ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ (ΜΝΗΜΗ)

ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ (ΜΝΗΜΗ)

Συσκευές αποθήκευσης Ένας υπολογιστής προκειµένου να αποθηκεύσει δεδοµένα χρησιµοποιεί δύο τρόπους αποθήκευσης: Την Κύρια Μνήµη Τις συσκευές µόνιµης αποθήκευσης (δευτερεύουσα µνήµη)

Κύρια Μνήµη Ηκύρια µνήµη είναι µέρος του υλικού και χρησιµεύει για την αποθήκευση δεδοµένων και εντολών. Είναι απ ευθείας συνδεδεµένη µε τον επεξεργαστή. Όποια πληροφορία δηµιουργείται σε κάποια χρονική στιγµή και πρόκειται να χρησιµοποιηθεί αργότερα, αποθηκεύεται, συνήθως προσωρινά, στην κύρια µνήµη για να µπορεί να ανακληθεί εύκολα. Στην κύρια µνήµη αποθηκεύονται επίσης πληροφορίες χρήσιµες για τη διαµόρφωση (configuration) του συστήµατος. Ο χρόνος προσπέλασης είναι πολύ πιο γρήγορος από αυτόν ενός δίσκου, αλλά η αποθηκευτική της δυνατότητα είναι περιορισµένη. Ένεκα του ότι η κύρια µνήµη είναι γρηγορότερη, οι εντολές φορτώνονται πρώτα εδώ πριν την εκτέλεσή τους ώστε τα προγράµµατα να µπορούν να τρέχουν µε πιο αποτελεσµατικό τρόπο. Έχουµε δύο τύπους κύριας µνήµης: Random Access Memory (RAM) Read Only Memory (ROM)

RAM(Random Access Memory, Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης) RAM είναι η µνήµη όπου αποθηκεύονται προσωρινά εντολές και δεδοµένα, περιµένοντας την ανάκλησή τους για επεξεργασία. Είναι επίσης ο χώρος όπου αποθηκεύονται τα αποτελέσµατα της εκτέλεσης των εντολών. Η RAM δεν παρέχει δυνατότητα µόνιµης αποθήκευσης δεδοµένων. Όταν τελειώσει η εκτέλεση, τα δεδοµένα µετακινούνται από τη ΚΜΕ πίσω στην RΑΜ και από εκεί αποστέλλονται στην κατάλληλη έξοδο ή προς µόνιµη αποθήκευση σε κάποια δευτερεύουσα µνήµη. Μόλις επέλθει διακοπή ρεύµατος τα δεδοµένα της RAM χάνονται (είναι «πτητική» µνήµη).

ROM (Read-Only Memory, Μνήµη Μόνο για Ανάγνωση) Η µνήµη αυτή δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα περιεχόµενα της µπορούν να διαβαστούν όχι όµως και να µεταβληθούν, παρά µόνο εάν αντικατασταθούν πλήρως τα ίδια τα κυκλώµατα των ηµιαγωγών (chips) που την αποτελούν. Είναι µη πτητική µνήµη. Η ROM χρησιµοποιείται για καταστάσεις όπου η πληροφορία χρειάζεται να φυλαχτεί χωρίς να δεχθεί µεταβολές. Η πρωταρχική χρήση της ROM είναι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκκίνησης τού υπολογιστή. Η ROM βρίσκεται στη µητρική πλακέτα (motherboard) του υπολογιστή και περιέχει εντολές που υποδεικνύουν στη µηχανή πώς να εκτελέσει τη διαδικασία εκκίνησης ("boot process"). Η διαδικασία αυτή παρέχει πρόσβαση στον οδηγό του δίσκου και ανίχνευση στη µνήµη CMOS για την ανεύρεση των δεδοµένων διαµόρφωσης (configuration) του συστήµατος.

