό Σύστημα Η/Υ). PROM (Programmable ROM): Προγραμματιζόμενη μνήμη ανάγνωσης Τα δεδομένα καταχωρούνται μετά την παραγωγή της PROM (π.χ. πρόγραμμα γραφικών, κινητού κλπ.) EPROM (Erasable Programmable ROM): Διαγραφόμενη μνήμη ανάγνωσης 16

17 Κύκλος εκτέλεσης εντολών (κύκλος μηχανής) Φάση ανάκλησης (fetch phase) Η εντολή της οποίας η διεύθυνση βρίσκεται στο μετρητή προγράμματος PC μεταφέρεται από τη μνήμη στον MDR και ύστερα στον καταχωρητή εντολών IR Ο μετρητής προγράμματος αυξάνεται κατά 1 Φάση εκτέλεσης (execution phase) Αποκωδικοποίηση της εντολής που βρίσκεται στον καταχωρητή εντολών IR και εκτέλεση των λειτουργιών που εκτελεί η συγκεκριμένη εντολή 17

18 Μορφή εντολής Στον απλό Η/Υ που εξετάζουμε, κάθε εντολή παριστάνεται με μια λέξη: τμήμα εντολής n 1 = 4 bits τμήμα διεύθυνσης n 2 = 12 bits Το σύνολο των εντολών ενός υπολογιστή ονομάζεται ρεπερτόριο εντολών Ερώτηση: Πόσες διαφορετικές εντολές είναι δυνατόν να έχουμε σε αυτόν τον Η/Υ; 18

19 Παράδειγμα εντολής Η εντολή Κώδικας εντολής: 0101 Τμήμα διεύθυνσης: Σημασία: Η εντολή με κώδικα 0101 υπαγορεύει: «Πολλαπλασίασε το περιεχόμενο του συσσωρευτή με το περιεχόμενο της διεύθυνσης μνήμης την οποία δείχνει το τμήμα διεύθυνσης. Το αποτέλεσμα μένει στο συσσωρευτή» Εδώ: «Πολλαπλασίασε το περιεχόμενο του συσσωρευτή με το περιεχόμενο της διεύθυνσης Το αποτέλεσμα μένει στο συσσωρευτή» 19

20 Διεύθυνση vs Τμήμα διεύθυνσης εντολής Διεύθυνση εντολής: Η διεύθυνση μιας θέσεως της μνήμης στην οποία είναι αποθηκευμένη η εντολή Τμήμα διεύθυνσης μιας εντολής: Μέρος της ίδιας της εντολής που συνήθως υποδεικνύει τη διεύθυνση μιας άλλης θέσης της μνήμης, το περιεχόμενο της οποίας θα χρησιμοποιηθεί κατά την εκτέλεση της εντολής 20

21 Τεχνολογία RISC 21 RISC = Reduced Instruction Set Computer Ο Η/Υ εκτελεί μια απλή εντολή σε κάθε κύκλο μηχανής. Αρχιτεκτονική που επιτρέπει την κίνηση δεδομένων και εντολών μέσω επάλληλων διόδων που συνδέουν επεξεργαστή και μνήμη. Απλούστευση πρόσβασης στις διευθύνσεις της μνήμης. Βελτίωση μεταφραστή με αποτέλεσμα να προκύπτουν αποδοτικές εντολές μηχανής.

22 Ταχύτητα Η/Υ 22 Το πλήθος των εντολών που εκτελούνται ανά δευτερόλεπτο (MHz, GHz).

