Ενότητα 4. Εισαγωγή στην Πληροφορική. ίαυλος συστήµατος. Κεφαλαίο 4Β. ίαυλοι δεδοµένων και διευθύνσεων. Χειµερινό Εξάµηνο

Transcript

1 Ενότητα 4 Εισαγωγή στην Πληροφορική Κεφάλαιο 4Α: Αναπαράσταση πληροφορίας Κεφάλαιο 4Β: Επεξεργαστές που χρησιµοποιούνται σε PCs Χειµερινό Εξάµηνο ρ. Παναγιώτης Χατζηδούκας (Π..407/80) Εισαγωγή στηνπληροφορική 1 Εισαγωγή στηνπληροφορική 2 ίαυλος συστήµατος Ένας δίαυλος είναι ένα µονοπάτι µεταξύ των τµηµάτων ενός υπολογιστή. εδοµένα και εντολές µεταφέρονται µέσω αυτών των µονοπατιών Το εύρος του δίαυλου δεδοµένων καθορίζει πόσα bits µπορούν να µεταδοθούν µεταξύ της ΚΜΕ και άλλων συσκευών Ο δίαυλος διευθύνσεων λειτουργεί µεταξύ της ΚΜΕ και της µνήµης RAM, και µεταφέρει µόνο διευθύνσεις µνήµης που η ΚΜΕ θα χρησιµοποιήσει Εισαγωγή στηνπληροφορική 3 Εισαγωγή στηνπληροφορική 4 ίαυλοι δεδοµένων και διευθύνσεων Κεφαλαίο 4Β Επεξεργαστές που χρησιµοποιούνται σε PCs Intel Processors AMD Processors Motorola Processors RISC Processors Εισαγωγή στηνπληροφορική 5 Εισαγωγή στηνπληροφορική 6 1

2 Επεξεργαστές Intel Επεξεργαστές Intel Από το 1978, οι επεξεργαστές της Intel έχουν εξελιχθείαπότον 8086 καιτον 8088 στον 80286, 80386, και 80486, και στην οικογένεια των επεξεργαστών Pentium. Όλοι αποτελούν µέρος της σειράς 80x86 Ηοικογένειατωνεπεξεργαστών Pentium περιλαµβάνειτουςεπεξεργαστές: Pentium, Pentium Pro, Pentiumµετεχνολογία MMX, Pentium II, Pentium III, Celeron, και Xeon Οι πρώτοι επεξεργαστές της Intel περιελάµβαναν µόνο µερικές χιλιάδες τρανζίστορ. Οι σηµερινοί επεξεργαστές Pentium περιλαµβάνουν >= 9.5 εκατοµµύρια τρανζίστορ Επεξεργαστής Intel Pentium III Εισαγωγή στηνπληροφορική 7 Εισαγωγή στηνπληροφορική 8 Επεξεργαστές AMD Ηεταιρεία AMD (Advanced Micro Devices) ήταν για καιρό γνωστή ως παροχέας επεξεργαστών χαµηλής απόδοσης για χρήση σε υπολογιστές χαµηλού κόστους Οι επεξεργαστές της σειράς K6 της AMD ήταν εφάµιλλοι αυτών της Intel σε τιµή και επιδόσεις Με τον επεξεργαστή K6-III, η AMD πέρασε πρώτη το φράγµα των 600 MHz, διεκδικώντας τον τίτλο του ταχύτερου επεξεργαστή για πρώτη φορά στους προσωπικούς υπολογιστές Επεξεργαστής AMD K6-III Επεξεργαστές AMD Εισαγωγή στηνπληροφορική 9 Εισαγωγή στηνπληροφορική 10 Επεξεργαστές Motorola Η εταιρεία Motorola κατασκευάζει τους επεξεργαστές που χρησιµοποιούνται στους υπολογιστές Macintosh και PowerPC. Οι επεξεργαστές Macintosh χρησιµοποιούν µια διαφορετική βασική δοµική σχεδίαση (αρχιτεκτονική) από τους επεξεργαστές των (IBMcompatible) προσωπικώνυπολογιστών Με τις έκδοσεις G3 and G4 των επεξεργαστών PowerPC, οι υπολογιστές Macintosh θέτουν νέα επίπεδα στην τιµή και τις επιδόσεις Επεξεργαστές Motorola Οι υπολογιστές G4 της Apple έχουν επεξεργαστές Motorola Εισαγωγή στηνπληροφορική 11 Εισαγωγή στηνπληροφορική 12 2

