Ε Ι Α Γ Ω Γ Ή Σ Η Ν Π Λ Η Ρ Ο Φ Ο Ρ Ι Κ Ή Ν Ί Κ Ο Π Α Π Α Δ Ά Κ Η. Αξρηηεθηνληθή Υπνινγηζηώλ

Transcript

1 Ε Ι Α Γ Ω Γ Ή Σ Η Ν Π Λ Η Ρ Ο Φ Ο Ρ Ι Κ Ή Ν Ί Κ Ο Π Α Π Α Δ Ά Κ Η Αξρηηεθηνληθή Υπνινγηζηώλ

2 Η απσιηεκηονική von Neumann (1/3) Ο όξνο Απσιηεκηονική ενόρ ηλεκηπονικού ςπολογιζηικού ζςζηήμαηορ αναθέπεηαι ζηνλ βαζηθό ιεηηνπξγηθό ζρεδηαζκό ηνπ ζπζηήκαηνο Ο von Neumann ζεωξείηαη ν παηέξαο ηωλ ζύγρξνλωλ κεραλώλ Η αξρηηεθηνληθή von Neumann ρξεζηκνπνηείηαη ζρεδόλ ζε όινπο ηνπο ειεθηξνληθνύο ππνινγηζηέο Βαζηθό ζηνηρείν ηεο αξρηηεθηνληθήο απηήο είλαη όηη νη μονάδερ για ηην επεξεπγαζία ηηρ πληποθοπίαρ δηαρωξίδνληαη από ηηο μονάδερ πος αποθηκεύοςν ηην πληποθοπία 2

3 Η απσιηεκηονική von Neumann (2/3) 3 Πξόθεηηαη γηα κία αθαηξεηηθή αξρηηεθηνληθή δόκεζεο κε ηα παξαθάηω βαζηθά ηκήκαηα: Κενηπική Μονάδα Επεξεπγαζίαρ: Αποηελείηαι από δύο επιμέποςρ μονάδερ: Μονάδα Ελέγσος: Λειηοςπγεί ωρ διασειπιζηήρ ηων ςπόλοιπων κνλάδωλ Απιθμηηική/Λογική Μονάδα: Είναι ικανή να εκηελεί απιθμηηικέρ και ινγηθέο πξάμεηο ζηα δεδνκέλα κε βάζε ηηο απνζεθεπκέλεο εληνιέο Μονάδα Μνήμηρ: Πεπιέσει ηα δεδομένα αλλά και ηιρ οδηγίερενηολέρ για ηην επεμεξγαζία ηνπο Σςζκεςέρ Ειζόδος: Μεηαθέποςν («ειζάγοςν») ηα δεδομένα ζηο εζωηεπικό ηνπ ππνινγηζηηθνύ ζπζηήκαηνο Σςζκεςέρ Εξόδος: Μεηαθέποςν ηα αποηελέζμαηα ηηρ επεξεπγαζίαρ ηων δεδνκέλωλ από ην εζωηεξηθό ηνπ ππνινγηζηηθνύ ζπζηήκαηνο ζηνλ «έμω» θόζκν

4 Η απσιηεκηονική von Neumann (3/3) 4 Σςζκεςέρ Ειζόδος Κενηπική Μονάδα Επεξεπγαζίαρ Σςζκεςέρ Εξόδος Μνλάδα Διέγρνπ Αξηζκεηηθή/ Λνγηθή Μνλάδα Βοηθηηικέρ Σςζκεςέρ Αποθήκεςζηρ Μονάδα Μνήμηρ

5 Πεπιθεπειακέρ ζςζκεςέρ Με ηνλ όξν Πεπιθεπειακέρ ζςζκεςέρ (peripheral devices) αλαθεξόκαζηε ζηηο ζπζθεπέο πνπ ζπλδένληαη κε ην θεληξηθό ζύζηεκα, κε ζθνπό ηελ επηθνηλσλία ηνπ κε ηνλ εμσηεξηθό θόζκν Οη ζπζθεπέο απηέο είλαη αλεμάξηεηεο από ην ζύζηεκα Φξεζηκνπνηνύληαη γηα λα επεθηείλνπλ ηηο δπλαηόηεηεο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη δηαρσξίδνληαη ζε ζςζκεςέρ ειζόδος θαη ζςζκεςέρ εξόδος 5

