ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Transcript

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ ΜΑΘΗΜΑ 3 ο ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΔΟΜΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ ΒΑΣΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΜΝΗΜΗ & CPU

2 Λειτουργική Δομή Αρχιτεκτονική Von Neumann Όλοι οι υπολογιστές ακολουθούν την αρχιτεκτονική κατά Von-Neumann ως προς τη διάταξη του υλικού τους. Η αρχιτεκτονική διακρίνει σε κάθε υπολογιστή τρία μέρη τα : Είσοδο Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Έξοδο Το σημαντικότερο τμήμα από αυτά είναι η ΚΜΕ ή CPU που με τη σειρά της αποτελείται επίσης από επιμέρους τμήματα τα : Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) Αριθμητική-Λογική Μονάδα (Arithmetic-Logical Unit ALU) Καταχωρητές (Registers) Κεντρική Μνήμη (Main Memory) Στα PC η μονάδα ελέγχου, ηαριθμητική-λογική μονάδα και οι καταχωρητές περιέχονται σε ενιαία ηλεκτρονική διάταξη που λέγεται μικροεπεξεργαστής. Ο μικροεπεξεργαστής αποτελεί την ΚΜΕ ή CPU που προαναφέρθηκε

3 Μονάδα Ελέγχου & Αριθμητική-Λογική Μονάδα Η μονάδα ελέγχου ελέγχει τις διαδικασίες λειτουργίας μεταφέροντας σήματα μεταξύ κύριας μνήμης και ALU ή μεταξύ μονάδων εισόδου, εξόδου και CPU. Αυτό όπως θα δούμε στη συνέχεια ενεργοποιείται με τη χρήση των διακοπτών. Στην ALU εκτελούνταιόλεςοιαριθμητικέςκαιλογικέςπράξεις Οι δυνατότητες των μικροεπεξεργαστών (CPU) εξαρτώνται από τον κατασκευαστή και τον τύπο τους, π.χ. Pentium, 68040, Power Pc. Η ισχύς τους καθορίζεται από το μέγεθος της λέξης που μπορούν να χειρισθούν. Δηλαδή αν προσπελαύνουν 16, 32, 64 ή και περισσότερα bits συγχρόνως. Οι δε ταχύτητες μετριούνται στα PC σε microseconds ενώ σε ισχυρότερα συστήματα σε nano μέχρι και picoseconds Κάθε CPU σχεδιάσθηκε για να εκτελεί συγκεκριμένο σύνολο βασικών εντολών μηχανής. Αναπτύχθηκαν δυο τέτοιες τεχνολογίες.

4 Τεχνολογία CISC & RISC Η Complex Instruction Set Computer CISC που αναπτύχθηκε και χρησιμοποιείται από την Intel και αποτελεί τη βάση των μικροεπεξεργαστών της με νεότερο μέλος τον Pentium. Η τεχνολογία Reduced Complex Instruction Set Computer RISC που κατασκευάσθηκε από τη Motorola σε συνεργασία με την IBM και την Apple είναι ο Power PC. Η τεχνολογία αυτή έχει πιο περιορισμένο ρεπερτόριο εντολών, είναι ταχύτεροι επεξεργαστές και φθηνότεροι. Τυπικοί αντιπρόσωποι είναι τα Chips της Alpha και MIPS R4400 της εταιρίας DEC. Τέτοιος υπολογιστής Workstation είναι ο System/6000 της IBM. Προγράμματα που τρέχουν στον ένα δεν τρέχουν στον άλλο, για αυτό αναπτύχθηκαν ειδικά προγράμματα εξομοίωσης (emulation programs).

