Hyrje në shkencën kompjuterike - ebajrami.weebly.comebajrami.weebly.com/uploads/1/1/8/9/11890327/hshk_kap_2.pdf · Hyrje në shkencën kompjuterike 2 2.1. Arkitektura e kompjuterit

1

Hyrje në shkencën kompjuterike 1

Hyrje në shkencën kompjuterike

Kapitulli IIMenaxhimi i të dhënave (gjenerata 2014/2015)

FSHMN, Departamenti i Matematikës


2.1. Arkitektura e kompjuterit

� Në kap. I mësuam si ruhen shënimet, këtu do të mësojmë si manipulohet me to.

� CPU (Central Processing Unit) – njësia kryesore për kontrollim dhe manipulim me të dhëna.

� I vendosur në pllakën amë (motherboard).

� Minimizimi drastik i madhësisë, procesorët e sotëm të madhësisë 5x5 cm.

� Mikroprocesorët – CPU në pajisje mobile të madhësisë sa gjysma e pullës postare

2


Arkitektura e kompjuterit, CPU

CPU përbëhet nga tre pjesë (njësi) :� Njësia aritmetike logjike (arithmetic/logic unit) – që kryen operacionet në shënime (mbledhja dhe zbritja)

� Njesia e kontrollit (control unit) – që kujdeset për koordinimin e aktiviteteve në kompjuter

� Njësia e regjistrave (register unit) – që përbëhet prej qelizave memorike (regjistra) dhe shfrytëzohet si memorie e përkohshme përbrenda CPU-së



3



Dallojmë dy lloj të regjistrave

� Për qëllim të përgjithshëm – kryesisht këtu ruhet rezultate që i kryen ALU

� Për qëllime speciale

� Magjistralja (Bus) – Urë lidhëse ndërmjet CPU-së dhe memories kryesore


Arkitektura e kompjuterit, CPU – Mbledhja e dy vlerave

Hapi 1 Merr njërën nga vlerat që do të mblidhet nga memoria dhe vendose ne regjistër

Hapi 2 Merr vlerën tjetër nga memoria dhe vendose në një regjistër tjetër

Hapi 3 Aktivizo mbledhjen me regjistrat nga hapi 1 dhe 2 si hyrje dhe vendos në regjistrin e ri si rezultat

Hapi 4 Vendos rezultatet në memorie

Hapi 5 Ndalo

4


Arkitektura e kompjuterit, koncepti i programeve

� Programet të lidhura drejtpërdrejt nga procesori

� Ideja e vendosjes së programit në memorien kryesore të kompjuterit është e njohur si koncepti programeve -memorike (stored program)


2.2 Gjuha e makinës

� Për të zbatuar konceptin e programeve të memorizuara, CPU është dizajnuar për ti njohur instruksionet si shabllonë të bitëve.

� Kjo veti e procesorëve quhet gjuhë e makinës, kurse hapat e veçant njihen si instruksione të makinës

5


Gjuha e makinës

Ekzistojnë dy filozofi për arkitekturën e CPU-ve

� RISC (reduced instruction set computer) – CPU të ketë nr. minimal të instruksioneve të makinës

� CISC (complex ISC) – me nr. të madh të instruksioneve komplekse të makinës


Gjuha e makinës

� Shembulli CISC procesorëve – Intel CPU për PC.

� Shemb. RISC procesorëve – PowerPC CPU (Apple, IBM dhe Motorola) për Apple Macintosh.

� Rënia e çmimit të CISC CPU ka bërë që të pushtohet tregu nga ta

� CISC CPU kërkojnë energji elektrike më shumë prandaj

� ARM (Advanced RISC Machine) ka modifikuar këtë arkitekturë për të shfrytëzuar më pak energji (shfr. në lojëra, TV, celularë..)

6


Gjuha e makinës

Varësisht nga zgjedhja RISC apo CISC dallojmë tre grupe të instruks. të makinës :

� Transfer shënimeve – për lëvizjen (kopjim dhe klonim) e shënimeve (hapat 1,2 dhe 4 nga tabela), LOAD (1,2) dhe STORE (4) instruksioni, I/O instruksionet

� Artmetike/logjike – instr. për aktivitete nga CU përbrenda ALU-së (hapi 3), këtu kryhen operacionet AND, OR dhe XOR si dhe SHIFT dhe ROTATE

� Kontrolluese – zakonisht për ekzekutimin e programeve (hapi 5), instruksioni JUMP


Gjuha e makinës - Ilustrimi

7



Versioni i koduar i instruksionit të makinës përbëhet prej dy fushave

� Fushës së kodit (Op-code)

� Fushës operatorit



� Vendos (STORE) përmbajtjen (në bit) të regjistrit 5 në qelulën memorike që ka adresën A7.

