1

Εισαγωγή στην επιστήµη τωνυπολογιστών

Υλικό Υπολογιστών

Κεφάλαιο 5ο

Οργάνωση υπολογιστών

2

Οργάνωση υπολογιστών

ΚΜΕ

Κύρια Μνήµη

Υποσύστηµα εισόδου/εξόδου

3

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ)Εκτελεί λειτουργίες στα δεδοµένα

ΑΛΜ

Καταχωρητές

R1

R2

R3

PC

I

4

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας(ΚΜΕ)

αριθµητική και λογική µονάδα ή ΑΛΜ (arithmetic logic unit, ALU). Εκτελεί� αριθµητικές πράξεις

� Μονοµελείς πράξεις: πρόσθεση/µείωση κατά ένα� ∆ιµελείς πράξεις: πρόσθεση αφαίρεση πολλαπλασ, διαίρεση

� και λογικές πράξεις� Απλούστερη µονοµελής πράξη: άρνηση (ΝΟΤ)� ∆ιµελείς πράξεις: σύζευξη (AND), διάζευξη (OR), αποκλ. διάζευξη (XOR)

καταχωρητές (registers) � Γρήγορες αυτόνοµες θέσεις αποθήκευσης για την προσωρινή

αποθήκευση δεδοµένων� Υπάρχουν καταχωρητές ∆εδοµένων, καταχωρητές Εντολών,

Μετρητές προγράµµατος

µονάδα ελέγχου (control unit) � µοιάζει µε το τµήµα του ανθρώπινου εγκεφάλου που ελέγχει τη

λειτουργία κάθε οργάνου του σώµατος και ο έλεγχος αυτόςεπιτυγχάνεται µέσω διαύλων που είναι είτε ανοιχτοί είτε κλειστοί

5

Κύρια Μνήµη

Η κύρια µνήµη (main memory) είναι µιασυλλογή από θέσεις αποθήκευσης, κάθε µίααπό τις οποίες διαθέτει ένα µοναδικόαναγνωριστικό που ονοµάζεται διεύθυνση.

Τα δεδοµένα µεταφέρονται από και προς τηµνήµη σε οµάδες από µπιτ οι οποίεςονοµάζονται λέξεις (words). Μια λέξη µπορείνα είναι µια οµάδα των 8, 16, 32, ή µερικέςφορές 64 µπιτ� Αν η λέξη είναι 8 bit αναφέρεται ως byte

6

Χώρος ∆ιευθύνσεων

7

Χώρος ∆ιευθύνσεων

Για την προσπέλαση µιας λέξης στη µνήµηχρειάζεται ένα αναγνωριστικό. Κάθε λέξηπροσδιορίζεται από µια διεύθυνση.Ο συνολικός αριθµός των µοναδικάπροσδιορίσιµων θέσεων στη µνήµηονοµάζεται χώρος διευθύνσεων (address space). Για παράδειγµα, µια µνήµη 64 κιλοµπάιτ µεµέγεθος λέξης 1 µπάιτ διαθέτει χώροδιευθύνσεων µε εύρος από 0 έως 65.535 (0έως 64x1024-1).

8

Μονάδες Μνήµης

1018 µπάιτ260 µπάιτεξαµπάιτ (exabyte)

1015 µπάιτ250 µπάιτπεταµπάιτ (petabyte)

1012 µπάιτ240 µπάιττεραµπάιτ (terabyte)

109 µπάιτ230 (1.073.741.824) µπάιτ

γκιγκαµπάιτ

(gigabyte)

106 µπάιτ220 (1.048.576) µπάιτµεγκαµπάιτ

(megabyte)

103 µπάιτ210 (1.024) µπάιτκιλοµπάιτ (kilobyte)

ΠροσέγγισηΑκριβές πλήθος

µπάιτ

Μονάδα

9

Οι διευθύνσεις ως σχήµατα µπιτ

Επειδή οι υπολογιστές λειτουργούναποθηκεύοντας αριθµούς ως σχήµατα µπιτ, οι διευθύνσεις αναπαρίστανται και αυτές µετον ίδιο τρόπο.

Έτσι, αν ένας υπολογιστής έχει 64 κιλοµπάιτ(216) µνήµης µε µέγεθος λέξης 1 µπάιτ, τότεγια τον προσδιορισµό µιας διεύθυνσηςαπαιτείται ένα σχήµα 16 µπιτ.

