Εισαγωγή στην Πληροφορική

Σχετικά έγγραφα
Διοικητική Λογιστική

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Διοικητική Λογιστική

Προγραμματισμός Η/Υ. Βασικές Προγραμματιστικές Δομές. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Διδακτική Πληροφορικής

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Τεχνολογία Πολιτισμικού Λογισμικού

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Διδακτική Πληροφορικής

Διοικητική Λογιστική

Τεχνικό Σχέδιο - CAD. Τόξο Κύκλου. Τόξο Κύκλου - Έλλειψη. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Διδακτική Πληροφορικής

Πληροφορική ΙΙ Θεματική Ενότητα 5

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Προγραμματισμός Η/Υ. 7 η ενότητα: Αρχεία. Τμήμα. Τεχνολόγων Περιβάλλοντος. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Διαχείριση Πολιτισμικών Δεδομένων

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Διδακτική Πληροφορικής

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Διαχείριση Πολιτισμικών Δεδομένων

Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστημάτων

Διοικητική Λογιστική

ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗ

Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστημάτων

Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστημάτων

Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστημάτων

Διδακτική Πληροφορικής

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΠΟΛΙΤΙΚΗ & ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΜΑΘΗΜΑ 1

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΑΦΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Προγραμματισμός Η/Υ. Αλγόριθμοι. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Τεχνολογία Πολιτισμικού Λογισμικού

Δομημένος Προγραμματισμός

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Τεχνολογία Πολιτισμικού Λογισμικού

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΔΙΕΘΝΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Διδακτική Πληροφορικής

Εισαγωγή στην Πληροφορική

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Ασφάλεια Πληροφοριακών Συστημάτων

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι Ενότητα 8: Συστήματα αρίθμησης

Διδακτική Πληροφορικής

Πληροφορική ΙΙ Θεματική Ενότητα 12

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΕΠΙΣΙΤΙΣΤΙΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ

Πληροφορική ΙΙ Ενότητα 1

Οργάνωση Υπολογιστών

Φυσική Εικόνας & Ήχου ΙΙ (Ε)

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΑΦΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Οργάνωση και Λειτουργία Ταξιδιωτικής Βιομηχανίας Ι

Εισαγωγή στα πολυμέσα

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΑΛΛΗΛΟΓΡΑΦΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΣΤΗΝ ΑΓΓΛΙΚΗ ΓΛΩΣΣΑ

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Δομημένος Προγραμματισμός

Μηχανές Πλοίου ΙΙ (Ε)

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Δομημένος Προγραμματισμός

Διδακτική Πληροφορικής

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Προγραμματισμός Η/Υ. 4 η ενότητα: Δομές Δεδομένων. Τμήμα. Τεχνολόγων Περιβάλλοντος. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων

ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Δομημένος Προγραμματισμός

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

ΟΡΓΑΝΩΣΗ & ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΕΠΙΣΙΤΙΣΤΙΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ

Δομημένος Προγραμματισμός

ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΔΙΕΘΝΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Φυσική Οπτική (Ε) Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Ενότητα 1: Υπολογισμός εστιακής απόστασης θετικού φακού από την μετατόπισή του. Αθανάσιος Αραβαντινός

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Προγραμματισμός Η/Υ. 3 η ενότητα. Τμήμα. Τεχνολόγων Περιβάλλοντος. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων

Διδακτική Πληροφορικής

Transcript:

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Εισαγωγή στην Πληροφορική Ενότητα 4: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ι Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

«Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» (υλικό από το βιβλίο Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Δ. Νικολός) Αθανάσιος Κακαρούντας 1

Εισαγωγή Οργάνωση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Σύστημα Μνήμης Σύστημα Διασύνδεσης και Εισόδου/Εξόδου 2

προγράμματα και δεδομένα Υπολογιστής αποτελέσματα 3

Σύστημα Υπολογιστή Υλικό (hardware) Το σύνολο των συσκευών που αποτελούν το υπολογιστικό σύστημα Λογισμικό (software) Όλα τα προγράμματα που μπορούν να εκτελεστούν σε ένα υπολογιστικό σύστημα 4

Αρχιτεκτονική σε ένα επίπεδο μπορεί να οριστεί σαν η λειτουργική εμφάνιση του συστήματος που βρίσκεται κάτω από αυτό το επίπεδο στον χρήστη που βρίσκεται πάνω από αυτό το επίπεδο 5

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ επίπεδο συστήματος ΧΡΗΣΤΕΣ χρήστες εφαρμογών προγράμματα εφαρμογών επίπεδο γλωσσών προγραμματισμού επίπεδο λειτουργικού συστήματος επίπεδο συνόλου εντολών γλώσσας μηχανής επίπεδο μικροπρογραμματισμού μεταφραστές γλωσσών προγραμματισμού διαχείριση αγαθών μικροκώδικας υλικό προγραμματιστές εφαρμογών προγραμματιστές συστήματος προγραμματιστές σε γλώσσα μηχανής προγραμματιστές σε επίπεδο μικρoπρογράμματος 6

Δομή Προσωπικού Υπολογιστή 7 7

Εισαγωγή Οργάνωση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Σύστημα Μνήμης Σύστημα Διασύνδεσης και Εισόδου/Εξόδου 8

πληροφορία δεδομένα εντολές αριθμητικά δεδομένα αλφαριθμητικά δεδομένα 9

Είναι δυνατόν όλοι οι αριθμοί να παρασταθούν ακριβώς εντός του υπολογιστή; 10

Περικοπή» Σφάλματα περικοπής Στρογγυλοποίηση» Σφάλματα στρογγυλοποίησης Αριθμητική πολλαπλής ακρίβειας 11

Αναπαράσταση αριθμητικών δεδομένων Παράσταση σταθερής υποδιαστολής Παράσταση κινητής υποδιαστολής Πρότυπο ΙΕΕΕ 754 12 12

Παράσταση κινητής υποδιαστολής Πρόσημο Εκθέτης Κλασματικό μέρος 1 bit αρκεί (0 θετικό 1 αρνητικό) Κ bit που συνήθως περιγράφουν έναν πολωμένο εκθέτη Λ bit που το καθένα έχει το βάρος μιας αρνητικής δύναμης του 2. Πόλωση=2 Κ-1-1 Στο ΙΕΕΕ 754 έχουμε 2 τέτοιες αναπαραστάσεις Α) Απλής ακρίβειας (Κ=8, Λ=23, σύνολο 32 bit, Πόλωση=127) και Β) Διπλής ακρίβειας (Κ=11, Λ=52, σύνολο 64 bit, Πόλωση=1023) 13 13

Στον υπολογιστή MIPS η εντολή πρόσθεσε τα περιεχόμενα των καταχωρητών 17 και 20 και τοποθέτησε το αποτέλεσμα στον καταχωρητή 9 έχει την μορφή: 00000010001101000100100000100000 14 14

Εντολές μεταφοράς δεδομένων Αριθμητικές εντολές Εντολές λογικών πράξεων Εντολές ελέγχου της ροής του προγράμματος Εντολές εισόδου/εξόδου 15 15

Άμεσος τρόπος διευθυνσιοδότησης (Immediate Addressing Mode) Κατ ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (Direct Addressing Mode) Μνήμης Καταχωρητή Έμμεσος τρόπος διευθυνσιοδότησης (Indirect Addressing Mode) Με χρήση καταχωρητή Με χρήση της κύριας μνήμης Σχετική διευθυνσιοδότηση (relative addressing mode) 16 16

Οργάνωση πληροφορίας στον υπολογιστή Ταξινόμηση βάσει του συνόλου εντολών μηχανισμού σωρού (stack architectures) συσσωρευτή (accumulator architectures) καταχωρητών γενικού σκοπού (general purpose register architectures) 17

Εισαγωγή Οργάνωση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Σύστημα Μνήμης Σύστημα Διασύνδεσης και Εισόδου/Εξόδου 18

Μονάδα επεξεργασίας δεδομένων Μονάδα ελέγχου 19

Μονάδα Επεξεργασίας Δεδομένων Υπομονάδα Σταθερής Υποδιαστολής Υπομονάδα Κινητής Υποδιαστολής ΑΛΜ Αθροιστής Πολλαπλασιαστής Πολλαπλασιαστής Μονάδα Ολισθητή... καταχωρητές γενικού σκοπού Διαιρέτης... καταχωρητές κινητής υποδιαστολής 20

ν ν Λογική Μονάδα ν δυαδικών ψηφίων ν 2 σε 1 πολυπλέκτης ν 4 4 E 2 Μονάδα Αθροιστή/Αφαιρέτη ν δυαδικών ψηφίων κρατούμενο εισόδου ν κ αριθμητική μονάδα / λογική μονάδα 21

Α 0 Β 0 Α 1 Β 1 Α 2 Β 2 Α 3 Β 3 πρόσθεση /αφαίρεση κ εισ ΠΑ κ 0 κ 1 κ 2 κ 3 ΠΑ ΠΑ ΠΑ Φ Δ 0 Δ 1 Δ 2 Μ Δ 3 Υ 22

Ε 3 Ε 2 Ε 1 Ε 0 A 0 Δ 0 B 0 A 1 Δ 1 B 1............ A v-1 Δ v-1 B v-1 23

μονάδα ελέγχου σήματα κατάστασης ακολουθιακό κύκλωμα σήματα ελέγχου σήμα χρονισμού καταχωρητής εντολών 24

Εισαγωγή Οργάνωση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Σύστημα Μνήμης Σύστημα Διασύνδεσης και Εισόδου/Εξόδου 25

Επαρκή χωρητικότητα αποθήκευσης Αποδεκτό επίπεδο μέσης απόδοσης Χαμηλό μέσο κόστος ανά δυαδικό ψηφίο 26

Χρησιμοποίηση ενός αριθμού από διαφορετικές μονάδες μνήμης με διαφορετικούς λόγους κόστους/απόδοσης που οργανώνονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να προσφέρουν υψηλή μέση απόδοση με χαμηλό μέσο κόστος. Οι μονάδες μνήμης σ αυτή την περίπτωση σχηματίζουν μια ιεραρχία που ονομάζεται ιεραρχία μνήμης. 27

Ανάπτυξη ιδεατής-μνήμης (virtual-memory) για να απελευθερωθεί ο χρήστης από την διαχείριση της μνήμης και να γίνουν τα προγράμματα ανεξάρτητα της διαμόρφωσης της φυσικής μνήμης. 28

Παροχή προστατευτικών μηχανισμών για να εμποδίσουμε κάποιο πρόγραμμα, που δεν έχει το δικαίωμα, να προσπελάσει ή να τροποποιήσει αποθηκευμένες πληροφορίες που ανήκουν σ άλλο πρόγραμμα. 29

επιλογή είσοδος δεδομένων D cl k Q 1 έξοδος δεδομένων εγγραφή 30

x x x x 0 Α0 Α1 1 αποκωδικοποιητής 2 3 Εγγ/Αναγ επιλογή ολ εγγραφή 1 2 Εισ/Εξ 3 Εισ/Εξ 2 Εισ/Εξ 1 Εισ/Εξ 0 31

......... τα 4 αμέσως περισσότερο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης 4 αποκωδικοποιητής 20 τα 20 λιγότερο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης ΕΟ 8 αρτηρία δεδομένων ΟΚ 0 8 ΕΟ ΟΚ 1 8 ΕΟ ΟΚ 15 8 32

μαγνητικός δίσκος κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής επιφάνεια εγγραφής κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής Χρόνος προσπέλασης (access time) χρόνος αναζήτησης (seek time) χρόνος αναμονής (latency time ή rotational delay) 33

Κόστος ανά bit KME M 1 M 2 M n Χρόνος προσπέλασης Χωρητικότητα μνήμης Εάν C i : κόστος ανά δυαδικό ψηφίο, t i : χρόνος προσπέλασης, και S i : χωρητικότητα μνήμης του επιπέδου i τότε: C i > C i+1 t i < t i+1 S i < S i+1 34

ΚΜΕ καταχωρητές Εντ Δεδ κύρια μνήμη Εντ Δεδ βοηθητική μνήμη Μ 1 Μ 2 35

Μ 1 Μ 2 KME καταχωρητές Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ κρυφή μνήμη εντολών και δεδομένων Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ κύρια μνήμη Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ βοηθητική μνήμη M 3 Αρ.Δεδ/Εντ : αρτηρία δεδομένων και εντολών Αρ.Διευθ. : αρτηρία διευθύνσεων Αρ.Εντ : αρτηρία εντολών 36

KME καταχωρητές Αρ.Διευθ. Αρ.Εντ Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ κρυφή μνήμη εντολών κρυφή μνήμη δεδομένων Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ Μ 1 Μ 2 κύρια μνήμη Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ βοηθητική μνήμη M 3 Αρ.Δεδ/Εντ : αρτηρία δεδομένων και εντολών Αρ.Διευθ. : αρτηρία διευθύνσεων Αρ.Εντ : αρτηρία εντολών 37

KME καταχωρητές Αρ.Διευθ. Αρ.Εντ Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ κρυφή μνήμη εντολών κρυφή μνήμη δεδομένων Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ κρυφή μνήμη εντολών και δεδομένων Μ 1 Μ 2 Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ κύρια μνήμη Αρ.Διευθ. Αρ.Δεδ/Εντ βοηθητική μνήμη M 3 M 4 38

Τοπικότητα των αναφορών στο χρόνο: Μία πληροφορία που απαιτείται μια δεδομένη χρονική στιγμή είναι πολύ πιθανό να απαιτηθεί και στο προσεχές μέλλον. Τοπικότητα των αναφορών στο χώρο: Πληροφορία που βρίσκεται πολύ κοντά στην πληροφορία που απαιτείται την τρέχουσα χρονική στιγμή, είναι πολύ πιθανό να απαιτηθεί στο προσεχές μέλλον. 39

καταχωρητές της ΚΜΕ εντολή ή δεδομένα κρυφή μνήμη μπλόκ α κύρια μνήμη Β(α) σελίδα μνήμη μαγνητικών δίσκων Σ(Β) Ο χώρος διευθύνσεων του επιπέδου i είναι υποσύνολο του επιπέδου i+1 40

Ο λόγος επιτυχίας (hit ratio) E i της μονάδας μνήμης του επιπέδου i ορίζεται σαν η πιθανότητα η ζητούμενη πληροφορία από την ΚΜΕ να βρίσκεται στην μνήμη του επιπέδου i. Για τον υπολογισμό της τιμής του Ε i πρέπει να τρέξουμε στον εν λόγω υπολογιστή αντιπροσωπευτικά προγράμματα και να μετρήσουμε το πλήθος των προσπελάσεων Ν i, N i+1,.n ν της ιεραρχικής μνήμης που ικανοποιούνται αντίστοιχα από τα επίπεδα μνήμης i, i+1,..ν. Τότε E i Ni N στην ιεραρχία μνήμης., όπου Ν είναι το σύνολο των αναφορών 41

Κρυφή Μνήμη διεύθυνση πλαισίου 0 διεύθυνση μπλοκ Κύρια Μνήμη 1 Μ-1 πλαίσια Λ-1 Λ Μ Μ+1 μπλόκ Λ+1 Π-1 Λ= Μ Π 42

0 00 1 01 2 10 3 11 διευθύνσεις των πλαισίων στο δεκαδικό 1 4 = 1 5 4 = 1 9 4 = 1 13 4 = 1 κρυφή μνήμη διευθύνσεις των πλαισίων στο δυαδικό κύρια μνήμη διευθύνσεις των μπλοκ στο δεκαδικό ετικέτα Διεύθυνση πλαισίου 0 00000000 1 00000001 2 00000010 3 00000011 4 00000100 5 00000101 6 00000110 7 00000111 8 00001000 9 000010 01 10 00001010 11 00001011 12 00001100 13 00001101 14 00001110 15 00001111 διευθύνσεις των μπλοκ στο δυαδικό 43

Μέγιστο μέγεθος της κύριας μνήμης 2 λ θέσεις Πλήθος λέξεων ανά μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 μ Μέγιστο πλήθος μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 ν = 2 λ-μ Πλήθος πλαισίων της κρυφής μνήμης: 2 κ διεύθυνση του μπλοκ στην κύρια μνήμη διεύθυνση της λέξης στο μπλοκ ν-κ δυαδικά ψηφία κ δυαδικά ψηφία μ δυαδικά ψηφία ετικέτα διεύθυνση του πλαισίου στην κρυφή μνήμη διεύθυνση της λέξης στο πλαίσιο 44

ν-κ κ μ δυαδικό ψηφίο εγκυρότητας 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ετικέτα λέξεις 2 μ 0 1 2 μ -1 2 κ πλαίσια συγκριτής πολυπλέκτης 2 μ -->1 επιτυχία/ αποτυχία 45

Πλεονέκτημα» Μικρός χρόνος προσπέλασης» Μικρό κόστος υλοποίησης Μειονέκτημα Δύο ή περισσότερα μπλοκ της κύριας μνήμης που αντιστοιχούν στο ίδιο πλαίσιο της κρυφής μνήμης δεν μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα στην κρυφή μνήμη => μεγαλύτερο ρυθμό αποτυχιών 46

Κρυφή Μνήμη διεύθυνση πλαισίου 0 διεύθυνση μπλοκ Κύρια Μνήμη 1 Μ-1 πλαίσια Λ-1 Λ Μ Μ+1 μπλόκ Λ+1 Π-1 47

Μέγιστο μέγεθος της κύριας μνήμης 2 λ θέσεις Πλήθος λέξεων ανά μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 μ Μέγιστο πλήθος μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 ν = 2 λ-μ Πλήθος πλαισίων της κρυφής μνήμης: 2 κ διεύθυνση του μπλοκ στην κύρια μνήμη διεύθυνση της λέξης στο μπλοκ ν μ ετικέτα διεύθυνση της λέξης στο πλαίσιο 48

ν μ δυαδικό ψηφίο εγκυρότητας ετικέτα λέξεις 2 μ 0 1 2 μ -1 2 κ πλαίσια επιτυχία/ αποτυχία πολυπλέκτης 2 μ -->1 49

ν =14 μ =2 Κύρια μνήμη: 64Κ λέξεις Κρυφή μνήμη: 64 λέξεις 4 λέξεις ανά πλαίσιο Κύρια μνήμη: 16Κ μπλοκς Κρυφή μνήμη: 16 πλαίσια δυαδικό ψηφίο εγκυρότητας 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 ετικέτα 11000000000000 00010000110000 00000010000101 00000000000101 00000000000000 11110000000000 11110000000000 λέξεις 4 0 1 2 3 0000 1111 0011 1000 0100 0000 1110 0010 0110 1111 0111 0000 0110 0111 16 πλαίσια επιτυχία/ αποτυχία πολυπλέκτης 4 -->1 50

Κρυφή Μνήμη διεύθυνση συνόλου 0 διεύθυνση μπλοκ Κύρια Μνήμη 1 Μ-1 σύνολα Λ-1 Λ Μ Μ+1 μπλόκ Λ+1 Σ-1 Λ= Μ Σ 51

0 00 1 01 2 10 3 11 διευθύνσεις των συνόλων στο δεκαδικό σύνολο σύνολο σύνολο σύνολο κρυφή μνήμη διευθύνσεις των συνόλων στο δυαδικό κύρια μνήμη 0 00000000 1 00000001 2 00000010 3 00000011 4 00000100 5 00000101 6 00000110 7 00000111 8 00001000 9 00001001 10 00001010 11 00001011 12 00001100 13 00001101 14 00001110 15 00001111 Διεύθ. συνόλου= Διεύθ.Μπλοκ 4 διευθύνσεις των μπλοκ στο δεκαδικό διευθύνσεις των μπλοκ στο δυαδικό 52

0 00 1 01 2 10 3 11 διευθύνσεις των συνόλων στο δεκαδικό σύνολο σύνολο σύνολο σύνολο κρυφή μνήμη διευθύνσεις των συνόλων στο δυαδικό κύρια μνήμη 0 00000000 1 00000001 2 00000010 3 00000011 4 00000100 5 00000101 6 00000110 7 00000111 8 00001000 9 00001001 10 00001010 11 00001011 12 00001100 13 00001101 14 00001110 15 00001111 διευθύνσεις των μπλοκ στο δεκαδικό διευθύνσεις των μπλοκ στο δυαδικό 53

Μέγιστο μέγεθος της κύριας μνήμης 2 λ θέσεις Πλήθος λέξεων ανά μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 μ Μέγιστο πλήθος μπλοκ της κύριας μνήμης: 2 ν = 2 λ-μ Πλήθος συνόλων της κρυφής μνήμης: 2 φ διεύθυνση του μπλοκ στην κύρια μνήμη διεύθυνση της λέξης στο μπλοκ ν-φ φ μ ετικέτα διεύθυνση του συνόλου στην κρυφή μνήμη διεύθυνση της λέξης στο πλαίσιο 54

ν-φ φ μ διευθύνσεις συνόλων δυαδικό ψηφίο εγκυρότητας ετικέτα διευθύνσεις συνόλων δυαδικό ψηφίο εγκυρότητας πλαίσιο 0 ετικέτα πλαίσιο 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 συγκριτής πολυπλέκτης 2 μ -->1 συγκριτής πολυπλέκτης 2 μ -->1 επιτυχία/ αποτυχία επιτυχία/ αποτυχία αρτηρία 55

Κρυφή μνήμη σε γνωστές ΚΜΕ INTEL PENTIUM (1993) 8K L1 data cache 2-way set associative 32 bytes block size Pseudo-LRU Write-through/Write-back 8KB L1 instruction cache 2-way set associative 32 bytes block size Pseudo-LRU Read-Only cache L2 external cache 56

Κρυφή μνήμη σε γνωστές ΚΜΕ INTEL PENTIUM 4 (2001) 8K L1 data cache 4-way set associative 64 bytes block size Approximated LRU Write-through 96KB L1 instruction trace cache 512KB L2 unified cache 8-way set associative 128 bytes block size Approximated LRU Write-back 57

Εισαγωγή Οργάνωση της Πληροφορίας στον Υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Σύστημα Μνήμης Σύστημα Διασύνδεσης και Εισόδου/Εξόδου 58

Η αρτηρία είναι ένα σύνολο γραμμών Γραμμές ελέγχου Απαίτηση επικοινωνίας Αναγνώριση απαίτησης επικοινωνίας Είδος πληροφορίας στις γραμμές δεδομένων Γραμμές δεδομένων Δεδομένα Εντολές Διευθύνσεις 59

Είδη αρτηριών: Αρτηρίες αποκλειστικής χρήσης (dedicated buses) Αρτηρίες κοινής χρήσης (shared buses) 60

επεξεργαστής αρτηρία συστήματος μνήμη... μονάδες εισόδου/εξόδου Όλες οι μονάδες του συστήματος συνδέονται μεταξύ τους μέσω της αρτηρίας κοινής χρήσης 61

Πλεονεκτήματα: Μικρό κόστος υλοποίησης Ευκολία σύνδεσης νέων μονάδων στο σύστημα Μειονεκτήματα: Καθυστερήσεις στην επικοινωνία Ευαισθησία σε βλάβες 62

...... επεξεργαστής αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης μνήμη ΠΑ... ΠΑ αρτηρία εισόδου/εξόδου μονάδες εισόδου/εξόδου ΠΑ: προσαρμοστής αρτηρίας 63

......... επεξεργαστής αρτηρία επεξεργαστή-μνήμης μνήμη ΠΑ1 αρτηρία εισόδου/εξόδου ΠΑ2 αρτηρία συστήματος μονάδες εισόδου/εξόδου ΠΑ2 μονάδες εισόδου/εξόδου ΠΑ1, ΠΑ2: προσαρμοστές αρτηρίας 64

Αρτηρίες επεξεργαστή- μνήμης Μικρού μήκους Υψηλής ταχύτητας Ταιριάζουν με τα χαρακτηριστικά του επεξεργαστή και της μνήμης με σκοπό την μεγιστοποίηση του ρυθμού μεταφοράς πληροφορίας μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης Αρτηρίες συστήματος Αρτηρίες εισόδου-εξόδου Μεγαλύτερου μήκους Μπορούν να συνδεθούν πολλά είδη μονάδων εισόδουεξόδου 65

Αρτηρίες συστήματος: Peripheral Component Interconnect, PCI (αναπτύχθηκε από την Intel χρησιμοποιείται σε συστήματα IBM και Apple) Αρτηρίες εισόδου/εξόδου: Industry Standard Architecture, ISA Extended ISA, EISA Micro-Channel, EIDE SCSI 66

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/από-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.