Ηδιαδικασία εκκίνησης (Boot Process) Είναι η ακολουθία των εντολών που εκτελεί ένας υπολογιστής κατά την διαδικασία εκκίνησης πριν είναι έτοιµος να δεχθεί τις εντολές του χρήστη. Υπάρχουν 6 βασικά στάδια: 1. Ηλεκτρικό ρεύµα διοχετεύεται στη µητρική πλακέτα. 2. Ο Η/Υ εκτελεί εντολές αποθηκευµένες στη ROM και πραγµατοποιεί διάφορα διαγνωστικά τεστ του συστήµατος. 3. Το λειτουργικό σύστηµα φορτώνεται στη RAM. 4. Ο επεξεργαστής φορτώνει δεδοµένα από τους διάφορους οδηγούς (π.χ. σκληρό δίσκο, δισκέτα) 5. Ο επεξεργαστής "τρέχει" ιδιαίτερα προγράµµατα σχετικά µε το συγκεκριµένο χρήστη. 6. Μια οθόνη υποδεικνύει ότι η µηχανή είναι έτοιµη να δεχθεί τις εντολές του χρήστη.

Ιεραρχία της Μνήµης

Κρυφή Μνήµη (Cache Memory) Είναι γρηγορότερη από την κύρια µνήµη αλλά πιο αργή από την ΚΜΕ και τους καταχωρητές της. Η κρυφή µνήµη, η οποία συνήθως έχει µικρό µέγεθος, µεσολαβεί µεταξύ της ΚΜΕ και της κύριας µνήµης.

Κρυφή Μνήµη Ηκρυφή µνήµη περιέχει συνεχώς ένα αντίγραφο κάποιου τµήµατος της κύριας µνήµης. Όταν η ΚΜΕ πρέπει να προσπελάσει µια λέξη στην κύρια µνήµη, ακολουθείται η εξής διαδικασία: 1. Η ΚΜΕ ελέγχει την κρυφή µνήµη. 2. Αν βρει εκεί τη λέξη, την αντιγράφει, αν όχι, η ΚΜΕ προσπελάζει την κεντρική µνήµη και αντιγράφει το τµήµα της το οποίο ξεκινάει µε την επιθυµητή λέξη. Το τµήµα αντικαθιστά τα προηγούµενα περιεχόµενα της κρυφής µνήµης. 3. Η ΚΜΕ προσπελάζει την κρυφή µνήµη και αντιγράφει τη λέξη.

Συσκευές Μόνιµης Αποθήκευσης ( ευτερευούσα Μνήµη) Επειδή το µεγαλύτερο µέρος της κύριας µνήµης είναι πτητικό (volatile) και περιορισµένο, είναι σηµαντικό να υπάρχουν και άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης όπου προγράµµατα και δεδοµένα να µπορούν να είναι αποθηκευµένα µόνιµα όταν δεν βρίσκονται πλέον υπό επεξεργασία ή ο υπολογιστής είναι κλειστός. Οι συσκευές αποθήκευσης δευτερευούσης µνήµης µπορούν να είναι εγκατεστηµένες από την αρχή ή να προστεθούν αργότερα αν υπάρχει ανάγκη.

Μαγνητική Ταινία Είναι η πρώτη συσκευή µαζικής βοηθητικής αποθήκευσης Χρησιµοποιείται κυρίως για «back up» (δηµιουργία αντίγραφου δεδοµένων) Σειριακή Προσπέλαση εδοµένων Απόδοση: Πιο αργή αλλά φθηνότερη από µαγνητικό δίσκο (δείτε αργότερα).

Μια κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής (read-write) διατρέχει ένα περιστρεφόµενο µαγνητικό δίσκο, βρίσκοντας ή εγγράφοντας δεδοµένα Mαγνητικός ίσκος

Mαγνητικός ίσκος (συν.) Τυχαία Προσπέλαση εδοµένων Απόδοση: Ταχύτητα περιστροφής Χρόνος αναζήτησης Χρόνος µεταφοράς

Συµπιεσµένοι ίσκοι (Compact Discs) Μια συσκευή CD χρησιµοποιεί ακτίνα laser για να διαβάζει πληροφορίες αποθηκευµένες οπτικά σε ένα πλαστικό δίσκο CD-ROM είναι Read-Only Memory DVD σηµαίνει Digital Versatile Disk (Ψηφιακός Πολυµορφικός ίσκος)