10

Οι διευθύνσεις ως σχήµατα µπιτ

Οι διευθύνσεις µνήµης καθορίζονται µε τηχρήση µη προσηµασµένων δυαδικώνακεραίων (δεν υπάρχουν αρνητικέςδιευθύνσεις). Η πρώτη θέση αναφέρεται ως διεύθυνση0000000000000000 (διεύθυνση 0), και ητελευταία θέση αναφέρεται ως διεύθυνση1111111111111111 (διεύθυνση 65.535). Γενικά, αν ένας υπολογιστής διαθέτει Ν λέξειςµνήµης, για την αναφορά όλων των θέσεωνµνήµης απαιτείται ένας µη προσηµασµένοςακέραιος µεγέθους log2 N µπιτ.

11

Οι διευθύνσεις ως σχήµατα µπιτ

Ένας υπολογιστής έχει 32 MB µνήµης. Πόσα µπιτ χρειάζονται για τηδιευθυνσιοδότηση κάθε µπάιτ τηςµνήµης;

Λύση� Ο χώρος διευθύνσεων της µνήµης είναι 32

MB, δηλαδή 32 x 220= 25 x 220= 225. Αυτόσηµαίνει ότι για τη διευθυνσιοδότηση κάθεµπάιτ απαιτούνται log22

25, δηλαδή 25, µπιτ

12

Οι διευθύνσεις ως σχήµατα µπιτ

Ένας υπολογιστής έχει 128 MB µνήµης. Κάθελέξη σε αυτόν τον υπολογιστή είναι 8 µπάιτ. Πόσα µπιτ χρειάζονται για τηδιευθυνσιοδότηση κάθε λέξης µνήµης;

Λύση� Ο χώρος διευθύνσεων της µνήµης είναι 128 MB,

δηλαδή 227. Όµως, κάθε λέξη είναι 8 (23) µπάιτ, άρα έχουµε 224 λέξεις. Αυτό σηµαίνει ότι για τηδιευθυνσιοδότηση κάθε λέξης απαιτούνται log22

24, δηλαδή 24, µπιτ.

13

Τύποι Μνήµης

RAM

ROM

14

Τύποι Μνήµης

RAM µνήµη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory)� µπορεί να αναγνωστεί και να εγγραφεί από το χρήστη� είναι «πτητική», όταν διακόπτεται η τροφοδοσία του

ρεύµατος, οι πληροφορίες (πρόγραµµα ή δεδοµένα) διαγράφονται

ROM µνήµη µόνο για ανάγνωση (Read-Only Memory)� ο χρήστης µπορεί να διαβάσει τη ROM αλλά όχι και να

γράψει σε αυτή� είναι µη πτητική� χρησιµοποιείται για προγράµµατα ή δεδοµένα που δεν

πρέπει να διαγραφούν ή να µεταβληθούν ακόµα και όταν ουπολογιστής κλείνει, π.χ. Το πρόγραµµα εκκίνησης

15

Τύποι Μνήµης RAM

SRAM στατική RAM (Static RAM)� χρησιµοποιεί για την αποθήκευση

δεδοµένων τις παραδοσιακές πύλες φλιπ-φλοπ

� διατηρεί την κατάστασή της (0 ή 1), δηλαδή τα δεδοµένα διατηρούνταιαποθηκευµένα όσο υπάρχει τροφοδοσίαρεύµατος χωρίς να χρειάζονται ανανέωση.

� είναι γρήγορη αλλά ακριβή

16

Τύποι Μνήµης RAM

DRAM δυναµική RAM (Dynamic RAM)� χρησιµοποιεί πυκνωτές

� Αν ο πυκνωτής είναι φορτισµένος, η κατάστασηείναι 1, αν είναι αφόρτιστος, η κατάσταση είναι 0.

� Επειδή οι πυκνωτές χάνουν ένα µέρος του φορτίουτους µε την πάροδο του χρόνου, οι θέσεις τα κελιάµνήµης χρειάζονται περιοδική ανανέωση.

� είναι αργές αλλά φτηνές.

17

Τύποι Μνήµης ROM

Μια παραλλαγή της ROM είναι ηπρογραµµατιζόµενη µνήµη µόνο γιαανάγνωση (Programmable Read-Only Memory, ή PROM)� Η µνήµη αυτού του τύπου είναι κενή όταν ο

υπολογιστής βγαίνει από το εργοστάσιο, καιχρησιµοποιείται για την αποθήκευσηπρογραµµάτων από το χρήστη µέσω ειδικούεξοπλισµού.