6 ςζκεςέρ ειζόδος δεδομένων Μία ζςζκεςή (ή μονάδα) ειζόδος δεδνκέλσλ είλαη κία ζπζθεπή δηα κέζσ ηεο νπνίαο, δεδνκέλα θαη πξνγξάκκαηα εηζάγνληαη από ηνλ έμσ θόζκν ζηνλ ειεθηξνληθό ππνινγηζηή Οη ζπζθεπέο εηζόδνπ ζπκπεξηιακβάλνπλ ην πιεθηξνιόγην δηάθνξεο ζπζθεπέο κεηαθίλεζεο ηνπ δξνκέα ζηελ νζόλε θαη επηινγήο όπσο ην πνληίθη, ε ηρλόζθαηξα, ε ρεηξηζηήξηα ιαβή, ν πίλαθαο ςεθηνπνίεζεο θαη νη νζόλεο αθήο νη ζαξσηέο νη ζπζθεπέο αλάγλσζεο ραξαθηήξσλ κε καγλεηηθή κειάλε νη ζπζθεπέο νπηηθήο αλαγλώξηζεο θαξηώλ-ζεκείσλ ε ςεθηαθή θάκεξα θαη ην κηθξόθσλν 6

7 ςζκεςέρ επιλογήρ Πξόθεηηαη γηα ζπζθεπέο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηνλ έιεγρν ηνπ δξνκέα, επηινγή κηαο εληνιήο/αληηθεηκέλνπ ή ην ρεηξηζκό ελόο αληηθεηκέλνπ πνπ έρεη ήδε επηιεγεί Υπάξρνπλ δηάθνξνη ηύπνη ηέηνησλ ζπζθεπώλ Τν πνληίθη Η ηρλόζθαηξα Η ρεηξηζηήξηα ιαβή Ο πίλαθαο ςεθηνπνίεζεο Η νζόλε αθήο 7

8 Καηηγοπιοποίηζη ζςζκεςών επιλογήρ 8 Σςζκεςή Επιλογήρ Πλεονεκηήμαηα Μειονεκηήμαηα Καηάλληλη Για Πνληίθη Χακειό θόζηνο, επρξεζηία, δελ απαηηεί ηδηαίηεξε επηθάλεηα εξγαζίαο Μηθξή αθξίβεηα Πξνζωπηθνί ππνινγηζηέο, εθαξκνγέο απηνκαηηζκνύ γξαθείνπ Ιρλόζθαηξα Αθξίβεηα, ελζωκάηωζε πνιιαπιώλ εληνιώλ Γπζθνιία ρξήζεο, επαηζζεζία ζηε ξύπαλζε Φνξεηνί ππνινγηζηέο, βηνκεραληθά πεξηβάιινληα Χεηξηζηήξηα Λαβή Χακειό θόζηνο, ελζωκάηωζε πνιιαπιώλ εληνιώλ Μηθξή αθξίβεηα Μεραλέο παηρληδηώλ, βηνκεραληθά πεξηβάιινληα Πίλαθαο Ψεθηνπνίεζεο Αθξίβεηα, επρξεζηία Μεγάιν θόζηνο, απαηηεί κεγάιν ρώξν εξγαζίαο Βηνκεραληθή ζρεδίαζε, ραξηνγξαθία Οζόλε Αθήο Απιή ζηε ρξήζε, δελ απαηηείηαη ζπγρξνληζκόο ρεξηνύ καηηνύ Μεηωκέλε επρξεζηία (δπζθνιία δηεθπεξαίωζεο θάπνηωλ εξγαζίωλ) Κηόζθηα παξνρήο πιεξνθνξηώλ/ ππεξεζηώλ ζε δεκόζηνπο ρώξνπο

9 ςζκεςέρ ειζόδος δεδομένων 9

10 ςζκεςέρ εξόδος δεδομένων Μία ζςζκεςή (ή μονάδα) εξόδος δεδνκέλσλ είλαη κία ζπζθεπή δηα κέζσ ηεο νπνίαο, απνηειέζκαηα απνζεθεπκέλα ζηνλ ειεθηξνληθό ππνινγηζηή, ηα νπνία πξνέξρνληαη από ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ, κεηαθέξνληαη ζηνλ εμσηεξηθό θόζκν. Οη πην δεκνθηιήο ζπζθεπέο εμόδνπ ζπκπεξηιακβάλνπλ ηελ νζόλε ηα ερεία ηνπο εθηππσηέο 10

