ΑΥΤΟΜΑΤΙΜΣΟΣ ΓΑΦΕΙΟΥ. 5 θ & 6 θ Διάλεξθ Μνιμθ

Transcript

1 1 ΑΥΤΟΜΑΤΙΜΣΟΣ ΓΑΦΕΙΟΥ 5 θ & 6 θ Διάλεξθ Μνιμθ

2 Μνιμθ Υπολογιςτϊν (1/2) 2 Η αποκικευςθ των πλθροφοριϊν ςε ζνα υπολογιςτι γίνεται ςτθν μνιμθ του Οι υπολογιςτζσ αποκθκεφουν τα δεδομζνα ςε διάφορεσ μορφζσ και χρθςιμοποιοφν διάφορεσ ςυςκευζσ μνιμθσ με διαφορετικοφσ τρόπουσ Ο υπολογιςτισ ζχει διαφόρων τφπων μνιμεσ (Ram, Rom, ςκλθρόσ δίςκοσ) που δουλεφουν με διαφορετικό τρόπο και εξυπθρετοφν διαφορετικό ςκοπό

3 Μνιμθ Υπολογιςτϊν (2/2) 3 Ραρόλο που φαινομενικά είναι απλι, θ μνιμθ των υπολογιςτϊν παρουςιάηει ίςωσ τθ μεγαλφτερθ ποικιλία ςε τφπουσ, τεχνολογία, οργάνωςθ, απόδοςθ και κόςτοσ από οποιοδιποτε άλλο τμιμα ενόσ ςυςτιματοσ υπολογιςτι Καμία μεμονωμζνθ τεχνολογία δεν είναι θ καλφτερθ για τθν ικανοποίθςθ των απαιτιςεων μνιμθσ ενόσ ςυςτιματοσ υπολογιςτι Συνεπϊσ, το τυπικό ςφςτθμα υπολογιςτι είναι εξοπλιςμζνο με μια ιεραρχία υποςυςτθμάτων μνιμθσ, μερικά από τα οποία είναι εςωτερικά ςτο ςφςτθμα (δθλ. άμεςα προςπελάςιμα από τον επεξεργαςτι) ενϊ άλλα είναι εξωτερικά (προςπελάςιμα από τον επεξεργαςτι μζςω μιασ μονάδασ Ι/Ο)

4 Ιεραρχία Μνιμθσ (1/6) 4 Τα 3 βαςικά χαρακτθριςτικά τθσ μνιμθσ είναι: Κόςτοσ Χωρθτικότθτα Χρόνοσ προςπζλαςθσ Σε κάκε ςτιγμι χρθςιμοποιοφνται διάφορεσ τεχνολογίεσ για τθν υλοποίθςθ των ςυςτθμάτων μνιμθσ, για τισ οποίεσ ιςχφουν οι εξισ ςχζςεισ: Ριο μικρόσ χρόνοσ προςπζλαςθσ, μεγαλφτερο κόςτοσ ανά bit Μεγαλφτερο μζγεκοσ, μικρότερο κόςτοσ ανά bit Μεγαλφτερο μζγεκοσ, πιο μεγάλοσ χρόνοσ προςπζλαςθσ

5 Ιεραρχία Μνιμθσ (2/6) 5 Το δίλλθμα που αντιμετωπίηει ο ςχεδιαςτισ είναι ςαφζσ: Θα πρζπει να χρθςιμοποιιςει τεχνολογίεσ μνιμθσ που παρζχουν μεγάλθ χωρθτικότθτα, τόςο επειδι το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ πρζπει να είναι μεγάλο, όςο και επειδι το κόςτοσ ανά bit είναι μικρότερο Θα πρζπει να ικανοποιθκοφν οι απαιτιςεισ απόδοςθσ, άρα ο ςχεδιαςτισ κα πρζπει να χρθςιμοποιιςει και ακριβζσ, μικρότερθσ χωρθτικότθτασ μνιμεσ με μικροφσ χρόνουσ προςπζλαςθσ Συνεπϊσ, ςυναντάται θ ακόλουκθ ιεραρχία

6 Ιεραρχία Μνιμθσ (3/6) 6 Σε πρϊτο επίπεδο υπάρχει θ εςωτερικι μνιμθ: Στο πιο υψθλό επίπεδο (κοντά ςτον επεξεργαςτι) βρίςκονται οι καταχωρθτζσ του επεξεργαςτι Μετά, υπάρχουν ζνα ι περιςςότερα επίπεδα ενδιάμεςθσ ι «κρυφισ» μνιμθσ (cache) Πταν χρθςιμοποιοφνται πολλά επίπεδα, ςυμβολίηονται με L1, L2, κοκ Μετά ζχουμε τθν κφρια μνιμθ, θ οποία ςυνικωσ καταςκευάηεται ωσ δυναμικι μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ

7 Ιεραρχία Μνιμθσ (4/6) 7 Η ιεραρχία ςυνεχίηεται με τθν εξωτερικι μνιμθ: Το επόμενο επίπεδο είναι τυπικά ζνασ ςκλθρόσ δίςκοσ και ζνα ι δφο επίπεδα κάτω από αυτό, που αποτελοφνται από αφαιροφμενα μζςα αποκικευςθσ, όπωσ οπτικοί δίςκοι και ταινίεσ