23 Παράγοντες που επιδρούν στην απόδοση του Η/Υ 23 Ταχύτητα Η/Υ Αρχιτεκτονική Η/Υ Μέγεθος Κύριας Μνήμης Ύπαρξη ROM Ύπαρξη και μέγεθος Λανθάνουσας Μνήμης Ύπαρξη πολλών επεξεργαστών (παράλληλη επεξεργασία) Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων

24 Κατηγορίες Η/Υ 24 Μεγάλοι Μεσαίου μεγέθους Μικροϋπολογιστές

25 Μνήμες Η/Υ Κύρια Δευτερεύουσα Εικονική 25

26 Σύνδεση με τα προηγούμενα Το υλικό ενός υπολογιστή αποτελείται από την ΚΜΕ (τα βασικά συστατικά της οποίας είναι η αριθμητικήλογική μονάδα και η μονάδα ελέγχου), μνήμη (κύρια και βοηθητική), καθώς και συσκευές εισόδου/εξόδου (Ε/Ε), συνδεδεμένες μεταξύ τους με έναν ή περισσότερους διαύλους Η υλοποίηση κάθε μονάδας βασίζεται στη λογική σχεδίαση 26

27 Μνήμη Ιεραρχία Μνήμης Τυπική Αποθηκευτική Ικανότητα μερικά KB Καταχωρητές Τυπικός Ρυθμός Μεταφοράς Δεδομένων Τυπικός Χρόνος Προσπέλασης 1 nsec μερικά MB Λανθάνουσα Μνήμη έως 700 GB/sec 2 nsec μερικά GB Κύρια Μνήμη έως 10 GB/sec 10 nsec εκατοντά δες GB Μνήμη Flash (SSD) έως 600 MB/sec 100 nsec μερικά TB Μαγνητικός Δίσκος έως 160 ΜΒ/sec 10 msec έως και exabyte Μαγνητική Ταινία 100 MB/sec 100 sec 27 *Ενδεικτικές τιμές για το 2015

28 Μνήμη Χρήση Λανθάνουσας Μνήμης Μια σπουδαία ιδιότητα των εκτελούμενων προγραμμάτων είναι η τοπικότητα της αναφοράς (locality of reference) Όταν ένα πρόγραμμα εκτελείται από την ΚΜΕ, η επόμενη εντολή που ανακαλείται κάθε φορά από τη μνήμη για να εκτελεστεί στην ΚΜΕ ανήκει πιθανότατα σε κάποια γειτονική θέση μνήμης Ομοίως, η τοπικότητα ισχύει και για τα δεδομένα των προγραμμάτων (π.χ., ένας πίνακας με αριθμούς είναι αποθηκευμένος σε γειτονικές θέσεις μνήμης) Τα συχνά χρησιμοποιούμενα δεδομένα μπορούν να αποθηκεύονται σε μια μνήμη με μικρή χωρητικότητα και γρήγορη προσπέλαση (λανθάνουσα μνήμη cache), ενώ τα υπόλοιπα σε μνήμη μεγαλύτερης χωρητικότητας αλλά και μεγαλύτερου χρόνου προσπέλασης (δηλ. στην κύρια μνήμη RAM) Η λανθάνουσα μνήμη βρίσκεται μέσα ή «κοντά» στην ΚΜΕ Οι σύγχρονες CPU περιέχουν μάλιστα από 1 έως 4 επίπεδα λανθάνουσας μνήμης (L1, L2, L3, L4), καθένα μεγαλύτερο σε χωρητικότητα αλλά και πιο αργό από τα προηγούμενα π.χ. αν δεν βρεθεί μια αναζητούμενη λέξη στη λανθάνουσα μνήμη L1, τότε αναζητείται στην L2, κοκ. Ευστοχία κρυφής μνήμης (cache hit): Όταν το εκτελούμενο πρόγραμμα αναζητεί μια λέξη για να φορτώσει, το υλικό της λανθάνουσας μνήμης ψάχνει να βρει αν αυτή περιέχεται στη λανθάνουσα μνήμη. Αν ναι, τότε η αίτηση ικανοποιείται και δεν χρειάζεται να γίνει αίτηση στην κύρια μνήμη. 28