8



156C Mbushe regjistrin me përmbajtjen e regjistrit 5 qelulën memorike 6C

166D Mbushe regjistrin me përmbajtjen e regjistrit 6 qelulën memorike 6D

5056 Mbledh përmbajtjet e regjistrit 5 dhe 6 nëkuptimin e komplementit te dyshit dhe barte rezultatin ne regjistrin 0

306E Vendos përmbajtjen e regjistrit 0 në qelulën memorike 6E

C000 Ndalo


2.3 Ekzekutimi i programit

� Kompjuteri udhëhiqet nga programet e vendosura në memorien e vetë duke ikopjuar instruksionet nga memoria ne CPU sipas nevojës dhe me renditje të njejtë si në memorie (përjashtim bënë JUMP instruksionin)

9


Ekzekutimi i programit

Dy regjistra të veçante që përdoren shpesh janë� Regjistri i instruksionit (instruction register) – në të

cilin mbahen instruksionet që janë të ekzekutuara� Numëruesi i programit (Program counter) – në të cilin

ruhen adresat për instruksionin e ardhshëm që do të ekzekutohet

� CPU kryen punën e vetë pandërprerë duke përsërit algoritme të caktuara në tre hapa kryesor të njohur si cikli i makinës (machine cycle) (në përgjithësi krahasohet me 1 cikël/sekond ~ 1Hz, CPU e sotit të rangut GHz), zgjedhja e procesorit përmes procedurës benchmark


Ekzekutimi i programit –cikli i makinës (Lexo/Dekodo/Ekzekuto)

10


Ekzekutimi i programit –cikli i makinës

� Përjashtimi i sinjalit JUMP, shemb. B258

� Rasti i përgjithshëm B0XY


Ekzekutimi i programit –një shembull i ciklit të makinës

� Të provojmë shembullin e mëhershëm të mbledhjes

11



� Program Counter: A2� Instruction Register: 156C



� Program Counter: A4

� Instruction Register: 166D

� …

� Përfundon me instruksionin C000

12




2.4 Instruksionet Aritmetike/Logjike

� ALU instruksionet – instruksionet aritmetike, logjike dhe operacionet e zhvendosjes.

� Operacionet logjike (AND, OR dhe XOR)

13


Instruksionet Aritmetike/Logjike, Operacionet logjike

� Lehtësimi i llogaritjeve tek operatori AND (nëse 0 operandi i parë atëherë rezultati gjithmonë është 0)

� Shemb. Shih katër bitët e parë dhe katër të fundit

� Ky proces është i njohur

me emrin maskim (masking)



� Shemb. i bit map-ëve – dëshirojmë të kontrollojmë vetëm bitin e tretë a është 0 apo 1, ose ta ndryshojmë vetëm vlerën e atij biti nga 1 në 0)

� Përdorimi maskës AND 00100000 dhe AND 11011111 (shembulli te foto .bmp)

� Ngjashmëritë me OR

� OR 00100000

14



� Përdorimi i maskës XOR për gjetjen e komplementit të vargut të bitëve

� Kodet 7,8 dhe 9 për instruksionet në CPU për OR, AND dhe XOR

� Shemb. 7ABC


Instruksionet Aritmetike/Logjike, Operacionet e zhvendosjes

� Operacione për lëvizjen e bitëve brenda regjistrit (shfr. në problemin e radhitjes – aligment)

� Zhvendosja e vargut të bitëve për një bit në anën e djathtë, çka ndodh?

� Humbja e bitit dhe paraqitja e vendit “bosh”

15



� Teknikat e plotësimit të vendit “bosh”

� Mbushja me elementin e humbur – e njohur si rrotullim (rotation)

� Mbushja me bitin 0 – e njohur si zhvendosje logjike (logical shift) (vetia e shumezimit/pjestimi me 2)

� Zhvendosjet që nuk e ndërrojnë bitin e shenjës janë të njohura si zhvendosje aritmetike (arithemtic shifts)



� Instruksioni A501, zhvendosja e 65 (hex) ne B2 (hex)

16


Instruksionet Aritmetike/Logjike, Operacionet aritmetike

� Zbritja realizohet përmes mbledhjes (mbledhja me komplement të dyshit)

� Shumëzimi mund të realizohet përmes mbledhjes (3*2, mbledh 3 dy here me vetvete)

� Pjesëtimi mund të realizohet përmes zbritjes(6/2, maksimumi 3 dyshe mund ti zbresim nga numri 6)


2.5 Komunikimi me pajisje të tjera

� CPU dhe memoria kryesore përbëjnë bërthamën e kompjuterit

� Rëndësi të veçantë ka se si komunikojnë pajisjet tjera më këtë bërthamë.