8 Ιεραρχία Μνιμθσ (5/6) 8 Κακϊσ κατεβαίνουμε τθν ιεραρχία μνιμθσ, το κόςτοσ ανά bit μειϊνεται, θ χωρθτικότθτα αυξάνεται και ο χρόνοσ πρόςβαςθσ τθσ μνιμθσ αυξάνεται Είναι λογικό να μθν μποροφμε να χρθςιμοποιιςουμε μόνο τθν ταχφτερθ μνιμθ, λόγω κόςτουσ Για το λόγο αυτό χρθςιμοποιοφμε περιςςότερθ πιο αργι μνιμθ για να καλφψουμε τισ αποκθκευτικζσ ανάγκεσ με μικρότερο κόςτοσ

9 Ιεραρχία Μνιμθσ (6/6) 9 Το «κόλπο» είναι να οργανϊνουμε τα δεδομζνα και τα προγράμματα με τζτοιο τρόπο ϊςτε οι λζξεισ μνιμθσ που χρειάηονται να είναι ςυνικωσ ςτθν ταχφτερθ μνιμθ Η ενδιάμεςθ μνιμθ (cache) διατθρεί αυτόματα ζνα αντίγραφο των λζξεων μνιμθσ που χρθςιμοποιικθκαν πρόςφατα από τθν κφρια μνιμθ (RAM) Τισ περιςςότερεσ φορζσ ο επεξεργαςτισ κα ηθτά πρόςβαςθ ςε λζξεισ μνιμθσ που ιδθ βρίςκονται ςτθν ενδιάμεςθ μνιμθ

10 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 10 Μνιμθσ (1/13) Θζςη Επεξεργαςτισ Εςωτερικι (κυρία μνιμθ) Εξωτερικι (δευτερεφουςα μνιμθ) Χωρητικότητα Μζγεκοσ λζξθσ Αρικμόσ λζξεων Μονάδα μεταφοράσ πληροφορίασ Λζξθ Τμιμα Μζθοδοσ προςπζλαςησ Ακολουκιακι Άμεςθ Τυχαία Συςχετιςτικι Απόδοςη Χρόνοσ πρόςβαςθσ Χρόνοσ κφκλου Ταχφτθτα μεταφοράσ Φυςικόσ τφποσ Ημιαγωγοί Μαγνθτικι Οπτικι Μαγνθτο-οπτικι Φυςικά χαρακτηριςτικά Ρτθτικι / Μθ πτθτικι Σβινεται / Δεν ςβινεται Οργάνωςη

11 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 11 Μνιμθσ (2/13) Θζςθ: Αναφζρεται ςτο εάν θ μνιμθ είναι εςωτερικι ι εξωτερικι του υπολογιςτι Η εςωτερικι μνιμθ ςυχνά εξιςϊνεται με τθν κφρια μνιμθ, όμωσ υπάρχουν και άλλεσ μορφζσ εςωτερικισ μνιμθσ: Ο επεξεργαςτισ απαιτεί τθ δικι του τοπικι μνιμθ, με τθ μορφι καταχωρθτϊν Το τμιμα τθσ μονάδασ ελζγχου του επεξεργαςτι μπορεί να απαιτεί και εκείνο τθ δικι του εςωτερικι μνιμθ Μια άλλθ μορφι εςωτερικισ μνιμθσ είναι θ ενδιάμεςθ ι «κρυφι» μνιμθ cache Η εξωτερικι μνιμθ αποτελείται από περιφερειακζσ ςυςκευζσ αποκικευςθσ, όπωσ δίςκοι και μζςα που είναι προςπελάςιμα από τον επεξεργαςτι μζςω ελεγκτϊν Ι/Ο

12 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 12 Μνιμθσ (3/13) Χωρθτικότθτα: Για τθν εςωτερικι μνιμθ: Η χωρθτικότθτα εκφράηεται ςυνικωσ βάςει των byte (1 byte = 8 bit) ι λζξεων Τα κοινά μικθ λζξεων είναι 8, 16 και 32 bit Για τθν εξωτερικι μνιμθ: Η χωρθτικότθτα εκφράηεται ςυνικωσ με βάςθ το byte