11 Οθόνη Η νζόλε ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ νπηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο εμόδνπ ηνπ ππνινγηζηή Αλάινγα κε ηε ζπζθεπή απεηθόληζεο πνπ ρξεζηκνπνηνύλ ρσξίδνληαη ζε δύν θαηεγνξίεο: Οθόνερ καθοδικού ζωλήνα (CRT) Επίπεδερ οθόνερ Οθόνη ςγπών κπςζηάλλων Οθόνη πλάζμαηορ 11

12 Γενικά Υαπακηηπιζηικά Επιλογήρ μίαρ Οθόνηρ (1/4) Τα θπξηόηεξα ραξαθηεξηζηηθά επηινγήο κίαο νζόλεο είλαη: η διάζηαζη ηηρ οθόνηρ 12 ην κήθνο ηεο δηαγσλίνπ ηεο νζόλεο θαη κεηξηέηαη ζε ίληζεο (π.ρ. 15, 17 ) η ανάλςζη ηηρ εικόναρ πεξηγξάθεη ηνλ κέγηζην αξηζκό εηθνλνζηνηρείσλ (pixels) πνπ κπνξεί λα απεηθνλίζεη ε νζόλε, ζε θάζε κηα από ηηο δύν δηαζηάζεηο Τππηθέο αλαιύζεηο είλαη: 640 x 480, 640 x 400, 800 x 600, 1024 x 768, 1280x1024 pixels (γξακκέο x ζηήιεο) θαη εμαξηώληαη από ηελ θάξηα θαη ηε κλήκε ηεο θάξηαο νζόλεο η ζςσνόηηηα ανανέωζηρ εθθξάδεη ην ξπζκό κε ηνλ νπνίν «δσγξαθίδνληαη» ηα pixels ζηελ νζόλε Γηα λα έρνπκε κηα «θαιή» απόθξηζε απηή πξέπεη λα είλαη θαηά πξνηίκεζε κεγαιύηεξε από 72 Hz

13 Γενικά Υαπακηηπιζηικά Επιλογήρ μίαρ Οθόνηρ (2/4) η απόζηαζη ηων κοςκκίδων ειέγρνπλ ηελ απεηθόληζε ησλ ρξσκάησλ πεξηγξάθεη ηελ απόζηαζε κεηαμύ ησλ pixels 13 Γεληθά, όζν κηθξόηεξε είλαη απηή ε απόζηαζε ηόζν θαζαξόηεξε εηθόλα επηηπγράλεηαη, αθνύ έρνπκε πεξηζζόηεξα pixels ζε κία πεξηνρή Οη ηηκέο ηεο απόζηαζεο ησλ θνπθθίδσλ θπκαίλνληαη από 0,24mm - 0,31mm η ζςμβαηόηηηα με ηα ππόηςπα σαμηλήρ ακηινοβολίαρ αθνξά ηε ζπκβαηόηεηα ηεο νζόλεο κε θάπνην ή θάπνηα από ηα πξόηππα απηά, όπσο είλαη ηα MPRII, TCO 92/95/99 θαη ELF&VLF

14 Γενικά Υαπακηηπιζηικά Επιλογήρ μίαρ Οθόνηρ (3/4) ηο βάθορ σπώμαηορ 14 πεξηγξάθεη ην πιήζνο ησλ δηαθνξεηηθώλ ρξσκάησλ πνπ κπνξνύλ λα αλαπαξαζηαζνύλ Πην αλαιπηηθά, θάζε pixel απεηθνλίδεη έλα ρξώκα Κάζε ρξώκα γηα ηελ θσδηθνπνίεζή ηνπ απαηηεί έλαλ αξηζκό από bits Π.ρ. αλ έρνπκε ζηε δηάζεζή καο 16 bits γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ησλ ρξσκάησλ, ηόηε κπνξνύκε λα θσδηθνπνηήζνπκε 2 16 = αξηζκνύο θαη επνκέλσο λα αλαπαξαζηήζνπκε ρξώκαηα Έλαο πνιύ ζπλεζηζκέλνο ηξόπνο αλαπαξάζηαζεο ρξσκάησλ ζε έλαλ ππνινγηζηή είλαη ε παιέηα Με ηελ αλαπαξάζηαζε RGB (Red-Green-Blue), ηα ρξώκαηα δεκηνπξγνύληαη από ζπλδπαζκνύο ηξηώλ βαζηθώλ ρξσκάησλ (θόθθηλνπ, πξάζηλνπ θαη κπιε), επηιέγνληαο ηελ θαηάιιειε απόρξσζε από ην θαζέλα από απηά

15 Γενικά Υαπακηηπιζηικά Επιλογήρ μίαρ Οθόνηρ (4/4) Επηινγή ρξώκαηνο από ηελ παιέηα 15