29 Μαγνητικά Μέσα Αποθήκευσης Στα μαγνητικά μέσα αποθήκευσης, η εγγραφή δεδομένων βασίζεται στη μόνιμη μαγνήτιση μιας μικρής περιοχής του μέσου με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομαγνήτη Εγγραφή: λογικό 0 ή 1 φορά επαγωγικού ρεύματος πολικότητα μαγνήτισης Ανάγνωση: πολικότητα μαγνήτισης φορά επαγωγικού ρεύματος λογικό 0 ή 1 Ο κυριότερος τύπος μαγνητικού μέσου σήμερα είναι οι σκληροί δίσκοι 29

30 Μαγνητικοί Δίσκοι tracks/τροχιές surface/επιφάνεια track/τροχιά gaps/κενά spindle/άτρακτος sectors/τομείς Ο μαγνητικός (σκληρός) δίσκος είναι συσκευή που έχει ηλεκτρομηχανικά μέρη Ο δίσκος αποτελείται από μαγνητικές πλάκες, κάθε μία εκ των οποίων έχει δύο επιφάνειες Κάθε επιφάνεια αποτελείται από ομόκεντρους κύκλους (ή καλύτερα: δακτύλιους) που ονομάζονται τροχιές Κάθε τροχιά αποτελείται από τομείς χωρισμένους μεταξύ τους με κενά 30

31 Μαγνητικοί Δίσκοι Οι ευθυγραμμισμένες τροχιές σχηματίζουν έναν κύλινδρο Οι μαγνητικές πλάκες περιστρέφονται με 5400, 7200 ή στροφές ανά λεπτό (rpm rotations per minute) Ένας μηχανικός βραχίονας κινείται κατά τη διεύθυνση που δείχνει το σχήμα, διαθέτοντας μία κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής ανά επιφάνεια Το σύνολο των δεδομένων που αποθηκεύονται σε έναν τομέα λέγεται ενότητα ή μπλοκ (block) Στους σύγχρονους δίσκους, οι εξωτερικές τροχιές έχουν περισσότερους τομείς και όχι ισάριθμους με τις εσωτερικές cylinder/κύλινδρος surface/επιφάνεια 0 surface/επιφάνεια 1 surface/επιφάνεια 2 surface/επιφάνεια 3 surface/επιφάνεια 4 surface/επιφάνεια 5 Κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής (1 ανά επιφάνεια) platter/πλάκα 0 platter/πλάκα 1 platter/πλάκα 2 Διεύθυνση κίνησης βραχίονα spindle/άτρακτος 31

32 Μαγνητικοί Δίσκοι Τυπικό μέγεθος τομέα: 512 bytes Οι δίσκοι διαβάζουν και γράφουν δεδομένα σε συστοιχίες (clusters), δηλ. σε ομάδες συνεχόμενων τομέων ένα cluster μεγέθους 512 bytes περιέχει έναν τομέα ένα cluster μεγέθους 4096 bytes περιέχει 8 τομείς Το μέγεθος του cluster εξαρτάται από το σύστημα αρχείου (file system) του δίσκου Κατά συνέπεια, αν το χρησιμοποιούμενο cluster έχει μέγεθος 4096 bytes, δηλ. 8 τομέων, τότε για την αποθήκευση ενός μικρού αρχείου, π.χ. μεγέθους 10 bytes, θα αφιερωθούν 4096 bytes Χωρητικότητα (capacity): ο μέγιστος αριθμός bytes που μπορούν να αποθηκευτούν στο δίσκο 32

33 Συστήματα αρχείων File Allocation Table (FAT) το παλαιότερο εκ των πιο συνηθισμένων συστημάτων αρχείων 4 διαθέσιμες εκδόσεις: FAT12, FAT16, FAT32, FATX χρησιμοποιείται σε μνήμες flash - δε χρησιμοποιείται στα νεότερα λειτουργικά συστήματα The New Technology File System (NTFS) χρησιμοποιείται στα Windows 8, Vista, XP καλύτερη υποστήριξη δίσκων μεγάλης χωρητικότητας σε σχέση με το FAT μεγαλύτερη ασφάλεια μέσω συστήματος αδειών και κρυπτογράφησης Hierarchical File System (HFS+) χρησιμοποιείται κυρίως από Apple προϊόντα 33