13 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 13 Μνιμθσ (4/13) Μονάδα Μεταφοράσ Ρλθροφορίασ: 3 ςχετικζσ ζννοιεσ: Λζξη: θ «φυςικι» μονάδα οργάνωςθσ τθσ μνιμθσ. Το μζγεκοσ τθσ λζξθσ είναι τυπικά ίςο με τον αρικμό των bit τα οποία χρθςιμοποιοφνται για να αναπαραςτιςουν ζνα αρικμό και με το μικοσ τθσ εντολισ, παρόλο που υπάρχουν πολλζσ εξαιρζςεισ Διευθυνςιοδοτοφμενεσ μονάδεσ: ςε μερικά ςυςτιματα, θ διευκυςιοδοτοφμενθ μονάδα είναι θ λζξθ. Πμωσ, πολλά ςυςτιματα επιτρζπουν τθ διεκυκνςιοδότθςθ ςτο επίπεδο των byte. Σε οποιαδιποτε περίπτωςθ, θ ςχζςθ μεταξφ του μικουσ ςε bit Α μιασ διεφκυνςθσ και του αρικμοφ Ν των διευκυνςιοδοτοφμενων μονάδων είναι 2 Α =Ν Μονάδα μεταφοράσ (πληροφορίασ): για τθν κφρια μνιμθ, αυτόσ είναι ο αρικμόσ των bit που διαβάηονται ι εγγράφονται ςτθ μνιμθ κάκε φορά. Η μονάδα μεταφοράσ δεν είναι ανάγκθ να ιςοφται με μια λζξθ ι μια διευκυνςιοδοτοφμενθ μονάδα. Για τθν εξωτερικι μνιμθ, τα δεδομζνα μεταφζρονται ςυχνά ςε μονάδεσ πολφ μεγαλφτερεσ από μία λζξθ, και αυτζσ αναφζρονται ωσ τμιματα

14 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 14 Μνιμθσ (5/13) Μζκοδοσ Ρροςπζλαςθσ: Ακολουθιακή πρόςβαςη: θ μνιμθ οργανϊνεται ςε μονάδεσ δεδομζνων, που αποκαλοφνται εγγραφζσ (records). Η προςπζλαςθ πρζπει να γίνεται με ςυγκεκριμζνθ γραμμικι ακολουκία. Η αποκθκευμζνθ πλθροφορία διευκυνςιοδότθςθσ χρθςιμοποιείται για να ξεχωρίςουν οι εγγραφζσ και να υποβοθκθκεί θ διαδικαςία ανάκτθςθσ των δεδομζνων. Χρθςιμοποιείται ζνασ κοινόσ μθχανιςμόσ ανάγνωςθσ/εγγραφισ, και αυτόσ πρζπει να μετακινθκεί από τθν τρζχουςα κζςθ του ςτθν επικυμθτι κζςθ, περνϊντασ και απορρίπτοντασ κάκε ενδιάμεςθ εγγραφι. Ζτςι, ο χρόνοσ προςπζλαςθσ μιασ τυχαίασ εγγραφισ είναι κατά πολφ μεταβλθτόσ. Οι μονάδεσ μνιμθσ ταινίασ είναι του τφπου ακολουκιακισ προςπζλαςθσ

15 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 15 Μνιμθσ (6/13) Μζκοδοσ Ρροςπζλαςθσ : Απευθείασ Προςπζλαςη: όπωσ και με τθν ακολουκιακι προςπζλαςθ, θ απευκείασ προςπζλαςθ χρθςιμοποιεί ζνα κοινό μθχανιςμό ανάγνωςθσ/εγγραφισ. Πμωσ, τα μεμονωμζνα τμιματα ι εγγραφζσ ζχουν μια μοναδικι διεφκυνςθ με βάςθ τθ φυςικι τουσ κζςθ. Η προςπζλαςθ γίνεται με άμεςθ προςπζλαςθ ςε κάποιο κοντινό ςθμείο και μετά ακολουκιακι ζρευνα, μζτρθςθ και αναμονι για να προςπελαςτεί θ τελικι κζςθ μνιμθσ. Και πάλι, ο χρόνοσ προςπζλαςθσ είναι μεταβλθτόσ. Οι μονάδεσ δίςκου χρθςιμοποιοφν απευκείασ προςπζλαςθ

16 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 16 Μνιμθσ (7/13) Μζκοδοσ Ρροςπζλαςθσ : Τυχαία Προςπζλαςη: κάκε διευκυνςιοδοτοφμενθ κζςθ ςτθ μνιμθ ζχει ζνα μοναδικό φυςικό κυκλωματικό μθχανιςμό διευκυνςιοδότθςθσ. Ο χρόνοσ για τθν προςπζλαςθ μιασ δεδομζνθσ κζςθσ είναι ανεξάρτθτοσ από τθν ακολουκία των προθγοφμενων προςπελάςεων μνιμθσ, και είναι ςτακερόσ. Ζτςι, οποιαδιποτε κζςθ μνιμθσ μπορεί να επιλεγεί με τυχαία ςειρά και να διευκυνςιοδοτθκεί και προςπελαςτεί άμεςα. Η κφρια μνιμθ όπωσ και μερικά ςυςτιματα ενδιάμεςθσ μνιμθσ είναι του τφπου τυχαίασ προςπζλαςθσ

17 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 17 Μνιμθσ (8/13) Μζκοδοσ Ρροςπζλαςθσ : Συςχετιςτική: αυτόσ είναι ζνασ τφποσ μνιμθσ τυχαίασ προςπζλαςθσ που μασ επιτρζπει να κάνουμε μια ςφγκριςθ των επικυμθτϊν κζςεων bit μζςα ςε μια λζξθ για να εντοπίςουμε ζνα ςυγκεκριμζνο «ταίριαςμα», ενϊ μποροφμε να το κάνουμε αυτό για όλεσ τισ λζξεισ ταυτόχρονα. Ζτςι, μια λζξθ ανακτάται με βάςθ ζνα μζροσ των περιεχομζνων τθσ, αντί μζςω διευκυνςιοδότθςθσ. Ππωσ και με τθ ςυνθκιςμζνθ μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, κάκε κζςθ μνιμθσ ζχει το δικό τθσ μθχανιςμό διευκυνςιοδότθςθσ, και ο χρόνοσ ανάκτθςθσ τθσ πλθροφορίασ είναι ςτακερόσ, ανεξάρτθτοσ από τθ κζςθ ι τισ προθγοφμενεσ προςπελάςεισ. Οι ενδιάμεςεσ μνιμεσ μπορεί να χρθςιμοποιοφν ςυςχετιςτικι προςπζλαςθ