� Komunikimi ndërmjet kompjuterit dhe pajisjeve tjera menaxhohet nga një aparat ndërmjetës i njohur me emrin kontroller (controller)

17


Komunikimi me pajisje të tjera, roli i kontrollorëve

� Kontrollorët mund të jenë të vendosur në pllakën amë ose jashtë kompjuterit (të lidhur përmes kabllos në “dyert e kompjuterit” të quajtur porte)

� Kontrollori shërben për përkthimin e mesazheve ndërmjet kompjuterit dhe pajisjes së jashtme

� Blerja e pajisjet – nevoja për instalimin e kontrollorit të saj


Komunikimi me pajisje të tjera, roli i kontrollerëve

� USB (universal serial bus) dhe FireWire -teknologji në të cilat një kontroller mund ti menaxhoj pajisje të ndryshme.

� Përmes kontrollerit mundësohet komunikimi direkt në magjistrale, sikurse CPU – memorie kryesore

� Në rastin kur Instruksionet ruhen në kontrollor kemi të bëjmë me I/O memorie të lidhur (memory-mapped I/O)

18





� Aftësia e kontrollorëve për ti qasur drejtpërdrejt memories kryesore pa e penguar lidhjen CPU-memorie është e njohur si DMA (direct memory access)

� Megjithatë ky komunikim (CPU-memorie, CPU-Controller, Controller-Memorie) është i rrezikshme në punën e sistemit dhe është e njohur si dukuria e ngushtimit të von Neuman-it

19


Komunikimi me pajisje të tjera, handshaking� Rrallë herë komunikimi ndërmjet komponentëve të kompjuterit është i një anshëm

� Shemb. Shtypja në printer� Komunikimi i dyanshëm ndërmjet pajisjeve kompjuterike është i njohur si dukuria handshaking

� Handshaking përmban në vete të ashtuquajturën fjalë të gjendjes (status word) që komunikon me kontrollerin për të treguar gjendjen e pajisjes, shemb. printeri


Komunikimi me pajisje të tjera, komunikimet më të shpeshta

Komunikimi ndërmjet dy pajisjeve sipas mënyrës së bartjes së sinjalit bëhet në dy mënyra

� Paralele (parallel com.) disa sinjale barten njëkohësisht, secili në linjën e vet

� Seriale (serial com.) bartjen e një sinjali nëpër një linjë (shemb. USB dhe FireWire)

Lidhja telefonike, përdorimi i modemit, DSL që shfrytëzon frekuenca mbi frekuencat e zërit për bartje të shënimeve

20


Komunikimi me pajisje të tjera, shpejtësia e komunikimit

� Shkëmbimi i bitëve ndërmjet dy pajisjeve kompjuterike matet me bit për sekondë (bps).

� Në praktikë i hasim Kbps, Mbps dhe Gbps

� USB dhe FireWire – komunikim të rendit disa qindra Mbps

� Telefonia tradicionale 57.6 Kbps,DSL 54 Mbps

� Leximi MP3 muzikës kërkon 64 Kbps

� Kuptimi i bandwidth-it


2.6 Arkitekturat e tjera, pipelining

� Për tu kryer një cikël i makinës zakonisht nevojiten disa nano sekonda (fetch/decode/execute)

� Sasia e punës që mund të kryej makina brenda një periudhe të kohës është e njohur si throughput

� Pipelining – rasti kur arrihet të përmirësohet throughput-it përmes ekzekutimi të urdhërit vijues të ciklit të makinës ende pa u krye ai momental (vetia e overlap-imit)

21


Arkitekturat e tjera, makinat me shumë procesor

� Pipelining është hapi parë drejt procesimit paralel – që paraqet performancën e disa aktiviteteve në të njejtën kohë.

� Kjo plotësisht arrihet kur përdorim më shumë se një njësi procesuese (CPU) dhe njihet me emrin multiprocessor makinë


Arkitekturat e tjera, makinat me shumë procesor

� Arkitektura MIMD (multiple-instruction stream, multiple data stream) – ndarje e punës ndërmjet shumë procesorëve dhe memories

� Arkitektura SISD (single instr…) arkitekturë tradicionale

� Arkitektura SIMD (single instr…) lidhja e shumë procesorëve së bashku për ekzekutimin e të njejtës punë

22


Fundi i kapitullit II

Documents

Hyrje në shkencën kompjuterike - ebajrami.weebly.comebajrami.weebly.com/uploads/1/1/8/9/11890327/hshk_kap_2.pdf · Hyrje në shkencën kompjuterike 2 2.1. Arkitektura e kompjuterit