3 Επεξεργαστές RISC Οι περισσότεροι προσωπικοί υπολογιστές βασίζονται σε chips περίπλοκα σύνολα εντολών (complex instruction set computing, CISC), ταοποία περιλαµβάνουν µεγάλα σύνολα εντολών Οιεπεξεργαστές RISC (Reduced instruction set computing) έχουν µικρότερα σύνολα εντολών, που τους επιτρέπει να επεξεργάζονται περισσότερες εντολές ανά δευτερολέπτο σε σχέση µε τους επεξεργαστές CISC) Οι επεξεργαστές RISC συναντώνται στα συστήµα PowerPC της Apple's, καθώς και σε πολλά υπολογιστικά συστήµατα υψηλών επιδόσεων Επεξεργαστές RISC Οι υπολογιστές AlphaServer της Compaq βασίζονται σε επεξεργαστές RISC Εισαγωγή στηνπληροφορική 13 Εισαγωγή στηνπληροφορική 14 Παράλληλη επεξεργασία Στην παράλληλη επεξεργασία, πολλαπλοί επεξεργαστέςχρησιµοποιούνταισεένααπλόσύστηµα, επιτρέποντας τη διαµοίραση των εργασιών Τα µεγάλα πολυεπεξεργαστικά συστήµατα διαθέτουν πολλούς επεξεργαστές Ορισµένα συστήµατα χρησιµοποιούν χιλιάδες επεξεργαστές ταυτόχρονα Επανάληψη κεφαλαίου Ονοµάστε τις τρεις πιο γνωστές οικογένειες επεξεργαστών και αναφέρετε τις διαφορές σας Αναφέρετε όλους τους επεξεργαστές της σειράς 80x86 της Intel Ποιες οι διαφορές µεταξύ των επεξεργαστών που χρησιµοποιούνται σε υπολογιστές Macintosh και σε IBM-συµβατούς Ορίστε τους όρους CISC και RISC Προσδιορίστε ένα πλεονέκτηµα της χρήσης πολλαπλών επεξεργαστών στους υπολογιστές Εισαγωγή στηνπληροφορική 15 Εισαγωγή στηνπληροφορική 16 Ενότητα 5 Κεφάλαιο 5Α: Κατηγορίες αποθηκευτικών συσκευών Κεφάλαιο 5Β: Μέτρηση απόδοσης οδηγών Κεφάλαιο 5Α Κατηγοριοποίηση αποθηκευτικών συσκευών Μαγνητικές συσκευές αποθήκευσης Οπτικές συσκευές αποθήκευσης Εισαγωγή στηνπληροφορική 17 Εισαγωγή στηνπληροφορική 18 3

4 Κατηγοριοποίηση αποθηκευτικών συσκευών Οι συσκευές αποθήκευσης διατηρούν δεδοµένα ακόµα και όταν ο υπολογιστής είναι κλειστός Το φυσικό υλικό που στην πράξη διατηρεί τα δεδοµένα καλείται µέσο αποθήκευσης. Η επιφάνεια µιας δισκέττας αποτελεί αποθηκευτικό µέσο Το υλικό που γράφει δεδοµένα ή διαβάζει δεδοµένα από ένα αποθηκευτικό µέσο καλείται συσκευή αποθήκευσης. Ένας οδηγός δισκέττας αποτελεί µια συσκευή αποθήκευσης Οι δύο βασικές τεχνολογίες αποθήκευσης είναι η µαγνητική και η οπτική Μαγνητική αποθήκευση Οι βασικές κατηγορίες µαγνητικής αποθήκευσης είναι οι ακόλουθες: ισκέττες (floppy disks) Σκληροί δίσκοι (Hard disks) Εύκαµπτοιδίσκοιυψηλήςχωρητικότητας (High-capacity floppy disks) Μαγνητικές κασέτες (Disk cartridges) Μαγνητική