18 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 18 Μνιμθσ (9/13) Απόδοςθ: Χρόνοσ προςπζλαςησ (λανθάνουςα περίοδοσ): για τθ μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, αυτόσ είναι ο χρόνοσ που χρειάηεται για να εκτελζςει μια λειτουργία εγγραφισ ι ανάγνωςθσ, ι, με άλλα λόγια, ο χρόνοσ από τθ ςτιγμι που τροφοδοτείται μια διεφκυνςθ ςτθ μνιμθ μζχρι τθ ςτιγμι που τα δεδομζνα εκείνα κα ζχουν αποκθκευτεί ι κα είναι διακζςιμα προσ χριςθ. Για τθ μνιμθ μθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, ο χρόνοσ προςπζλαςθσ είναι ο χρόνοσ που απαιτείται για να τοποκετθκεί ο μθχανιςμόσ ανάγνωςθσ/εγγραφισ ςτθν επικυμθτι κζςθ

19 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 19 Μνιμθσ (10/13) Απόδοςθ : Χρόνοσ κφκλου μνήμησ: αυτι θ ζννοια εφαρμόηεται κυρίωσ για τθ μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ και αποτελείται από το χρόνο προςπζλαςθσ ςυν οποιοδιποτε πρόςκετο χρόνο που απαιτείται πριν μπορεί να αρχίςει μια δεφτερθ προςπζλαςθ. Αυτόσ ο επιπρόςκετοσ χρόνοσ μπορεί να απαιτείται για να αποςβεςκοφν μεταβατικά ςιματα ςτισ γραμμζσ δεδομζνων ι για να αναγεννθκοφν τα δεδομζνα, ςε περίπτωςθ που θ ανάγνωςθ είναι καταςτροφικοφ τφπου. Σθμειϊςτε ότι ο χρόνοσ κφκλου μνιμθσ ζχει να κάνει με το ςφςτθμα του διαφλου, όχι με τον επεξεργαςτι

20 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 20 Μνιμθσ (11/13) Απόδοςθ : Ταχφτητα μεταφοράσ (πληροφορίασ): αυτι είναι θ ταχφτθτα με τθν οποία τα δεδομζνα μποροφν να μεταφερκοφν ενόσ ι εκτόσ μιασ μονάδασ μνιμθσ Για μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, ιςοφται με 1/(χρόνοσ κφκλου) Για μνιμθ μθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, ιςχφει θ ςχζςθ: Τ Ν = Τ Α + (Ν/R) Ππου: Τ Ν = μζςοσ χρόνοσ για τθν ανάγνωςθ ι εγγραφι Ν bit Τ Α = μζςοσ χρόνοσ προςπζλαςθσ Ν = αρικμόσ bit R = ταχφτθτα μεταφοράσ ςε bit/sec (bps)

21 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 21 Μνιμθσ (12/13) Φυςικά χαρακτθριςτικά: Σε μία πτθτικι μνιμθ, θ πλθροφορία φκίνει με φυςικό τρόπο ι χάνεται όταν διακοπεί θ παροχι θλεκτρικισ ιςχφοσ Σε μία μθ πτθτικι μνιμθ, ςτισ οποίεσ δεν απαιτείται θλεκτρικι παροχι για τθ διατιρθςθ του περιεχομζνου τθσ, θ πλθροφορία που κάποτε καταγράφθκε παραμζνει χωρίσ υποβάκμιςθ μζχρι να μεταβλθκεί εςκεμμζνα Υπάρχουν μνιμεσ που γράφονται μόνο μία φορά και άλλεσ που μποροφν να γραφοφν, να ςβθςτοφν και να ξαναγραφοφν πολλζσ φορζσ

22 Χαρακτθριςτικά Συςτθμάτων 22 Μνιμθσ (13/13) Για μνιμθ τυχαίασ προςπζλαςθσ, θ οργάνωςθ είναι ζνα από τα βαςικά ηθτιματα του ςχεδιαςμοφ Με τθ λζξθ οργάνωςθ εννοείται θ φυςικι διάταξθ των bit για το ςχθματιςμό λζξεων Η προφανισ διάταξθ δε χρθςιμοποιείται πάντοτε