16 ςζκεςέρ ειζόδος/εξόδος (1/2) 16 Οη ζπζθεπέο εηζόδνπ/εμόδνπ είλαη ζπζθεπέο πνπ κεηαθέξνπλ ηόζν δεδνκέλα θαη πξνγξάκκαηα από ηνλ έμσ θόζκν ζηνλ ππνινγηζηή, όζν θαη απνηειέζκαηα, πνπ πξνέξρνληαη από επεμεξγαζία δεδνκέλσλ εηζόδνπ, πξνο ηνλ εμσηεξηθό θόζκν Φαξαθηεξηζηηθό παξάδεηγκα ηέηνηαο ζπζθεπήο είλαη ε οθόνη αθήρ, θαζώο πέξα από ηελ είζνδν δεδνκέλσλ ρξεζηκνπνηείηαη θαη γηα απεηθόληζε/έμνδν απνηειεζκάησλ πξνο ην ρξήζηε Επίζεο, κία άιιε ζπζθεπή εηζόδνπ/εμόδνπ είλαη ν διαμοπθωηήρ/αποδιαμοπθωηήρ ή πην απιά modem. To modem επηηξέπεη ηελ επηθνηλσλία δπν ππνινγηζηώλ κε ηε ρξήζε ηεο ίδηαο ηειεθσληθήο γξακκήο θαη ιεηηνπξγεί σο εμήο: αξρηθά κεηαηξέπεη ην ςεθηαθό ζήκα ζε αλαινγηθό ην εθπέκπεη ζηελ ηειεθσληθή γξακκή όηαλ ην ζήκα θηάζεη ζην δεύηεξν ππνινγηζηή, θάλεη ηελ αληίζηξνθε δνπιεηά Τα modem δηαθξίλνληαη ζε εμσηεξηθά θαη εζσηεξηθά

17 ςζκεςέρ ειζόδος/εξόδος (2/2) Όιεο νη ζπζθεπέο πνπ έρνπκε πεξηγξάςεη κέρξη ζηηγκήο δελ απνζεθεύνπλ δεδνκέλα, γη απηό θαη νλνκάδνληαη μη αποθηκεςηικέρ Υπάξρνπλ όκσο, θαη νη αποθηκεςηικέρ ζπζθεπέο 17 Τέηνηεο ζπζθεπέο εηζόδνπ/εμόδνπ είλαη νη μαγνηηικέρ θαη νη οπηικέρ ζπζθεπέο, ζηηο νπνίεο κπνξνύκε ηόζν λα γξάθνπκε δεδνκέλα (έμνδνο) όζν θαη λα δηαβάδνπκε δεδνκέλα (είζνδνο)

18 Η Κενηπική Μονάδα ςζηήμαηορ 18 Η κενηπική μονάδα ηος ζςζηήμαηορ (base unit ή system unit) απνηειεί ηνλ ππξήλα ελόο ππνινγηζηή Σε έλαλ πξνζσπηθό ειεθηξνληθό ππνινγηζηή ηελ νλνκάδνπκε απιά θνπηί (box) ή πύξγν (tower) Τα ζπζηαηηθά από ηα νπνία απνηειείηαη απαξηίδνπλ ην βαζηθό ζύζηεκα ηνπ ππνινγηζηή Τα θπξηόηεξα από απηά είλαη η μηηπική πλακέηα η κενηπική μονάδα επεξεπγαζίαρ η κύπια μνήμη

19 Μηηπική Πλακέηα (1/2) Η κεηξηθή πιαθέηα είλαη ε βαζηθόηεξε κνλάδα ηνπ ππνινγηζηή Καζνξίδεη ηελ αμηνπηζηία θαη ηε ζηαζεξόηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπ ππνινγηζηή Πξόθεηηαη γηα κία επίπεδε επηθάλεηα (πιαθέηα) πάλσ ζηελ νπνία ζηεξίδνληαη όια ηα ππόινηπα εμαξηήκαηα ηνπ ππνινγηζηή 19 Όια ηα εμαξηήκαηα ηνπνζεηνύληαη πάλσ ζηελ πιαθέηα κε ηε ρξήζε ππνδνρώλ θαη ζπλδέζκσλ πνπ βξίζθνληαη ζε απηήλ Εθηόο όκσο από ηα εμαξηήκαηα, ζηελ πιαθέηα ζπλδένληαη θαη θάπνηεο άιιεο πεξηθεξεηαθέο ζπζθεπέο (π.ρ. πιεθηξνιόγην, εθηππσηήο, εμσηεξηθά κέζα απνζήθεπζεο), κε ηε ρξήζε ζπξώλ Οη ζύξεο (ports) είλαη εηδηθέο ππνδνρέο πνπ δίλνπλ ηε δπλαηόηεηα ζηνλ ππνινγηζηή λα επηθνηλσλεί κε πεξηθεξεηαθέο ζπζθεπέο