34 time, the average rotational latency, and the average transfe nμαγνητικοί modern drives, Δίσκοι T avg seek,measured by taking the mean of several following parameters: s, Χρόνοι is typically για on την the προσπέλαση order of 3to 9 ms. δεδομένων The maximum time for a high as 20 ms. Χρόνος αναζήτησης (seek time): ο χρόνος Parameter μέχρι ο βραχίονας να βρεθεί στη σωστή (επιθυμητή) τροχιά Rotational rate Μέσος χρόνος αναζήτησης: 3-10 msec ad is in position over the track, the drive waits forthe first bit ofthe ad. The performance of this step depends on both the T avg position seek of the the target sector and the rotational speed of the disk. In the worst rget sector and waits for the disk to make a full rotation. Thus, the econds, is given by Μέγιστος χρόνος αναζήτησης: 20 msec Average # sectors/track Χρόνος περιστροφικής καθυστέρησης (rotational latency): ο χρόνος αναμονής μέχρι ο επιθυμητός τομέας να φτάσει For this disk, the average rotational latency (in ms) is κάτω από την κεφαλή: T max r otati on = 1 RPM 60 secs 1min T avg r otati on = 1/2 T max r otation = 1/2 (60 secs / 720 Χρόνος μεταφοράς (transfer time): ο χρόνος πραγματοποίησης της ανάγνωσης ή εγγραφής 4msτων δεδομένων άπαξ και η θέση του πρώτου bit του επιθυμητού τομέα έχει φθάσει κάτω από την κεφαλή The average transfer time is, γίνεται με τυπικό ρυθμό από 50 MB/sec για τους φθηνούς δίσκους έως 160 MB/sec για τους ταχύτερους 34 T avg transf er = 60 / 7200 RPM 1/400

35 Μαγνητικοί Δίσκοι Συνολικός χρόνος προσπέλασης δεδομένων Έστω σκληρός δίσκος των 7200 rpm στον οποίο ο μέσος χρόνος αναζήτησης έχει εκτιμηθεί ίσος με 9 msec, ενώ ο ρυθμός μεταφοράς μόλις βρεθεί ο σωστός τομέας είναι 100 MB/sec Ποιος είναι ο εκτιμώμενος συνολικός χρόνος για την προσπέλαση δεδομένων μεγέθους 300 KB; Απάντηση: T access = T avg seek + T avg rotation + T avg transfer T avg seek = 9 msec T avg rotation = (1/2)*(1/7200)*60 sec = 4.17 msec T avg transfer = (300*2 10 ) / (100*2 20 ) sec = 3/2 10 sec = 2.93 msec T access = = 16.1 msec 35

36 Μνήμη Flash Δίσκοι SSD Σημαντική πρόοδος έχει επιτευχθεί όσον αφορά τις επιδόσεις της δευτερεύουσας μνήμης με την εισαγωγή και χρήση των δίσκων SSD Solid State Disks Χρησιμοποιούνται και αυτοί για μόνιμη αποθήκευση δεδομένων Σε αντίθεση με τους μαγνητικούς σκληρούς δίσκους, οι SSD δεν έχουν ηλεκτρομηχανικά μέρη Οι περισσότεροι δίσκοι SSD υλοποιούνται με μνήμη Flash τύπου NAND, δηλ. με τρανζίστορ η συνδεσμολογία των οποίων μοιάζει με πύλες NAND 36