23 Κφρια Μνιμθ (1/7) 23 Η κεντρικι ι κφρια μνιμθ (Main Storage/Memory), θ μνιμθ RAM, αποτελεί ςθμαντικό τμιμα τθσ Κ.Μ.Ε. Η θλεκτρονικι τθσ ςφςταςθ κακιςτά τθ λειτουργία τθσ εξαιρετικά γριγορθ και αξιόπιςτθ Χρθςιμοποιείται για τθν αποκικευςθ του προγράμματοσ των δεδομζνων, κακϊσ επίςθσ και των ενδιάμεςων και τελικϊν αποτελεςμάτων του προγράμματοσ, πριν αυτά εμφανιςτοφν ςτθν οκόνθ ι τυπωκοφν ςτον εκτυπωτι ι αποκθκευτοφν ςε κάποια μονάδα δευτερεφουςασ μνιμθσ Στθν κφρια μνιμθ μεταφζρονται: τα δεδομζνα πριν τθν επεξεργαςία τουσ οι εντολζσ ενόσ προγράμματοσ που πρόκειται να εκτελεςτεί

24 Κφρια Μνιμθ (2/7) 24 Τα δεδομζνα που καταχωροφνται ςτθν κφρια μνιμθ είναι ακαριαία προςπελάςιμα Η CPU μζςω τθσ υπομονάδασ ελζγχου (Control Unit) μπορεί να προςπελάςει άμεςα οποιαδιποτε κζςθ μνιμθσ Ονομάηεται επίςθσ και μνιμθ «Άμεςθσ Ρροςπζλαςθσ» -> RAM (Random Access Memory) - Μνιμθ Τυχαίασ Ρροςπζλαςθσ το οποίο ςθμαίνει ότι τα περιεχόμενα τθσ μνιμθσ μποροφν να προςπελαςτοφν (διαβαςτοφν και γραφτοφν) με οποιαδιποτε ςειρά. RAM: Στθ μνιμθ RAM: Φορτϊνεται το λειτουργικό ςφςτθμα (τα απαραίτθτα τμιματά του) όταν ξεκινά τθ λειτουργία του ο υπολογιςτισ Φορτϊνονται οι εφαρμογζσ και τα αρχεία που χρθςιμοποιεί κάκε ςτιγμι ο χριςτθσ

25 Κφρια Μνιμθ (3/7) 25 Η κφρια μνιμθ αποτελείται από ζνα ςφνολο αρικμθμζνων (0,1,κ.τ.λ.) «κελιϊν» Κελιά-> κζςθ μνιμθσ (memory location) Αρικμόσ -> αρικμθτικι μονοςιμαντθ διεφκυνςθ (address) Κάκε κζςθ μνιμθσ κρατάει ζνα δεδομζνο -> παραμζνει ςτθ μνιμθ μζχρι να αντικαταςτακεί από ζνα άλλο 0 Α 1 Β 2 C 3-4 -

26 Κφρια Μνιμθ (4/7) 26 Θζςθ μνιμθσ: Αποτελείται από μικροςτοιχεία (bit), τα οποία μποροφν να τεκοφν ςε δφο καταςτάςεισ (0 και 1) Ο αρικμόσ των bits που περιλαμβάνονται ςε κάκε κζςθ μνιμθσ είναι ςτακερόσ αλλά διαφζρει από υπολογιςτι ςε υπολογιςτι Λζξθ (word): Μονάδα δεδομζνων που μπορεί να καταχωρθκεί ςε μια κζςθ μνιμθσ υποδιαιρείται ςε μικρότερεσ μονάδεσ (bytes) αποτελείται από 1-8 bytes Μεγάλεσ τιμζσ αποκθκεφονται ςε διαδοχικζσ κζςθσ μνιμθσ

27 Κφρια Μνιμθ (5/7) 27 Συνοπτικά: Θζςη: Στο Εςωτερικό τθσ Κεντρικισ Μονάδασ του Η/Υ πάνω ςτθν Μθτρικι Κάρτα Χωρητικότητα: Ρροςωρινι αποκικθ πλθροφοριϊν με χωρθτικότθτα > 48GB ανάλογα με το ςφςτθμα Συχνότητα Λειτουργίασ: Μετριζται ςε MHz. Πςο μεγαλφτερθ θ ςυχνότθτα λειτουργίασ τόςο πιο γριγορθ είναι θ μνιμθ αλλά πρζπει να λαμβάνουμε υπόψθ τισ απαιτιςεισ του επεξεργαςτι (τι ςυχνότθτασ μνιμεσ απαιτεί για να λειτουργιςει ιδανικά) Αποτελείται από μικρζσ κάρτεσ ολοκλθρωμζνων κυκλωμάτων (CHIPS) Λειτουργία: μπορεί να γράψει να ςβιςει, να διορκϊςει και να διαβάςει ότι χρειάηεται

28 Κφρια Μνιμθ (6/7) 28 Εάν ζνασ υπολογιςτισ δεν ζχει αρκετι μνιμθ RAM πρζπει να μετακινεί ςυχνά δεδομζνα μεταξφ τθσ RAM και του ςκλθροφ δίςκου. Αυτι θ διαδικαςία ονομάηεται swapping και επιβραδφνει τθ λειτουργία του ςυςτιματοσ Χαρακτθριςτικό τθσ μνιμθσ RAM είναι ότι παρότι προφζρει μεγάλεσ ταχφτθτεσ δε μπορεί να διατθριςει μόνιμα το περιεχόμενό τθσ και αυτό χάνεται όταν διακοπεί θ παροχι ρεφματοσ αυτόσ είναι και ο λόγοσ που χρθςιμοποιοφμε μονάδεσ περιφερειακισ μνιμθσ όπωσ ο ςκλθρόσ δίςκοσ για τθ μόνιμθ αποκικευςθ των δεδομζνων μασ. Ανάλογα με το εάν χάνει τα περιεχόμενά τθσ με τθν πάροδο του χρόνου: Δυναμικόσ τφποσ Στατικόσ τφποσ