ταινία (Magnetic tape) Εισαγωγή στηνπληροφορική 19 Εισαγωγή στηνπληροφορική 20 Οπτική αποθήκευση Οι βασικές κατηγορίες οπτικής αποθήκευσης είναι οι ακόλουθες: Compact Disk Read-Only Memory (CD-ROM) Digital Video Disk Read-Only Memory (DVD-ROM) CD-Recordable (CD-R) CD-Rewritable (CD-RW) PhotoCD Συσκευές µαγνητικής αποθήκευσης Τρόπος λειτουργίας µαγνητικής αποθήκευσης ιαµόρφωση Περιοχές δίσκου ισκέττες Σκληροί δίσκοι Χωρητικότητες δίσκων Άλλες συσκευές µαγνητικής αποθήκευσης Εισαγωγή στηνπληροφορική 21 Εισαγωγή στηνπληροφορική 22 Τρόπος λειτουργίας Το µέσο ενός µαγνητικού δίσκου περιέχει µόρια σιδήρου, τα οποία µπορούν να πολωθούν µε µαγνητική φόρτιση σε µία από δύο δυνατές κατευθύνσεις Κάθε κατεύθυνση ενός µορίου αντιπροσώπευει ένα 1 (on) ή 0 (off), αναπαριστώνταςκάθε bit δεδοµένων που ο επεξεργαστής µπορεί να αναγνωρίσει Ένας οδηγός δίσκου χρησιµοποιεί κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής που περιέχουν ηλεκτροµαγνήτες ώστε να δηµιουργούν µαγνητικές φορτίσεις στο µέσο Μέσο Τυχαία µόρια (µη αποθηκευµένα δεδοµένα) Κεφαλή εγγραφής Ηλεκτρικό ρεύµα (εγγραφή) Οργανωµένα µόρια (δεδοµένα) Εισαγωγή στηνπληροφορική 23 Εισαγωγή στηνπληροφορική 24 4

5 ιαµόρφωση Καθώς το µέσο περιστρέφεται, η κεφαλή γράφει τα δεδοµένα Προτού να µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένας µαγνητικός δίσκος πρεπει να διαµορφωθεί µια διαδικασία που σχεδιάσει την επιφάνεια του δίσκου και καθορίζει πως θα αποθηκεύονται τα δεδοµένα Κατά τη διαµόρφωση, ο οδηγός δηµιουργεί κυκλικές διαδροµές στην επιφάνεια του δίσκου και κατόπιν χωρίζει κάθε διαδροµή σε τοµείς Το Λειτουργικό Σύστηµα οργανώνει τους τοµείς σε οµάδες, που καλούνται σµήνη (clusters), οπότε εντοπίζει την θέση κάθε αρχείου σύµφωνα µε τις συστάδες που αυτό καταλαµβάνει Εισαγωγή στηνπληροφορική 25 Εισαγωγή στηνπληροφορική 26 Περιοχές δίσκου ιαµορφωµένος ίσκος Όταν ένας δίσκος έχει διαµορφωθεί, το Λειτουργικό Σύστηµα δηµιουργεί τέσσερις περιοχές στην επιφάνειάτου: Boot sector διατηρεί την κύρια εγγραφή εκκίνησης, ένα µικρό πρόγραµµα που εκτελείται κάθε φορά που εκκινείται ο υπολογιστής File allocation table (FAT) ένας κατάλογος που καταγράφει κάθε θέση ενός αρχείου και την κατάσταση κάθε τοµέα Root folder επιτρέπει στο χρήστη να αποθηκεύει δεδοµένα στο δίσκο µε λογικό τρόπο Data area το τµήµα του δίσκου που διατηρεί τα δεδοµένα Εισαγωγή στηνπληροφορική 27 Εισαγωγή στηνπληροφορική 28 ισκέττες Οι οδηγοί δισκεττών (ή οδηγοί εύκαµπτων δίσκων) διαβάζουν και γράφουν δεδοµένα σε δισκέττες (καλούνται και εύκαµπτοι δίσκοι) Οι δισκέττες χρησιµοποιούνται για τη µεταφορά αρχείων µεταξύ υπολογιστών, ως τρόπο διανοµής λογισµικού, και ως µέσο εφεδρικών αντίγραφων) Οι δισκέττες κυκλοφορούν σε δύο µεγέθη: 5.25 ιντσών και 3.5 ιντσών Εισαγωγή στηνπληροφορική 29 Εισαγωγή στηνπληροφορική 30 5