20 Μηηπική Πλακέηα (1/2) Κάζε κεηξηθή πιαθέηα θαηαζθεπάδεηαη γηα έλα ζπγθεθξηκέλν ηύπν επεμεξγαζηή Επίζεο, πάλσ ζηε κεηξηθή πιαθέηα είλαη ραξαγκέλνη δηάδξνκνη ή αιιηώο δίαπινη (buses), νη νπνίνη επηηξέπνπλ ηελ επηθνηλσλία κεηαμύ ησλ δηαθόξσλ εμαξηεκάησλ 20

21 Η Κενηπική Μονάδα Επεξεπγαζίαρ (ΚΜΕ) (1/2) 21 Η κενηπική μονάδα επεξεπγαζίαρ (Central Processing Unit, CPU) ή απιά επεξεπγαζηήρ απνηειεί ηελ θαξδηά ηνπ ππνινγηζηή Αλαιακβάλεη ηελ επεμεξγαζία ησλ πιεξνθνξηώλ θαη ειέγρεη θαη ζπληνλίδεη όιεο ηηο άιιεο κνλάδεο ηνπ ππνινγηζηή Τνπνζεηείηαη πάλσ ζηε κεηξηθή πιαθέηα ζε εηδηθή ππνδνρή, ελώ ζπλνδεύεηαη πάληα από κία ςύθηξα κε αλεκηζηεξάθη ε νπνία δηαζθαιίδεη ηελ πξνζηαζία ηεο από ππεξζέξκαλζε, θαζώο απνβάιιεη κεγάιν πνζό ζεξκόηεηαο

22 Η Κενηπική Μονάδα Επεξεπγαζίαρ (ΚΜΕ) (2/2) 22 Η ΚΜΕ έρεη σο θύξηεο αξκνδηόηεηεο ηελ εθηέιεζε πξάμεσλ θαη ηελ κεηαθνξά δεδνκέλσλ Η κεηαθνξά ησλ δεδνκέλσλ από θαη πξνο απηήλ επηηπγράλεηαη κέζσ ησλ δίαπισλ, νη νπνίνη ηελ ηξνθνδνηνύλ ζπλερώο κε δεδνκέλα Τα δεδνκέλα θαηεγνξηνπνηεζνύλ ζε : Ενηολέρ (instructions) Είλαη ζρεηηθέο κε ην πώο ε θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο ζα δηαρεηξηζηεί ηα ππόινηπα δεδνκέλα Πξόθεηηαη γηα ηνλ θώδηθα ελόο πξνγξάκκαηνο Πεξηιακβάλεη ηα ζπλερή κελύκαηα πνπ ζηέιλνπκε ζηνλ ππνινγηζηή κέζσ ησλ δηαθόξσλ κνλάδσλ εηζόδνπ (π.ρ. κελύκαηα εθηύπσζεο ή απνζήθεπζεο) Δεδομένα (data) Είλαη ε πιεξνθνξία πξνο επεμεξγαζία, ηελ νπνία ε ΚΜΕ πξέπεη λα δηαρεηξηζηεί αθνινπζώληαο ηηο εληνιέο Τα δεδνκέλα είλαη ηα ηππηθά δεδνκέλα πνπ εηζάγεη ν ρξήζηεο Π.ρ. όηαλ πιεθηξνινγνύκε θείκελν ζηέιλνπκε ζηνλ ππνινγηζηή δεδνκέλα, ελώ όηαλ δεηάκε απνζήθεπζε ηνπ θεηκέλνπ καο ηνπ ζηέιλνπκε εληνιέο

23 Είζοδορ και έξοδορ δεδομένων ζηην ΚΜΕ 23 Δληνιέο γηα επεμεξγαζία δεδνκέλωλ Δίζνδνο δεδνκέλωλ γηα επεμεξγαζία Κενηπική Μονάδα Επεξεπγαζίαρ (CPU) Έμνδνο επεμεξγαζκέλωλ δεδνκέλωλ