29 Κφρια Μνιμθ (7/7) 29 Ο κφριοσ τφποσ μνιμθσ RAM που χρθςιμοποιείται ςιμερα είναι θ Dynamic RAM (DRAM) ενϊ υπάρχει και θ Static RAM (SRAM), θ οποία όμωσ είναι κατά πολφ ακριβότερθ και χρθςιμοποιείται ςε ειδικζσ εφαρμογζσ και ςε μικρότερεσ ποςότθτεσ - όπωσ θ λανκάνουςα μνιμθ του επεξεργαςτι Η DRAM που χρθςιμοποιοφμε ωσ RAM είναι ςτθν πράξθ ζνα πλζγμα πυκνωτϊν που ανάλογα με το αν είναι φορτιςμζνοι ι όχι αναπαριςτοφν το 1 και το 0 αντίςτοιχα Επειδι οι πυκνωτζσ χάνουν το φορτίο τουσ πρζπει ανά διαςτιματα να γίνεται μια ανανζωςθ (refresh cycle) του περιεχομζνου ϊςτε να επαναφορτίηονται οι πυκνωτζσ Από τθ ςτιγμι που ο επεξεργαςτισ ηθτιςει να προςπελαςτεί μια κζςθ τθσ μνιμθσ μζχρι να γίνει, μεςολαβεί μια κακυςτζρθςθ που λζγεται latency time Ο ςυνολικόσ λοιπόν χρόνοσ προςπζλαςησ τησ RAM μετριζται ςε ns και είναι: Access time = Latency time + Refresh time Ζτςι μια μνιμθ με 25 ns refresh time και 35ns Latency Time δίνει χρόνο πρόςβαςθσ 60ns.

30 ROM (Read-Only Memory) (1/2) 30 Η ROM (μνιμθ μόνο ανάγνωςθσ) είναι μνιμθ που τα δεδομζνα και τα προγράμματα δε μεταβάλλονται, όπωσ για παράδειγμα προγράμματα ελζγχου ι πίνακεσ μετατροπισ, κατά τθν κανονικι λειτουργία του υπολογιςτι και διατθροφνται όταν ςβιςει το ρεφμα Βαςικά πλεονεκτιματα: Διατθροφν τισ πλθροφορίεσ χωρίσ τθν απαίτθςθ θλεκτρικισ τροφοδοςίασ Κοςτίηουν λιγότερο ανά bit 30

31 ROM (2/2) 31 Συνοπτικά: Θζςη: ςτο Εςωτερικό τθσ Κεντρικισ Μονάδασ του Η/Υ πάνω ςτθν Μθτρικι Κάρτα Τι είναι: μόνιμθ αποκικθ πλθροφοριϊν με μεγάλθ χωρθτικότθτα Αποτελείται: από ζνα ολοκλθρωμζνο κφκλωμα (CHIP) Λειτουργία: Σε αυτι τθ μνιμθ ο Η/Υ μπορεί μόνο να διαβάςει χριςιμεσ και αναγκαίεσ πλθροφορίεσ για τθν εκκίνθςι του. Ρεριλαμβάνει πλθροφορίεσ που δεν μεταβάλλονται (προγράμματα ελζγχου, πίνακεσ μετατροπισ). Βαςικό πρόγραμμα (οδθγίεσ) αποκθκευμζνο από τον καταςκευαςτι ςτθ μνιμθ ROM είναι το BIOS Basic Input Output System ( Βαςικό Σφςτθμα Ειςόδου Εξόδου) Βαςικό Χαρακτηριςτικό: Η μνιμθ ROM είναι απαραίτθτθ ςε κάκε υπολογιςτι για να ξεκινιςει τθ λειτουργία του. Ο χριςτθσ εκτόσ από κάποιεσ ςπάνιεσ περιπτϊςεισ δεν μπορεί και δεν πρζπει να αλλάηει τα περιεχόμενά τθσ

32 Είδθ ROM (1/2) 31 Programmable Read-Only (PROM) Μια μνιμθ PROM (προγραμματιηόμενθ μνιμθ μόνο ανάγνωςθσ) είναι ζνα ειδικό εξάρτθμα ςυνδεδεμζνο κατευκείαν ςτθν μθτρικι κάρτα Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM) Ππωσ και μια μνιμθ PROM, ζτςι και θ EPROM (προγραμματιηόμενθ μνιμθ μόνο ανάγνωςθσ με δυνατότθτα (επανεγγραφισ) χρθςιμοποιείται για να αποκθκεφει ΒΙΟS προγράμματα και ςυνικωσ είναι προγραμματιςμζνθ από τον καταςκευαςτι