ΜΟΝΑ ΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΝΗΜΗΣ

Μονάδες Μνήµης

ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΜΝΗΜΗΣ

Κύρια Mνήµη Η κύρια µνήµη (main memory) είναι µια συλλογή από θέσεις αποθήκευσης, κάθε µία από τις οποίες διαθέτει ένα µοναδικό αναγνωριστικό που ονοµάζεται διεύθυνση. Τα δεδοµένα µεταφέρονται από και προς τη µνήµη σε οµάδες από bit οι οποίες ονοµάζονται λέξεις (words). Μια λέξη µπορεί να είναι µια οµάδα των 8, 16, 32, ή µερικές φορές 64 bits.

Χώρος ιευθύνσεων Μνήµη είναι µια συλλογή από κελιά, το καθένα από τα οποία έχει µία µοναδική φυσική διεύθυνση

Χώρος ιευθύνσεων (συν.) Ο συνολικός αριθµός των µοναδικά προσδιορίσιµων θέσεων στη µνήµη ονοµάζεται χώρος διευθύνσεων (address space). Για παράδειγµα, µια µνήµη 64 KB (64 κιλοµπάιτ = 2 16 byte = 65,536 bytes) µε µέγεθος λέξης 1 byte διαθέτει χώρο διευθύνσεων µε εύρος από 0 έως 65,535.

Οι ιευθύνσεις ως Σχήµατα Bit Επειδή οι υπολογιστές λειτουργούν αποθηκεύοντας αριθµούς ως σχήµατα bit, οι διευθύνσεις αναπαρίστανται και αυτές µε τον ίδιο τρόπο. Έτσι, αν ένας υπολογιστής έχει 64 KB (2 16 bytes) µνήµης µε µέγεθος λέξης 1 byte, τότε για τον προσδιορισµό µιας διεύθυνσης απαιτείται ένα σχήµα 16 bit.

Οι ιευθύνσεις ως Σχήµατα Bit (συν.) Οι διευθύνσεις µνήµης καθορίζονται µε τη χρήση µη προσηµασµένων δυαδικών ακεραίων ( δεν υπάρχουν αρνητικές διευθύνσεις). Η πρώτη θέση αναφέρεται ως διεύθυνση 0000000000000000 (διεύθυνση 0), και η τελευταία θέση αναφέρεται ως διεύθυνση 1111111111111111 (διεύθυνση 65,535). Γενικά, αν ένας υπολογιστής διαθέτει Ν λέξεις µνήµης, για την αναφορά όλων των θέσεων απαιτείται ένας µη προσηµασµένος ακέραιος µεγέθους log 2 N bit.

Οι ιευθύνσεις ως Σχήµατα Bit (συν.) Ένας υπολογιστής έχει 32 MB µνήµης. Πόσα bits χρειάζονται για τη διευθυνσιοδότηση κάθε byte της µνήµης; Λύση Ο χώρος διευθύνσεων της µνήµης είναι 32 MB, δηλαδή 2 25 (2 5 χ 2 20 ). Αυτό σηµαίνει ότι για τη διευθυνσιοδότηση κάθε byte απαιτούνται log 2 2 25, δηλαδή 25 bits.

Οι ιευθύνσεις ως Σχήµατα Bit (συν.) Ένας υπολογιστής έχει 128 MB µνήµης. Κάθε λέξη σε αυτόν τον υπολογιστή είναι 8 bytes. Πόσα bits χρειάζονται για τη διευθυνσιοδότηση κάθε λέξης µνήµης; Λύση Ο χώρος διευθύνσεων της µνήµης είναι 128 MB, δηλαδή 2 27. Όµως, κάθε λέξη είναι 8 (2 3 ) bytes, άρα έχουµε 2 24 λέξεις. Αυτό σηµαίνει ότι για τη διευθυνσιοδότηση κάθε λέξης απαιτούνται log 2 2 24, δηλαδή 24 bits.