6 3.5 inch floppy and drive Σκληροί δίσκοι Οι σκληροί δίσκοι χρησιµοποιούν πολλαπλές επιφάνειες, στοιβαγµένες σε έναν άξονα. Κάθε επιφάνειαέχειδύοκεφαλέςανάγνωσης/εγγραφής, µία για κάθε πλευρά Οι σκληροί δίσκοι διαθέτουν µέσα υψηλότερης ποιότητας και µεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής από τις δισκέττες Οι φορητοί σκληροί δίσκοι συνδυάζουν την υψηλή χωρητικότητά τους µε την ευκολία των δισκεττών Εισαγωγή στηνπληροφορική 31 Εισαγωγή στηνπληροφορική 32 Κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής Χωρητικότητες δίσκων Οι δισκέττες είναι διαθέσιµες χωρητικότητες αλλά οι συνηθέστερες αποθηκεύουν δεδοµένα έως 1.44 MB. Οι σκληροί δίσκοι αποθηκεύουν µεγάλες ποσότητες δεδοµένων. Οι νεότεροι προσωπικοί υπολογιστές διαθέτου σκληρούς δίσκους µε χωρητικότητες από 10 GBκαιάνω. Εισαγωγή στηνπληροφορική 33 Εισαγωγή στηνπληροφορική 34 Άλλες µαγνητικές συσκευές αποθήκευσης Οι εύκαµπτοι δίσκοι υψηλής χωρητικότητας παρέχουν χωρητικότητες έως 250 MB και την φορητότητα των δισκεττών Οι µαγνητικές κασέτες µοιάζουν µε µικρούς µεταφέρσιµους σκληρούς δίσκους και µπορούν να αποθηκεύσουνέως 2 GBδεδοµένα. Τα συστήµατα µαγνητικών ταινιών παρέχουν πολύ χαµηλή ταχύτητα πρόσβασης αλλά µεγάλες χωρητικότητες και χαµηλό κόστος Μαγνητικές ταινίες Εξαιτίας των µεγάλων χρόνων πρόσβασης, οι οδηγοί ταινιών χρησιµοποιούνται κυρίως για διατήρηση εφεδρικών αντίγραφων Εισαγωγή στηνπληροφορική 35 Εισαγωγή στηνπληροφορική 36 6

7 Συσκευές οπτικής αποθήκευσης Τρόπος λειτουργίας οπτικής αποθήκευσης CD-ROM Ταχύτητες και χρήσεις CD-ROM DVD-ROM Άλλες συσκευές οπτικής αποθήκευσης Τρόπος λειτουργίας Ένας οπτικός δίσκος είναι ένα αποθηκευτικό µέσο υψηλής χωρητικότηητας. Ένας οπτικός οδηγός χρησιµοποιεί ανακλώµενο φως για να διαβάσει δεδοµένα Για την αποθήκευση δεδοµένων, η µεταλλική επιφάνεια του δίσκου καλύπτεται µε µικροσκοπικές κοιλότητες (pits) και επίπεδα σηµεία (lands), που κάνουν το φως να ανακλάται διαφορετικά Όταν ένας οπτικός δίσκος ρίχνει φως σε µία κοιλότητα, το φως δεν µπορεί να ανακλαθεί πίσω. Αυτό αναπαριστά µια τιµή bit 0 (off). Ένα επίπεδο σηµείο ανακλά το φως πίσω στην πηγή του, αναπαριστάνοντας µια τιµή bit value 1 (on). Εισαγωγή στηνπληροφορική 37 Εισαγωγή στηνπληροφορική 38 CDROM 1 0 Στουςπροσωπικούςυπολογιστές, η συνηθέστερη τεχνολογία οπτικής τεχνολογίας καλείται Compact Disk Read-Only Memory (CD- ROM). Ένας τυπικός δίσκος CD-ROM µπορεί να αποθηκεύσειέως 650 MB δεδοµέναήπερίπου 70 λεπτά ήχου Μόλις κάποια δεδοµένα εγγραφούν σε έναν τυπικό δίσκο CD-ROM disk, τα δεδοµένα δεν µπορούν να αλλάξουν ή να επαναγραφούν Εισαγωγή στηνπληροφορική 39 Εισαγωγή στηνπληροφορική 40 Ταχύτητες και χρήσεις CDROM Οιπρώτοιοδηγοί CD-ROM καλούνταναπλής (µονής) ταχύτηταςκαιδιάβαζανδεδοµέναµεταχύτητα 150 KBps. (Οισκληροίδίσκοιµεταφέρουνδεδοµέναµεταχύτητα 5 15 MBps). Οι οδηγοί CD-ROM µπορούν πλέον να µεταφέρουν δεδοµένα σε ταχύτητες άνω των 7800 KBps, ενώ οι ταχυτήτες µεταφορές δεδοµένων συνεχώς αυξάνονται Οι δίσκοι CD-ROM χρησιµοποιούνται κυρίως για την αποθήκευση προγραµµάτων λογιµισκού. Μπορούν επίσης να αποθηκεύσουν δεδοµένα ήχουν και βίντεο, όπως και κείµενο και εντολές προγραµµάτων DVD-ROM Μιαπαραλλαγήτου CD-ROM καλείται DVD-ROM (Digital Video Disk Read-Only Memory), και χρησιµοποιείται στη θέση των δίσκων CD-ROM σε νεότερους προσωπικούς υπολογιστές Οιτυπικοίδίσκοι DVD αποθηκεύουνέως 9.4 GB δεδοµένα αρκετάγιατηναποθήκευσηµιαςταινίας. Οι δίσκοι DVD διπλής όψεως µπορούν να αποθηκεύσουν έως 17 GB Οι δίσκοι DVD µπορούν να αποθηκεύσουν τόσα πολλά δεδοµένα επειδή χρησιµοποιούνται και οι δύο πλευρές του δίσκου µαζί µε ειδικές τεχνολογίες συµπίεσης δεδοµένων Εισαγωγή στηνπληροφορική 41 Εισαγωγή στηνπληροφορική 42 7

8 Άλλες οπτικές συσκευές αποθήκευσης Έναςοδηγός CD-R (CD-Recordable) επιτρέπει στουςχρήστεςτηνεγγραφήτωνδικώντους CDs, αλλά τα δεδοµένα δεν µπορούν να επαναγραφούν όταν εγγραφούν µια φορά στο δίσκο Έναςοδηγός CD-RW (CD-Rewritable) λειτουργεί όπως παραπάνω αλλά επιτρέπει την εγγραφή νέων δεδοµένων σε έναν δίσκο CD που έχει ήδη δεδοµένα Η τεχνολογία PhotoCD χρησιµοποιείται για την αποθήκευση ψηφιακών φωτογραφιών Επανάληψη Κεφαλαίου Να αναφερθούν 4 κατηγορίες συσκευών µαγνητικής αποθήκευσης και 4 κατηγορίες οπτικής αποθήκευσης Να προσδιοριστούν τρεις κοινές χρήσεις των εύκαµπτων δίσκων Να ονοµαστούν οι 4 περιοχές που δηµιουργούνται σε ένα µαγνητικό δίσκο κατά τη διαµόρφωσή του Να εξηγηθεί πώς τα δεδοµένα αποθηκεύονται στην επιφάνεια των µαγνητικών και οπτικών δίσκων Να αναφερθούν τρεις παραλλαγές της τεχνολογίας οπτικών δίσκων Εισαγωγή στηνπληροφορική 43 Εισαγωγή στηνπληροφορική 44 Κεφαλαίου 5Β Μέτρηση της απόδοσης των οδηγών Μέσος χρόνος πρόσβασης (Average Access Time) Συµπίεση αρχείων (File Compression) Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων (Data-Transfer Rate) Πρότυπα διασύνδεσης οδηγών (Drive-Interface Standards) Μέσος χρόνος πρόσβασης Στις συσκευές αποθήκευσης, ο µέσος χρόνος πρόσβασης (ή χρόνος αναζήτησης) είναι ο χρόνος που απαιτείται για µια κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής να µετακινηθεί σε ένα σηµείο του αποθηκευτικού µέσου Για τις συσκευές αποθήκευσης, ο χρόνος πρόσβασης µετριέταισε milliseconds (ms). Αντίθετα, οχρόνος πρόσβασης στη µνήµη (π.