33 Είδθ ROM (2/2) 33 Electrically EPROM-EEPROM Η θλεκτρικά διαγραφόμενθ προγραμματιηόμενθ μνιμθ μόνο για ανάγνωςθ είναι ςαν τθν προθγοφμενθ με τθ διαφορά ότι θ διαγραφι των πλθροφοριϊν γίνεται με θλεκτρικό τρόπο. Στθ μνιμθ αυτι μποροφν να γίνουν πολλζσ επανεγγραφζσ, αλλά δεν κεωρείται ωσ μνιμθ για εγγραφι και ανάγνωςθ, διότι θ εγγραφι διαρκεί πολλαπλάςιο χρόνο από τθν ανάγνωςθ και γίνεται με ειδικό τρόπο Flash EPROM FEPROM Η μνιμθ αυτι ζχει παρόμοια τεχνολογία με τθν μνιμθ EEPROM, με τθ διαφορά ότι θ διαγραφι και θ εγγραφι γίνεται ςε blocks, ζτςι επιτυγχάνεται υψθλότερθ πυκνότθτα, ενϊ είναι πιο εφχρθςτθ για πολλαπλζσ επανεγγραφζσ

34 BIOS (Basic Input/Output System) 34 Το Bios ςθμαίνει Basic Input/Output System (βαςικό ςφςτθμα ειςόδου/εξόδου). Είναι ζνα πρόγραμμα που περιζχει ζνα ςφνολο από βαςικζσ εντολζσ, που λζνε ςτον υπολογιςτι πϊσ να λειτουργιςει Το BIOS αποκθκεφεται ςε μια μνιμθ PROM ι EPROM, που βρίςκεται μζςα ςτον υπολογιςτι ςτθ μθτρικι κάρτα Ο ρόλοσ του είναι να ξεκινάει το ςφςτθμα εκτελϊντασ κάποιεσ βαςικζσ διαδικαςίεσ => Πταν ζνασ υπολογιςτισ ανοίγει, το BIOS κάνει όλεσ τισ διαγνωςτικζσ λειτουργίεσ για να βεβαιωκεί ότι λειτουργεί ςωςτά

35 BIOS (Basic Input/Output System) 35 Ο επεξεργαςτισ δζχεται εντολζσ από το BIOS πριν ακόμα αρχίςει να επικοινωνεί με το λειτουργικό ςφςτθμα Ρεριλαμβάνει όλο τον απαιτοφμενο κϊδικα για τον ζλεγχο: Τθσ μνιμθσ Τθσ ΚΜΕ Συςκευζσ ειςόδου εξόδου Πταν γίνει θ αναγνϊριςθ και ο ζλεγχοσ των ςυςκευϊν, το BIOS φορτϊνει το λειτουργικό ςφςτθμα το οποίο αναλαμβάνει τον ζλεγχο τθσ ςυςκευισ Αφοφ ολοκλθρωκεί θ διαδικαςία εκκίνθςθσ, το BIOS λειτουργεί ωσ μεςολαβθτισ μεταξφ τθσ ΚΜΕ, τθσ μνιμθσ και των περιφερειακϊν ςυςκευϊν

36 Λανκάνουςα Μνιμθ - Cache Memory (1/2) 36 Οι επεξεργαςτζσ ζχουν ενςωματωμζνθ μια ςχετικά μικρι ποςότθτα μνιμθσ όπου αποκθκεφουν δεδομζνα και εντολζσ που πρόκειται να επεξεργαςτοφν άμεςα ϊςτε να ζχουν ταχεία προςπζλαςθ ςε αυτά και να μθ χρειάηεται να τα ανακτιςουν από τθν αρκετά πιο αργι μνιμθ RAM Η ενδιάμεςθ μνιμθ αυτι λζγεται λανκάνουςα μνιμθ (chache memory) και βελτιϊνει τισ επιδόςεισ του επεξεργαςτι Η μνιμθ cache είναι μια υψθλισ ταχφτθτασ μνιμθ τφπου ςτατικισ RAM -> χρθςιμοποιείται για τθν προςωρινι αποκικευςθ δεδομζνων ι εντολϊν των οποίων γίνεται ςυχνι χριςθ από τα προγράμματα

37 Λανκάνουςα Μνιμθ - Cache 37 Memory (2/2) Η μνιμθ cache είναι τοποκετθμζνθ είτε ςτθν ΚΜΕ είτε μεταξφ τθσ ΚΜΕ και τθσ μνιμθσ RAM Η CPU-resident cache λζγεται Level-1(L1) cache. Η εξωτερικι cache λζγεται Level-2(L2) cache Η αφξθςθ τθσ ποςότθτα τθσ μνιμθσ cache αφξθςθ τθσ ταχφτθτασ του υπολογιςτι (εκτόσ ςυγκεκριμζνων οριακϊν περιπτϊςεων

38 Βοθκθτικζσ Μνιμεσ 38 Ιδανική περίπτωςη: καταχϊρθςθ όλων των διακζςιμων πλθροφοριϊν ςτθν κεντρικι μνιμθ του υπολογιςτι, ϊςτε να ζχουμε μζγιςτθ δυνατι ταχφτθτα επεξεργαςίασ Πραγματικότητα: εξαιρετικά δαπανθρι και λειτουργικά δφςκολθ διαδικαςία Αποκικευςθ δεδομζνων ςε άλλα μζςα, τα οποία είναι εφκολα ςτθ χριςθ και φκθνότερα ωσ προσ τθν καταςκευι τουσ Η αποκικευςθ και θ προςπζλαςθ των δεδομζνων ςτισ βοθκθτικζσ μνιμεσ γίνεται μζςω κάποιου μθχανιςμοφ (drive)