24 Τπομονάδερ ηηρ ΚΜΕ Η θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο απνηειείηαη από 3 βαζηθέο ςπομονάδερ: ηη μονάδα ελέγσος ηην απιθμηηική και λογική μονάδα ηοςρ καηασωπηηέρ 24

25 Μονάδα Ελέγσος ΜΕ (Control Unit, CU) (1/2) 25 Η Μονάδα Ελέγσος είλαη ε νξγαλσηηθή δύλακε ζηνλ ππνινγηζηή θαζώο δηεπζύλεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ (νξίδνληαο ηε δηαδνρή ησλ πξάμεσλ) θαη θξνληίδεη γηα ην ζπληνληζκό ησλ κεξώλ ηνπ Καηά ηελ εθηέιεζε ηνπ πξνγξάκκαηνο, ε κνλάδα ειέγρνπ αλαθηά από ηε κλήκε ηηο ενηολέρ Οη εληνιέο είλαη θσδηθνπνηεκέλα ειεθηξηθά ζήκαηα, ηα νπνία, ε κνλάδα ειέγρνπ αθνύ ηα «απνθσδηθνπνηήζεη» θαη πξνζδηνξίζεη ηνλ ηύπν ηνπο ζηε ζπλέρεηα εθπέκπεη ζήκαηα ειέγρνπ πξνο ηηο θαηάιιειεο κνλάδεο Απηά ηα ζήκαηα ειέγρνπ κπνξεί λα ζηαινύλ είηε ζηε κλήκε γηα ηελ εμαγσγή πιεξνθνξηώλ πξνο ηηο άιιεο κνλάδεο ηνπ ππνινγηζηή ή ηε ιήςε πιεξνθνξηώλ απ απηέο θαη ηελ απνζήθεπζή ηνπο ζηε κλήκε είηε ζηελ αξηζκεηηθή θαη ινγηθή κνλάδα γηα ηελ εθηέιεζε ησλ επηζπκεηώλ ππνινγηζκώλ είηε, ζηηο κνλάδεο εηζόδνπ/εμόδνπ γηα ηε κεηαθνξά πιεξνθνξηώλ από ηνλ ππνινγηζηή πξνο ην εμσηεξηθό ηνπ πεξηβάιινλ, θαη αληηζηξόθσο

26 Μονάδα Ελέγσος ΜΕ (Control Unit, CU) (1/2) 26 Άλλερ Μονάδερ Μονάδα Ελέγσος (Control Unit) Μεηξεηήο Πξνγξάκκαηνο Program Counter (PC) Μνήμη Καηαρωξεηήο Δληνιήο Instruction Register (IR)

27 Απιθμηηική και Λογική Μονάδα - Α/Λ (Arithmetic and Logical Unit, ALU) (1/2) 27 Η Απιθμηηική και Λογική Μονάδα είλαη ε κνλάδα πνπ εθηειεί όιεο ηηο πξάμεηο θαη ηνπο ππνινγηζκνύο πνπ απαηηνύληαη γηα ηελ εθηέιεζε ησλ εληνιώλ Σπγθεθξηκέλα, εθηειεί απιθμηηικέρ ππάξειρ όπσο πξόζζεζε (+), αθαίξεζε (-), πνιιαπιαζηαζκό (*), δηαίξεζε (/), λογικέρ ππάξειρ όπσο ζύδεπμε (AND), δηάδεπμε (OR), άξλεζε (NOT) Οη ινγηθέο πξάμεηο είλαη απηέο πνπ δηαπηζηώλνπλ αλ κία (ινγηθή) παξάζηαζε είλαη αιεζήο ή ςεπδήο ζςγκπίζειρ π.ρ. x<5 ςπολογιζμούρ διεςθύνζεων (γηα πξνζπέιαζε ζηε κλήκε)

28 Απιθμηηική και Λογική Μονάδα - Α/Λ (Arithmetic and Logical Unit, ALU) (2/2) 28 Όιεο νη πξάμεηο γίλνληαη βάζε πξνθαζνξηζκέλσλ ιεηηνπξγηώλ, κεηαζρεκαηίδνληαο ή ζπλδπάδνληαο ηα απαξαίηεηα δεδνκέλα Οη θσδηθνπνηεκέλεο παξαζηάζεηο ησλ δεδνκέλσλ δίδνληαη ζηελ αξηζκεηηθή θαη ινγηθή κνλάδα από ηε κλήκε Η κνλάδα ειέγρνπ, ε νπνία γλσξίδεη ηελ πξάμε πνπ πξέπεη λα εθηειεζηεί, κεηαδίδεη ζηελ αξηζκεηηθή θαη ινγηθή κνλάδα ηα απαξαίηεηα ζήκαηα ειέγρνπ, ώζηε απηή λα ππνινγίζεη ηα επηζπκεηά απνηειέζκαηα ησλ πξάμεσλ Απιθμηηική/Λογική Μονάδα (Arithmetic Logical Unit) Κύθιωκα Αξηζκεηηθώλ/Λνγηθώλ Πξάμεωλ Σπζζωξεπηήο Accumulator (ACCU) Καηαρωξεηήο Μνήμη Καηαρωξεηήο