� Όταν τα προγράµµατα αποθηκευτούν η µνήµηλειτουργεί ως ROM και δεν µπορεί ναεπανεγγραφεί

18

Τύποι Μνήµης ROM

Μια παραλλαγή της PROM είναι ηδιαγράψιµη προγραµµατιζόµενη µνήµηµόνο για ανάγνωση (Erasable Programmable Read-Only Memory, ήEPROM). � Μπορεί να προγραµµατιστεί από το χρήστη, αλλά

µπορεί και να διαγραφεί από µια ειδική συσκευήπου εκπέµπει υπεριώδες φως.

� Η διαγραφή της µνήµης EPROM απαιτεί τη φυσικήεξαγωγή της από τον υπολογιστή και τηνεπανατοποθέτησή της.

19

Τύποι Μνήµης ROM

Η ηλεκτρονικά διαγράψιµηπρογραµµατιζόµενη µνήµη µόνο γιαανάγνωση (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory, ήEEPROM) αποτελεί µια παραλλαγή τηςEPROM. � Μπορεί να προγραµµατιστεί και να διαγραφεί µέσω

ηλεκτρονικών παλµών χωρίς να απαιτείται ηαφαίρεσή της από τον υπολογιστή

20

Ιεραρχία της µνήµης

21

Κρυφή Μνήµη

Είναι γρηγορότερη από την κύρια µνήµη αλλά πιοαργή από την ΚΜΕ και τους καταχωρητές της.

Η κρυφή µνήµη, η οποία συνήθως έχει µικρόµέγεθος, µεσολαβεί µεταξύ της ΚΜΕ και της κύριαςµνήµης

22

Κρυφή Μνήµη

Η κρυφή µνήµη περιέχει συνεχώς ένα αντίγραφοκάποιου τµήµατος της κύριας µνήµης. Όταν η ΚΜΕπρέπει 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 ΚΜΕπροσπελάζει την κεντρική µνήµη και αντιγράφει το τµήµατης το οποίο ξεκινάει µε την επιθυµητή λέξη. Το τµήµααντικαθιστά τα προηγούµενα περιεχόµενα της κρυφήςµνήµης.

3. Η ΚΜΕ προσπελάζει την κρυφή µνήµη και αντιγράφει τηλέξη.

23

Είσοδος/Έξοδος

το υποσύστηµα επιτρέπει σε ένανυπολογιστή να επικοινωνεί µε τον έξωκόσµο και να διατηρεί προγράµµατα καιδεδοµένα ακόµα και όταν είναι κλειστός.

Οι συσκευές εισόδου/εξόδου χωρίζονταισε δύο µεγάλες κατηγορίες: � στις µη αποθηκευτικές

� στις αποθηκευτικές

24

Μη αποθηκευτικές συσκευές

Πληκτρολόγιο και οθόνη

Εκτυπωτής

25

Αποθηκευτικές συσκευές

Είναι φθηνότερες από την κύρια µνήµηκαι τα περιεχόµενά τους είναι µηπτητικά. Χωρίζονται σε

� Μαγνητικές

� Οπτικές

26

Μαγνητικός ∆ίσκος

27

Μαγνητικός ∆ίσκοςΟργάνωση Επιφανείας

Προσπέλαση ∆εδοµένων� Τυχαία προσπέλαση

Απόδοση� Ταχύτητα περιστροφής

� Χρόνος αναζήτησης

� Χρόνος µεταφοράς

28

Μαγνητική Ταινία

29

Μαγνητική Ταινία

Οργάνωση Επιφανείας

Προσπέλαση ∆εδοµένων� Σειριακή προσπέλαση

Απόδοση� Αργότερη αλλά φτηνότερη από µαγνητικό δίσκο

30

Οπτικές συσκευές αποθήκευσης

CD-ROM

CD-R

CD-RW

DVD

31

CD-RΟΜ (Compact Disk Read-Only Memory)

Μνήµη σύµπηκτου δίσκου µόνο για ανάγνωση

Χρησιµοποιεί την ίδια τεχνολογία µε τα CDπου αναπτύχθηκε από τη Philips και Sony γιατην εγγραφή µουσικής.