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΙΑΣΥΝ ΕΣΗ

Ροή της Πληροφορίας Τα διάφορα µέρη ενός Η/Υ είναι συνδεδεµένα µεταξύ τους µέσω µίας συλλογής καλωδίων που ονοµάζονται δίαυλος (bus) µέσω του οποίου γίνεται η ροή δεδοµένων Συσκευές Εισόδου ΚΜΕ Κύρια Μνήµη Συσκευές Εξόδου ίαυλος

Σύνδεση ΚΜΕ και Μνήµης

Σύνδεση ΚΜΕ και Μνήµης (συν.) Ο δίαυλος δεδοµένων (data bus) αποτελείται από πολλά καλώδια, καθένα από τα οποία µεταφέρει 1 bit τη φορά. Ο αριθµός των καλωδίων εξαρτάται από το µέγεθος της λέξης. Αν σε κάποιον υπολογιστή η λέξη είναι 32 bits (4 bytes), απαιτείται δίαυλος δεδοµένων µε 32 καλώδια, έτσι ώστε και τα 32 bits της λέξης να µπορούν να µεταφερθούν ταυτόχρονα. Ο δίαυλος διευθύνσεων (address bus) επιτρέπει την προσπέλαση µιας συγκεκριµένης λέξης στη µνήµη. Ο αριθµός των καλωδίων του διαύλου διευθύνσεων εξαρτάται από το χώρο διευθύνσεων της µνήµης. Αν η µνήµη διαθέτει 2 ν λέξεις, ο δίαυλος πρέπει να µεταφέρει ν bits τη φορά (για τον προσδιορισµό µιας διεύθυνσης στη µνήµη). Συνεπώς, πρέπει να διαθέτει ν καλώδια. Ο δίαυλος ελέγχου (control bus) αναλαµβάνει την επικοινωνία µεταξύ της ΚΜΕ και της µνήµης. Για παράδειγµα, η ΚΜΕ πρέπει να στέλνει στη µνήµη κωδικούς ώστε να προσδιορίζει τις λειτουργίες ανάγνωσης ή τις λειτουργίες εγγραφής. Το πλήθος των καλωδίων του διαύλου ελέγχου εξαρτάται από το συνολικό αριθµό των διαταγών ελέγχου που χρειάζεται ένας υπολογιστής. Αν ένας υπολογιστής διαθέτει 2 µ ενέργειες ελέγχου, ο δίαυλος ελέγχου χρειάζεται µ καλώδια, επειδή για να εκφραστούν οι 2 µ διαφορετικές λειτουργίες απαιτούνται µ bits.

Σύνδεση Συσκευών Εισόδου/Εξόδου (Ε/Ε) Οι συσκευές Ε/Ε δεν είναι δυνατό να συνδεθούν απευθείας στους διαύλους που συνδέουν την ΚΜΕ µε τη µνήµη, επειδή η φύση των συσκευών αυτών είναι διαφορετική από τη φύση της ΚΜΕ και της µνήµης. Οι συσκευές Ε/Ε είναι ηλεκτροµηχανικές, µαγνητικές, ή οπτικές, ενώ η ΚΜΕ και η µνήµη είναι ηλεκτρονικές συσκευές. Οι συσκευές Ε/Ε συνδέονται µε τους διαύλους µέσω µιας συσκευής που ονοµάζεται ελεγκτής εισόδου/εξόδου ή διασύνδεση (interface). Ελεγκτές: Σειριακοί ιαθέτουν µόνο µια σύνδεση καλωδίου µε τη συσκευή Π.χ., USB (π.χ., πληκτρολόγιο, ποντίκι) Σύνδεση συσκευών µικρότερων ταχυτήτων µε τον υπολογιστών Παράλληλοι (π.χ. εκτυπωτής) Έχουν πολλές συνδέσεις µε τη συσκευή, ώστε να µπορούν να µεταφέρουν πολλά bits ταυτόχρονα. Π.χ., SCSI (π.χ., δίσκος, σαρωτής) Παράλληλη διασύνδεση µε 8, 16, ή 32 καλώδια, Σύνδεση συσκευών γρηγορότερων ταχυτήτων µε τον υπολογιστών

Σύνδεση Συσκευών Εισόδου/Εξόδου (Ε/Ε) (συν.)

ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΥΛΙΚΟΥ