ΕΦΑΡΜΟΓΕ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ

ΘΕΜΑ: ΣΟ ΤΛΙΚΟ ΣΟΤ ΤΠΟΛΟΓΙΣΗ

Η ΑΡΧΙΣΕΚΣΟΝΙΚΗ ΣΟΤ ΤΠΟΛΟΓΙΣΗ

• Όπωσ ςυμβαίνει με όλα τα πολφπλοκα ςυςτιματα, ςτθν προςπάκειά μασ να τα κατανοιςουμε και να αντιλθφκοφμε τον τρόπο ςυμπεριφοράσ τουσ καταφεφγουμε ςτθν παρακάτω μζκοδο:

• Διακρίνουμε τα τμιματα που παρουςιάηουν μια ςχετικι αυτονομία.

• Επιςθμαίνουμε τον τρόπο διαςφνδεςθσ των τμθμάτων του ςυςτιματοσ.

• Μελετάμε τθ ςυμπεριφορά τουσ, τον τρόπο αλλθλεπίδραςισ τουσ και τθ ςχζςθ τουσ με τα παραγόμενα τελικά αποτελζςματα.

• Σθ μζκοδο αυτι κα ακολουκιςουμε ςτθν περίπτωςθ του υπολογιςτι και ειδικότερα για τθν εξζταςθ ενόσ βαςικοφ μζρουσ του, του υλικοφ. Σο υλικό (hardware) αποτελείται από το ςφνολο των θλεκτρονικών τμθμάτων που ςυνκζτουν το υπολογιςτικό ςφςτθμα, δθλαδι από τα θλεκτρονικά κυκλώματα, τισ μονάδεσ δίςκων, τουσ εκτυπωτζσ, τισ οκόνεσ, τα πλθκτρολόγια, κλπ. Τλικό, λοιπόν, είναι οτιδιποτε ζχει μια υλικι-φυςικι υπόςταςθ ςε ζνα υπολογιςτικό ςφςτθμα.

• H διάκριςθ των μερϊν του υλικοφ και θ περιγραφι του τρόπου διαςφνδεςισ τουσ αποτυπϊνει τθ δομι του υλικοφ. H μελζτθ τθσ δομισ και τθσ ςυμπεριφοράσ του υλικοφ αποτελεί το αντικείμενο τθσ αρχιτεκτονικισ του υπολογιςτι.

• Σα υπολογιςτικά ςυςτιματα ταξινομοφνται ςε γενιζσ ανάλογα με τθν τεχνολογία καταςκευισ των κυκλωμάτων τουσ και τθν αρχιτεκτονικι τουσ. Κάκε γενιά χαρακτθρίηεται επίςθσ από το είδοσ τθσ επεξεργαςίασ και τισ γλϊςςεσ προγραμματιςμοφ που χρθςιμοποιοφν οι υπολογιςτζσ που ανικουν ςε αυτιν.

• το ςχιμα παρουςιάηεται θ αρχιτεκτονικι του υπολογιςτικοφ μασ ςυςτιματοσ, ςτο οποίο διακρίνονται δφο μζρθ: το κεντρικό και το περιφερειακό. Για να ςυνκζςουμε ζναν υπολογιςτι απαιτείται οπωςδιποτε το ςφνολο του κεντρικοφ μζρουσ και επιλεκτικά από το περιφερειακό μζροσ όποιεσ περιφερειακζσ ςυςκευζσ κεωροφμε απαραίτθτεσ για τισ ανάγκεσ μασ.