29 Καηασωπηηέρ (Registers) (1/3) 29 Οη Καηασωπηηέρ (Registers) είλαη εηδηθέο ζέζεηο κλήκεο πςειήο ηαρύηεηαο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηελ πξνζσξηλή απνζήθεπζε ησλ δεδνκέλσλ θαη εληνιώλ πξνο επεμεξγαζία, αιιά θαη ηελ εθηέιεζε εηδηθώλ ιεηηνπξγηώλ Η πξόζβαζε ζε θαηαρσξεηέο είλαη πην γξήγνξε από πξόζβαζε ζε ζέζεηο κλήκεο θαζώο απνηεινύλ ηελ ηαρύηεξε κνλάδα κλήκεο ηνπ ππνινγηζηή Τν κέγεζνο ησλ θαηαρσξεηώλ θαζνξίδεη ην πόζα δεδνκέλα κπνξεί λα δηαρεηξηζηεί ν επεμεξγαζηήο ζε κία δεδνκέλε ζηηγκή Γηα παξάδεηγκα, έλαο επεμεξγαζηήο 32 bit ζεκαίλεη όηη νη θαηαρσξεηέο ηνπ είλαη ηεο ηάμεο ησλ 32 bit Τν κέγεζνο ησλ θαηαρσξεηώλ είλαη ίζν κε ην μήκορ λέξηρ ηνπ ππνινγηζηή

30 Καηασωπηηέρ (Registers) (1/3) Οη θαηαρσξεηέο ηνπ θάζε επεμεξγαζηή ρσξίδνληαη ζε δύν βαζηθέο θαηεγνξίεο: 30 καηασωπηηέρ ειδικήρ σπήζηρ είλαη ππεύζπλνη γηα ζπγθεθξηκέλεο ιεηηνπξγίεο ηνπ επεμεξγαζηή καηασωπηηέρ γενικήρ σπήζηρ είλαη απηνί πνπ δελ έρνπλ δεζκεπηεί από ην ζύζηεκα γηα κία ζπγθεθξηκέλε ιεηηνπξγία, αιιά ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα θξαηνύλ δεδνκέλα ηα νπνία επεμεξγάδνληαη ηελ ηξέρνπζα ζηηγκή

31 Καηασωπηηέρ (Registers) (1/3) Καηασωπηηέρ ειδικήρ σπήζηρ Ο καηασωπηηήρ ενηολήρ (instruction register, IR) 31 πεξηέρεη ηελ εληνιή πνπ εθηειείηαη ηελ ηξέρνπζα ρξνληθή ζηηγκή Ο μεηπηηήρ ππογπάμμαηορ (program counter, PC) πεξηέρεη ηε δηεύζπλζε κλήκεο ηεο επόκελεο εληνιήο πνπ πξόθεηηαη λα εηζαρζεί θαη λα εθηειεζηεί Η ηηκή ηνπ ελεκεξώλεηαη θαηάιιεια θαηά ηελ εθηέιεζε ηεο εληνιήο ώζηε ζην ηέινο ηεο λα πεξηέρεη ηε λέα δηεύζπλζε ηεο επόκελεο εληνιήο Καη νη δύν παξαπάλσ θαηαρσξεηέο βξίζθνληαη ζηε κνλάδα ειέγρνπ Ο ζςζζωπεςηήρ (accumulator, ACCU) βξίζθεηαη ζηελ αξηζκεηηθή θαη ινγηθή κνλάδα θαη ζπγθεληξώλεη ηα απνηειέζκαηα ησλ ππνινγηζκώλ