χ. RAM) µετριέται σε nanoseconds (ns) Οι οδηγοί συσκευών παρέχουν µέσο χρόνο πρόσβασης των 100 ms. Οι οδηγοί σκληρών δίσκων είναιταχύτεροι, συνήθωςµεταξύ 6 12 ms. Εισαγωγή στηνπληροφορική 45 Εισαγωγή στηνπληροφορική 46 Τυπικοί χρόνοι πρόσβασης Συµπίεση αρχείων Συσκευή Static RAM (SRAM) Dynamic RAM (DRAM) Read only memory (ROM) Hard disk drives CD ROM drives Tape drives Χρόνος Πρόσβασης 5-15 ns ns ns 6-12 ms ms s Η τεχνολογία συµπίεσης αρχείων συµπυκνώνει τα αρχεία ώστε να καταλαµβάνουν λιγότερο αποθηκευτικό χώρο Με βοηθητικά προγράµµατα συµπίεσης, πολλαπλά αρχεία µπορούν να συµπυκνωθούν σε ένα αρχείο Κάποια προγράµµα επιτρέπουν τη συµπίεση όλων των περιεχοµένων ενός σκληρού δίσκου My archive Εισαγωγή στηνπληροφορική 47 Εισαγωγή στηνπληροφορική 48 8

9 Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων Η ταχύτητα (ρυθµός) µεταφοράς δεδοµένων καθορίζει τον χρόνο που απαιτείται ώστε τα δεδοµένα µε µετακινηθούν από µια συσκευή σε κάποια άλλη Αν µια συσκευή µεταφέρει 45,000 bytes ανά δευτερόλεπτο (second), η ταχυτήτα του µεταφοράς δεδοµένων είναι 45 KBps. Οι σκληροί δίσκοι παρέχουν τις µεγαλύτερες ταχύτητες µεταφοράς δεδοµένων από κάθε άλλη συσκευή αποθήκευσης Εισαγωγή στηνπληροφορική 49 Εισαγωγή στηνπληροφορική 50 Θρυµµατισµός σκληρού δίσκου Θρυµµατισµός σκληρού δίσκου Ένα αρχείο µπορεί να καταλήξει θρυµµατισµένο στην επιφάνεια του δίσκου Αυτό οδηγεί σε πολλαπλές προσβάσεις της κεφαλής µειώνοντας την απόδοση Εισαγωγή στηνπληροφορική 51 Εισαγωγή στηνπληροφορική 52 Πρότυπα διασύνδεσης οδηγών Όλοι οι προσωπικοί υπολογιστές έχουν µια διασύνδεση µεταξύ του οδηγού δίσκου και του επεξεργαστή. Τα δύο συνηθέστερα πρότυπα διασύνδεσης είναι τα EIDE και SCSI. Το πρότυπο EIDE εξελίχθηκε µε τα χρόνια και έχει διάφορες παραλλαγές µε διαφορετικά ονόµατα Το πρότυπο SCSI είναι ένα ταχύτερο και πιο ευέλικτο πρότυπο διασύνδεσης που χρησιµοποιείται σε υπολογιστές υψηλών επιδόσεων Επανάληψη κεφαλαίου Να οριστεί ο µέσος χρόνος πρόσβασης και να εξηγηθεί ο τρόπος µέτρησής του Να εξηγηθεί γιατί η συµπίεση αρχείων είναι παράγοντας της απόδοσης ενός οδηγού Να οριστεί η ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων και να περιγραφεί ο τρόπος µέτρησής της. Να προσδιοριστούν δύο πρότυπα διασύνδεσης οδηγών Εισαγωγή στηνπληροφορική 53 Εισαγωγή στηνπληροφορική 54 9