37 Εικονική Μνήμη Πολλοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μέρος των σκληρών δίσκων ως εικονική μνήμη (virtual memory) Η εικονική μνήμη είναι μια μέθοδος μέσω της οποίας καλύπτεται η ανάγκη εκτέλεσης προγραμμάτων που είναι πολύ μεγάλα για να χωρέσουν στη φυσική μνήμη (κύρια μνήμη RAM) του υπολογιστή προγραμμάτων που επιθυμούμε να εκτελεστούν ταυτόχρονα, καθένα εκ των οποίων χωράει μεν μεμονωμένα στη μνήμη αλλά όλα μαζί υπερβαίνουν τη χωρητικότητά της Η βασική ιδέα είναι η τοποθέτηση των εκτελούμενων προγραμμάτων στο δίσκο και η χρήση της κύριας μνήμης ως ένα είδος «λανθάνουσας» μνήμης (cache) για τα τμήματα των προγραμμάτων που χρησιμοποιούνται πιο συχνά χρησιμοποιείται μηχανισμός αντιστοίχισης των εικονικών διευθύνσεων μνήμης σε διευθύνσεις φυσικής μνήμης Εναλλακτική της μεθόδου εικονικής μνήμης είναι η εναλλαγή (swapping): τα εκτελούμενα προγράμματα μεταφέρονται από το δίσκο στη μνήμη στην ολότητά τους, εκτελούνται για κάποιο διάστημα και, στη συνέχεια, επιστρέφονται στο δίσκο 37

38 Άσκηση Θεωρείστε ένα σύστημα υπολογιστή που διαθέτει λανθάνουσα μνήμη (cache), κύρια μνήμη (RAM) και σκληρό δίσκο, μέρος του οποίου χρησιμοποιείται ως εικονική μνήμη (virtual memory). Χρειάζονται 2 nsec για την προσπέλαση μιας λέξης από τη λανθάνουσα μνήμη, 10 nsec για την προσπέλαση μιας λέξης από τη μνήμη RAM, και 10 msec για την προσπέλαση μιας λέξης από το δίσκο. Αν το ποσοστό ευστοχίας (cache hit) της λανθάνουσας μνήμης είναι 95% και το ποσοστό ευστοχίας της κύριας μνήμης (μετά από μια αστοχία λανθάνουσας μνήμης) είναι 99%, ποιος είναι ο μέσος χρόνος προσπέλασης μιας λέξης; Απάντηση: 0.95* *0.99*(2+10) *0.01*( ) = nsec ή με άλλον τρόπο: * *0.01*10 7 = nsec 38

39 Περιφερειακές Μονάδες Εισόδου/Εξόδου Παραδείγματα 39

40 Περιφερειακές Μονάδες Μονάδες Εισόδου (Input, I) Μονάδες Εξόδου (Output, O) Δευτερεύουσες Μνήμες (Ι/Ο) - Μονάδα (Σκληρού) Δίσκου - Μονάδα CD/DVD - Μονάδα Δισκέτας - Μονάδα USB - Μονάδα Ταινίας - Μονάδα Καρτών - Μονάδα Χαρτοταινιών - Πληκτρολόγιο (I) Ποντίκι (Ι) Απλή Οθόνη (O) Οθόνη Αφής (I/O) Σαρωτής (scanner) (I) Εκτυπωτής (O) Σχεδιαγράφος (Ο) Ψηφιοποιητής (Ι) Μικρόφωνο (Ι) Ηχείο (Ο) Ψηφιακή Κάμερα (Ι) Χειριστήριο (Joystick) (I) 40

41 Μονάδα (Μαγνητικού) Δίσκου και Μονάδα Οπτικού Δίσκου Μονάδα Δίσκου Μονάδα CD/DVD 41

42 Μονάδα Ταινίας 42 Κασέτα Ταινίας (Cartridge Tape)

43 Εισαγωγή Γεωγαφικών (Χωρικών) Δεδομένων Ψηφιοποιητής - Ψηφιοποίηση 43

44 Εκτυπωτές 44 Κρουστικοί Χαρακτήρων Γραμμών Σελίδων Ακίδων Μαργαρίτας Στεφάνης Μη Κρουστικοί Θερμικοί Lazer (*)

45 Μηχανισμοί Εκτύπωσης Μηχανισμός εκτύπωσης μαργαρίτας 45

46 Μηχανισμός εκτυπωτών στεφάνης Μηχανισμός εκτυπωτών τυμπάνου 46

47 Κάρτα Ανάγνωσης/Διάτρησης 47

48 Διάτρητη Χαρτοταινία των 7 Καναλιών 48