32 Ο Κύκλος Φέρε-Εκτέλεσε (Fetch-Execute Cycle) 32 Γηα λα εθηειεζηεί έλα πξόγξακκα, ν επεμεξγαζηήο αλαθηά κία κία ηηο εληνιέο ηνπ πξνγξάκκαηνο θαη επηηειεί ηηο ιεηηνπξγίεο πνπ θαζνξίδεη θάζε κία από απηέο Ο κύκλορ εκηέλεζηρ ενηολών ή κύκλορ μησανήρ ή απιά κύκλορ θέπε-εκηέλεζε αλαθέξεηαη ζην δηάζηεκα πνπ απαηηείηαη γηα ηελ νινθιήξσζε ηεο εθηέιεζεο κίαο εληνιήο Ο θύθινο απηόο δηέξρεηαη από δύν θάζεηο: θάζη ανάκηηζηρ (fetch phase) κεηαθέξεηαη από ηε κλήκε ζηελ θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο ε επόκελε εληνιή πνπ ζα εθηειεζηεί θάζη εκηέλεζηρ (execution phase) ε θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο εθηειεί ηελ εληνιή θαη αλ ρξεηάδεηαη απνζεθεύεη ηα απνηειέζκαηα ζηε κλήκε

33 Φάζη Ανάκηηζηρ 33 Ο PC (κεηξεηήο πξνγξάκκαηνο) πεξηέρεη ηε δηεύζπλζε ηεο ζέζεο κλήκεο ηεο επόκελεο εληνιήο πνπ πξόθεηηαη λα εθηειεζηεί Ο επεμεξγαζηήο δηαβάδεη απηή ηε δηεύζπλζε θαη αλαθηά ηα πεξηερόκελα ηεο ζέζεο κλήκεο ζηελ νπνία δείρλεη απηή Τα πεξηερόκελα πνπ δηάβαζε είλαη ζηελ νπζία ε εληνιή πνπ ζα εθηειεζηεί θαη ηα θνξηώλεη ζηνλ IR (θαηαρσξεηή εληνιήο) Σηε ζπλέρεηα αλαλεώλεη ηνλ PC ώζηε λα πεξηέρεη ηε δηεύζπλζε ηεο επόκελεο εληνιήο πνπ ζα εθηειεζηεί Έρνληαο ινηπόλ ηελ πξνο εθηέιεζε εληνιή ζηνλ IR, ην επόκελν βήκα απηήο ηεο θάζεο είλαη ε αποκωδικοποίηζη (decode) ηεο εληνιήο Η εληνιή δηαζπάηαη θαη εξκελεύεηαη από ηελ θεληξηθή κνλάδα επεμεξγαζίαο, δειαδή απνθσδηθνπνηείηαη ζε ζήκαηα ειέγρνπ θαη πξνζδηνξίδεηαη ε ιεηηνπξγία πνπ ζα εθηειεζηεί

34 Φάζη εκηέλεζηρ 34 Η εθηέιεζε κηαο εληνιήο ζπλήζσο ζεκαίλεη εθηέιεζε ελόο ή πεξηζζόηεξσλ επηκέξνπο βεκάησλ Οη ζηνηρεηώδεηο απηέο ιεηηνπξγίεο πνπ αλ εθηειεζηνύλ ζε ζπγθεθξηκέλε ζεηξά ζπλζέηνπλ κία εληνιή πεξηιακβάλνπλ: Μεηαθνξά δεδνκέλσλ από έλαλ θαηαρσξεηή ηνπ επεμεξγαζηή ζε θάπνηνλ άιινλ ή ζηελ ALU Εθηέιεζε κίαο αξηζκεηηθήο ή ινγηθήο πξάμεο (ζηελ ALU) θαη απνζήθεπζε ηνπ απνηειέζκαηνο ζε έλαλ θαηαρσξεηή Αλάθηεζε ησλ πεξηερνκέλσλ κίαο ζπγθεθξηκέλεο ζέζεο κλήκεο θαη ηνπνζέηεζή ηνπο ζε έλαλ θαηαρσξεηή Απνζήθεπζε δεδνκέλσλ από έλαλ θαηαρσξεηή ζε κία ζπγθεθξηκέλε ζέζε κλήκεο

35 Ο Κύκλος Φέρε-Εκτέλεσε (Fetch-Execute Cycle) 35 Μονάδα Ελέγσος Απιθμηηική/Λογική Μονάδα Φάζη Ανάκηηζηρ Μεηαθνξά ηεο επόκελεο εληνιήο Απνθωδηθνπνίεζε ηεο εληνιήο Καηασωπηηέρ Φάζη Εκηέλεζηρ Μεηαθνξά ηωλ απαξαίηεηωλ δεδνκέλωλ Δθηέιεζε ηεο εληνιήο Μνήμη