• Σµιµατα του Η/Τ• Μονάδα Κεντρικισ Μνιµθσ• Κεντρικι Μονάδα Επεξεργαςίασ (CPU)• Αρικµθτικι και Λογικι Μονάδα (ALU)• Μονάδα Ελζγχου (Control Unit)• Καταχωρθτζσ (Registers)• Μονάδα Ειςόδου – Εξόδου• ∆ίαυλοι Επικοινωνίασ

Μονάδα Κεντρικισ Μνιµθσ

• Χρθςιµοποιείται για τθν αποκικευςθ:Προγραµµάτων (Ακολουκίεσ εντολών)

• ∆εδοµζνων προσ επεξεργαςία• Αποτελεςµάτων εκτζλεςθσ προγραµµάτων• Είναι οργανωµζνθ ςε διαδοχικζσ κζςεισ

ίδιασχωρθτικότθτασ (πχ 32 bit)Κάκε µία από τισ διαδοχικζσ κζςεισ ζχει µίαδιεφκυνςθ(address)

• Η διεφκυνςθ είναι ζνασ αρικµόσ µζςω τουοποίουµποροφµε να αναφερόµαςτε ςε µία

• κζςθ µνιµθσ

Χαρακτθριςτικά Κεντρικισ Μνιµθσ

• Χωρθτικότθτα (Storage Capability) :

• Ακζραιοσ αρικµόσ που δθλϊνει το µζγιςτο

• πλικοσ δυαδικϊν ψθφίων που µπορεί να

• αποκθκεφςει.

• Χρόνοσ προςπζλαςθσ (Access Time) : Σο

• χρονικό διάςτθµα που µεςολαβεί από τότε

• που κα απαιτθκεί θ ανάγνωςθ ι θ εγγραφι

• ενόσ κυττάρου µζχρι τθν πραγµατοποίθςθσ

• τθσ λειτουργίασ.

Χρόνοσ κφκλου (Cycle Time) : Σο ελάχιςτο

• δυνατό χρονικό διάςτθµα µεταξφ 2

• διαδοχικϊν λειτουργιϊν ςτθ µνιµθ.

Εφροσ Ζώνθσ (Bandwidth) : Μζγιςτθ δυνατι

• ταχφτθτα µεταφοράσ δεδοµζνων από ι προσ

• τθ µνιµθ.

Είδθ Κεντρικισ Μνιµθσ

• Μνιµθ Συχαίασ Προςπζλαςθσ (Random • Access Memory - RAM)• Μνιµθ Μόνο για Ανάγνωςθ (Read - Only• Memory - ROM)• Λανκάνουςα Μνιµθ (Cache)

Μνιµθ RAM

• Μποροφµε να γράψουµε και να διαβάςουµε• δεδοµζνα• Σα περιεχόµενά τθσ διατθροφνται όςο ο Η/Τ• βρίςκεται ςε λειτουργία• Χρθςιµοποιείται για τθν προςωρινι• αποκικευςθ των δεδοµζνων και• αποτελεςµάτων προγραµµάτων κατά τθ• διάρκεια εκτζλεςισ τουσ

Μνιµθ RΟM

•Η εγγραφι ςτισ Μνιµεσ ROM γίνεται εφάπαξ

• και ςτθ ςυνζχεια µποροφµε µόνο να• διαβάςουµε δεδοµζνα• Χρθςιµοποιοφνται από τον καταςκευαςτι• του Η/Τ για τθν αποκικευςθ• µικροπρογραµµάτων, που δεν χρειάηεται να• αλλαχτοφν ςτθ ςυνζχεια• Σζτοια µικροπρογράµµατα είναι απαραίτθτα• για τθν εκκίνθςθ του Η/Τ

Τπάρχουν κάποια είδθ ROM που• επιτρζπουν τον προγραµµατιςµό τουσ και• από το χριςτθ του Η/Τ:• Programmable Read Only Memories – PROM. • Μποροφν να προγραµµατιςτοφν µία µόνο φορά• Erasable Programmable Read Only Memories –• EPROM – Μποροφν να διαγραφοφν και να• προγραµµατιςτοφν πάλι

Μνιµθ Cache

•Η ταχφτερθ και ακριβότερθ από τα τρία είδθ

• κεντρικισ µνιµθσ• Παρεµβάλλεται µεταξφ τθσ CPU και τθσ RAM• υµβάλλει ςτθν αφξθςθ τθσ ταχφτθτασ• εκτζλεςθσ των προγραµµάτων από τθ CPU

Κεντρικι Μονάδα Επεξεργαςίασ (CPU)

Αρικµθτικι και Λογικι Μονάδα (ALU)• Μονάδα Ελζγχου (Control Unit)• Καταχωρθτζσ (Registers)

ALU και Control Unit

•Αρικµθτικι και Λογικι Μονάδα (ALU)

• Κφκλωµα το οποίο είναι ικανό να εκτελεί• γριγορα αρικµθτικζσ και λογικζσ πράξεισ• Control Unit.