5 Μνήμη Η μνήμη είναι το άλλο βασικό στοιχείο για την λειτουργία του υπολογιστή. Η ανάπτυξή τους πέρασε από αρκετές φάσεις. Διακρίνονται αρχικά ως προς τη φυσική τους κατάσταση σε μνήμες πυρήνα και μνήμες στερεάς κατάστασης. Οι μνήμες πυρήνα αποτελούνται από χιλιάδες μικροσκοπικούς μαγνητικούς δακτυλίους που μαγνητίζονται ανάλογα με τη φορά του ρεύματος, σύμφωνα ή αντίθετα με τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού (1,0). Οι μνήμες στερεάς κατάστασης είναι ημιαγωγοί και διατίθενται με τη μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος και με βασική μονάδα τα flipflops. Η τεχνολογία LSI και VLSI έδωσε τη δυνατότητα μεγάλου αριθμού καταχωρητών σε μικρό όγκο. Επειδή είναι πολύ γρήγορη χρησιμοποιείται ως εσωτερική μνήμη του υπολογιστή. Υπάρχουν διάφοροι τύποι με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους MOS, CMOS, TTL, ECL

6 Η λειτουργία της μνήμης Όλα τα είδη μνήμης λειτουργούν με τον μηχανισμό της διεύθυνσης. Δηλαδή για να καταχωρηθεί ή να ανακτηθεί μια πληροφορία αρχικά πρέπει να δοθεί η διεύθυνση της θέσης μνήμης που θα προσπελασθεί. Η θέση προσδιορίζεται από τις γραμμές και στήλες. Για παράδειγμα στο διπλανό σχήμα είναι ενεργή η γραμμή 1 και οι στήλες 0, 2 και 6 κόκκινες γραμμές. Επομένως στα bit που βρίσκονται στη συμβολή τους θα καταχωρηθεί ή θα ανακτηθεί πληροφορία.

7 Είδη μνήμης Η μνήμη διακρίνεται σε στατική και δυναμική. Η στατική μνήμη δεν έχει ανάγκη ανανέωσης γιατί το περιεχόμενό της δεν αλλοιώνεται παρά μόνο όταν τροποποιηθεί. Είναι δε ταχύτατη με χρόνο προσπέλασης τα ns. Η δυναμική μνήμη αντίθετα πρέπει να ανανεώνονται περιοδικά γιατί το περιεχόμενό τους αλλοιώνεται. Είναι όμως φθηνότερες από τις στατικές αλλά πιο αργές με χρόνους προσπέλασης της τάξης των ns. Διακρίνονται δε στις ROM, RAM, περιφερειακές μαγνητικές και οπτικές αλλά και στις ηλεκτρονικές που βρίσκονται μέσα στον επεξεργαστή τους καταχωρητές. Με ταχύτερη και ακριβότερη τους καταχωρητές Οι ROM υπάρχουν ως PROM μιας εγγραφής με ειδικό μηχανισμό, EPROM διαγραφόμενη με ειδική διαδικασία και επανεγγραφόμενη και η ΕEPROM που είναι ηλεκτρικά διαγραφόμενη.

8 Αρτηρίες - Διάδρομοι Η μεταφορά των στοιχείων μνήμης πραγματοποιείται δια μέσου των διαδρόμων-αρτηριών. Αναπτύχθηκαν διάφοροι τύποι διαδρόμων με σημαντικότερους τους : ISA : με αρχικό εύρος 8 bit και στους 386 έγινε 32 bit MCA : 32 bit αλλά ασύμβατο με τον προηγούμενο. Εξελίχθηκε σε 64bit. EISA : 32 bit επέκτεινε και συμπλήρωσε τα χαρακτηριστικά του ISA χωρητικότητας 64 bit. PCI : Η πιο διαδεδομένη τοπική αρτηρία εύρους 64 bit και αρκετά ταχύτερη των προηγούμενων. VESA: αντίστοιχης τεχνολογίας με την PCI. Διάδρομος 33MHz σημαίνει ότι μεταφέρονται bits το δευτερόλεπτο. Χρόνος δε αδράνειας του διαδρόμου είναι αυτός που απαιτείται για τη μεταφορά από το ένα στο άλλο άκρο. Είναι ανάλογος δε του μήκους του.

9 Επεξεργαστής

10 Επεξεργαστής

11 Η λειτουργία του επεξεργαστή