39 Συςκευζσ Αποθήκευςησ 39 Σκληροί δίςκοι Διςκζτεσ Άλλεσ Μαγνητικζσ Διατάξεισ Δίςκοι CD (Compact Disk) Δίςκοι DVD (Digital Video Disc ι Digital Versatile Disc) Κλειδιά μνήμησ Κάρτεσ Μνήμησ

40 Σκλθρόσ δίςκοσ 40 Οι ςκλθροί δίςκοι αποτελοφνται από ομόκεντρουσ μαγνθτικοφσ δίςκουσ μζςα ςε ζνα προςτατευτικό κουτί Τα δεδομζνα καταγράφονται μαγνθτικά ςε ομόκεντρα κυκλικά αυλάκια (sectors), που χωρίηονται ςε τομείσ (tracks) Είναι άμεςθσ προςπζλαςθσ

41 Διςκζτα 41 Οι διςκζτεσ είναι εφκαμπτοι μαγνθτικοί δίςκοι που περικλείονται ςε ζνα προςτατευτικό πλαςτικό κάλυμμα Ππωσ και ςτουσ ςκλθροφσ δίςκουσ, τα δεδομζνα καταγράφονται ςε ομόκεντρα κυκλικά αυλάκια χωριςμζνα ςε τομείσ Φκθνζσ με περιοριςμζνθ διάρκεια ηωισ Το τυπικό μζγεκοσ μια διςκζτασ είναι 3 1/2 ίντςεσ Ραλιότερα μεγζκθ: 8 και 5,25 Οι διςκζτεσ που χρθςιμοποιοφνται με ςε οριςμζνουσ πια προςωπικοφσ υπολογιςτζσ ζχουν ςυνικωσ χωρθτικότθτα 1.44 ΜΒ

42 Άλλεσ Μαγνθτικζσ Διατάξεισ 42 Μαγνθτικζσ ταινίεσ Διατάξεισ Bernoulli (Bernoulli Box) Συςκευζσ Zip και jaz

43 Δίςκοι CD (Compact Disk) 43 Ανικουν ςτθν κατθγορία των οπτικϊν δίςκων Ζνα CD-ROM είναι ζνασ τφποσ ςυμπαγοφσ δίςκου που χρθςιμοποιείται για τθν αποκικευςθ δεδομζνων Λειτουργία -> διαμόρφωςθ του φωτόσ μιασ ακτίνασ laser λόγω τθσ ανάκλαςισ τθσ πάνω ςε ζνα επίπεδο Κοιλότθτεσ νθςίδεσ -> 0 και 1 CD-R: μποροφν να γραφτοφν μόνο μια φορά και μετά από αυτιν, τα δεδομζνα τουσ δεν μποροφν να διαγραφοφν ι να αντικαταςτακοφν CD-RW: είναι ζνασ τφποσ ςυμπαγοφσ δίςκουσ που μπορεί να γραφτεί πολλζσ φορζσ

44 Δίςκοι DVD (Digital Video Disc ι 44 Digital Versatile Disc) Ξεκίνθςε από τισ προςπάκειεσ που ζγιναν από τθ βιομθχανία του κεάματοσ Ο τρόποσ με τον οποίο αποκθκεφονται τα δεδομζνα είναι αντίςτοιχοσ με τα CD -> περιςςότερο πυκνογραμμζνα -> δεδομζνα ςε δφο ςτρϊςεισ ςε κάκε πλευρά -> και ςτισ δφο πλευρζσ Μζγεκοσ: 4,7 GB (μονισ όψεωσ) 9,4 GB (διπλισ όψεωσ) 17 GB (διπλισ όψεωσ διπλισ πυκνότθτασ)

45 Κλειδιά Μνιμθσ 45 Συςκευζσ αποκικευςθσ δεδομζνων που παίρνουν το όνομά τουσ από το ςχιμα τουσ Συνδζονται με τον υπολογιςτι μζςω μιασ κφρασ USB Η τεχνολογία που χρθςιμοποιοφν είναι θ μνιμθ flash -> θλεκτρονικι διάταξθ μνιμθσ ςε μορφι ολοκλθρωμζνου κυκλϊματοσ (chip)

46 Κάρτεσ Μνιμθσ 46 Χρθςιμοποιοφν τθν τεχνολογία τθσ μνιμθσ Flash Απαιτοφνται ειδικζσ ςυςκευζσ ανάγνωςθσ/εγγραφισ Δε χρθςιμοποιοφνται τόςο για τθ μεταφορά δεδομζνων όςο για τθν ανταλλαγι δεδομζνων με άλλεσ ςυςκευζσ Διαδεδομζνοι τφποι: Smart Media (SM) Secure Digital (SD) Multi Media Card (MMC)

47 47 Χρόνοι Ρροςπζλαςθσ