υγχρονίηει και ελζγχει τθ λειτουργία του Η/Τ, • Ανακαλεί εντολζσ από τθν κεντρικι µνιµθ.Προςδιορίηει

τον τφπο των εντολϊν και ανακζτει ςτθν ALU τθν εκτζλεςι τουσ. Ελζγχει τθν επικοινωνία του περιφερειακοφ µζρουσµε

• το κεντρικό.

Καταχωρθτζσ (Registers)

• Σαχφτατεσ µνιµεσ που ζχουν ωσ ςκοπό τθν

• προςωρινι αποκικευςθ δεδοµζνων ι

• εντολϊν ι τθν εκτζλεςθ ειδικϊν λειτουργιϊν

• Καταχωρθτζσ ∆ιεφκυνςθσ Μνιµθσ (MAR)

• Καταχωρθτζσ ∆εδοµζνων Μνιµθσ (MDR)

• Ειδικοί καταχωρθτζσ (Εντολϊν, Κατάςταςθσ,

• κλπ)

Λειτουργία τθσ CPU

• Μεταφορά τθσ επόµενθσ εντολισ από τθν• Κεντρικι Μνιµθ• Αποκωδικοποίθςθ τθσ εντολισ• Εκτζλεςθ τθσ εντολισ• Επανάλθψθ των παραπάνω βθµάτων• µζχρι να βρεκεί ςυνκικθ τερµατιςµοφ

Για το χρονιςµό των λειτουργιϊν υπάρχει• ενςωµατωµζνο ζνα κφκλωµα χρονιςµοφ, • το ρολόι (clock).• Η ταχφτθτα του ρολογιοφ µετριζται πλζον• ςε Ghz• Παράδειγµα ζνα ρολόι ζχει ταχφτθτα 3 • Ghz, αυτό ςθµαίνει ότι µπορεί να παράγει• παλµοφσ ανά 0,33 nsec

Μονάδα Ειςόδου/Εξόδου

• Τπεφκυνθ για τθν επικοινωνία του Κεντρικοφ Μζρουσ• του Η/Τ µε το ςφνολο των περιφερειακϊν ςυςκευϊν• κοπόσ είναι θ γριγορθ και αςφαλισ µεταφορά• δεδοµζνων• Η µεταφορά µπορεί να γίνει παράλλθλα ι ςειριακά• Η επικοινωνία µπορεί να είναι ςφγχρονθ ι• αςφγχρονθ

Παράλλθλθ – ειριακι Μεταφορά

• τθν παράλλθλθ µεταφορά, ζνασ• αρικµόσ ν δυαδικϊν ψθφίων µεταφζρεται• ταυτόχρονα µζςω ν γραµµϊν µεταφοράσ.• τθν ςειριακι µεταφορά, τα bit • µεταδίδονται ακολουκιακά, το ζνα µετά το• άλλο, µζςα ςτθ γραµµι µεταφοράσ.• Η παράλλθλθ µεταφορά είναι πιο• γριγορθ, ενϊ θ ςειριακι λιγότερο• δαπανθρι

φγχρονθ – Αςφγχρονθ Επικοινωνία

•τθ ςφγχρονθ επικοινωνία, ςυγχρονίηονται τα

• ρολόγια των δφο µερϊν και ανταλλάςςονται• ςυνεχϊσ δεδοµζνα, ακόµθ όταν δεν υπάρχουν. • Αυτό γίνεται για να διατθρθκεί ο ςυγχρονιςµόσ.• τθν αςφγχρονθ επικοινωνία, το κάκε µζροσ• ςτζλνει δεδοµζνα µόνο όταν απαιτείται, αλλιϊσ

θ• γραµµι παραµζνει ανενεργι

Προςαρµοςτικι µονάδα

• Η πολυµορφία των ςθµερινϊν ςυςκευϊν κάνει• αδφνατθ τθν επικοινωνία του κεντρικοφ µζρουσ µε• κάκε τφπο ςυςκευισ µζςω τθσ Μονάδασ• Ειςόδου/Εξόδου.• Ζτςι µεταξφ τθσ Μονάδασ Ειςόδου / Εξόδου και• κάκε ςυςκευισ παρεµβάλλεται µία• προςαρµοςτικι µονάδα (Interface Unit).• κοπόσ τθσ είναι θ διαςφάλιςθ τθσ ςυνεργαςίασ• των επικοινωνοφντων µερϊν• Παραδείγµατα IU είναι USB, Firewire, SCSI

∆ίαυλοσ Επικοινωνίασ

• Χρθςιµοποιείται για τθν επικοινωνία µεταξφ των• δοµικϊν µερϊν ενόσ Η/Τ.• Αποτελείται από το φυςικό µζροσ και ζνα ςφνολο• κανόνων για να εξαςφαλιςτεί θ µζγιςτθ ταχφτθτα• επικοινωνίασ και θ εξυπθρζτθςθ όςο το δυνατόν• περιςςοτζρων ςυςκευϊν

Μεταφζρει• ∆εδοµζνα προσ επεξεργαςία• ∆ιευκφνςεισ µνιµθσ• ιµατα ελζγχου• ιµατα απόκριςθσ• ιµατα ςυγχρονιςµοφ

ΔΙΑΤΝΔΕΗ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ

• Μποροφμε να ποφμε ότι ζχουμε δυο διαςυνδεδεμζνουσ υπολογιςτζσ όταν μια περιφερειακι ςυςκευι ενόσ υπολογιςτι είναι και μονάδα ειςόδου/εξόδου ενόσ άλλου υπολογιςτι. Όταν ο τρόποσ διαςφνδεςισ τουσ είναι ειδικισ τεχνολογίασ,τότε οι δυο υπολογιςτζσ μπορεί να είναι ςυνδεδεμζνοι ςε δίκτυο. Με τθν χριςθ των δικτφων είναι εφικτι,για παράδειγμα, θ χριςθ ενόσ εκτυπωτι από περιςςότερουσ του ενόσ υπολογιςτζσ. Επίςθσ,είναι δυνατι θ απομακρυςμζνθ ανάκτθςθ πλθροφοριϊν,θ αποςτολι και λιψθ μθνυμάτων. Τπάρχουν πάρα πολλοί τρόποι για να διαςυνδεκοφν περιςςότερα από ζνα υπολογιςτικά ςυςτιματα μεταξφ τουσ. Οι ςθμαντικότεροι,είναι οι ακόλουκοι:

• Δίκτυα αρτθρίασ• τα δίκτυα αυτά χρθςιμοποιείται μια γραμμι

επικοινωνίασ για τθ διαςφνδεςθ διαφόρων υπολογιςτϊν.

• · Δίκτυα αςτζρα• Οι διάφοροι υπολογιςτζσ επικοινωνοφν μεταξφ

τουσ μζςω κάποιου κεντρικοφ υπολογιςτι, ο οποίοσ είναι υπεφκυνοσ για τθ ςωςτι λειτουργία του δικτφου.

Δίκτυα δακτυλίουΕίναι τα δίκτυα όπου κάκε υπολογιςτισ ςυνδζεται με δφο γειτονικοφσ του, ζτςι ϊςτε όλοι οι υπολογιςτζσ να ςχθματίηουν βρόχο.

Βζβαια, δυο δίκτυα μποροφν να διαςυνδεκοφν μεταξφ τουσ και να δϊςουν ζνα διαδίκτυο, αυτό με τθ ςειρά του με άλλο δίκτυο και να προκφψει ζνα μεγαλφτερο διαδίκτυο, μζχρι να φτιάξουμε ζνα παγκόςμιο δίκτυο, όπωσ είναι το Διαδίκτυο (Internet).