Η µόνη διαφορά είναι κάποιες βελτιώσεις γιανα είναι µια µονάδα CD-ROM πιό στιβαρή καιδιαθέτει έλεγχο σφαλµάτων

32

∆ηµιουργία και χρήση CD-ROM

33

Ταχύτητες CD-ROM

6 MΒ/δευτερόλεπτο6.144.400 ανά δευτερόλεπτο40x

4,8 MΒ/δευτερόλεπτο4.915.200 ανά δευτερόλεπτο32x

3,6 MΒ/δευτερόλεπτο3.688.400 ανά δευτερόλεπτο24x

2,4 MΒ/δευτερόλεπτο2.457.600 ανά δευτερόλεπτο16x

1,8 MΒ/δευτερόλεπτο1.843.200 ανά δευτερόλεπτο12x

1,2 MΒ/δευτερόλεπτο1.228.800 ανά δευτερόλεπτο8x

900 ΚΒ/δευτερόλεπτο921.600 ανά δευτερόλεπτο6x

600 ΚΒ/δευτερόλεπτο614.400 ανά δευτερόλεπτο4x

300 ΚΒ/δευτερόλεπτο307.200 ανά δευτερόλεπτο2x

150 ΚΒ/δευτερόλεπτο153.600 µπάιτ ανάδευτερόλεπτο

1x

ΠροσέγγισηΡυθµός

ανάγνωσης

δεδοµένων

Ταχύτητα

34

Μορφή CD-ROM

35

CD-R (Compact Disk Recordable)

Εγγράψιµος σύµπηκτος δίσκος

Λέγεται και WORM (Write Once, Read Many)

36

∆ηµιουργία CD-R (1/2)

37

∆ηµιουργία CD-R (2/2)

Βασίζεται στις ίδιες αρχές µε τα CD-ROM όσον αφοράτη δηµιουργία δίσκων. Υπάρχουν όµως οι εξήςδιαφορές:� ∆εν υπάρχει πρωτότυπος δίσκος

� Η ανακλαστική στρώση είναι από χρυσό (όχι από αλουµίνιο)

� Οι κοιλάδες και οι πεδιάδες απλά προσοµοιώνονται -> χρησιµοποιείται µια χρωστική ουσία

� Μια ακτίνα λέιζερ δηµιουργεί σκούρες κηλίδες στη χρωστικήουσία (αλλάζει τη χηµική της σύσταση) κι έτσι προσοµοιώνειτις κοιλάδες. Οι περιοχές που δεν «καίγονται» απ την ακτίνααποτελούν τις πεδιάδες

38

Ανάγνωση CD-R, Μορφή, Ταχύτητα και Εφαρµογές

Από µονάδες CD-ROM και CD-R

H ίδια ακτίνα λέιζερ εκπέµπεται και στις κοιλάδες καιστις πεδιάδες� Στις πεδιάδες, η ακτίνα συναντά την ανακλαστική επιφάνεια

και ανακλάται. Στις προσοµοιωµένες κοιλάδες το σηµείο είναιαδιαφανές, κι έτσι η ακτίνα δεν ανακλάται πίσω

Η µορφή, η χωρητικότητα και η ταχύτητα είναι ίδιεςµε των CD-ROM

Καλή λύση για δηµιουργία και διανοµή µικρώνποσοτήτων δίσκων. Χρήσιµη για αρχειοθέτηση

39

CD-RW (Compact Disk Rewritable)

Επανεγγράψιµος σύµπηκτος δίσκος ή διαγράψιµοςοπτικός δίσκος

∆ηµιουργία: ίδιες αρχές µε των CD-R, µε τις εξήςδιαφορέςΑντι για χρωστική -> κράµα από ασήµι, ίνδιο, αντιµόνιο και τελλούριο. Αυτό έχει δύο σταθερέςκαταστάσεις: µια κρυσταλλική (διαφανής) και µιαάµορφη (αδιαφανής)Χρησιµοποιείται λέιζερ υψηλής ισχύος για ναδηµιουργήσει στο κράµα προσοµοιωµένες κοιλάδες(µεταβάλλοντας τα σηµεία τους από κρυσταλλικά σεάµορφα)

40

∆ηµιουργία CD-RW

41

∆ιαγραφή σε CD-RW

Για την αλλαγή των κοιλάδων σεπεδιάδες, η µονάδα χρησιµοποιεί µιαακτίνα λέιζερ υψηλής ισχύος πουµεταβάλλει την κατάσταση ενόςσηµείου από άµορφη σε κρυσταλλική

42

DVDO ψηφιακός πολυµορφικός δίσκος(Digital Versatile Disk, ή DVD) xρησιµοποιείτεχνολογία παρόµοια µε τα CD-ROM, µε τιςακόλουθες όµως διαφορές:� Οι κοιλάδες είναι µικρότερες, µε διάµετρο 0,4

µικρά (εκατοµµυριοστά του µέτρου) έναντι των0,8 µικρών που χρησιµοποιούταν στα CD.

� Οι τροχιές βρίσκονται πιο κοντά η µία στην άλλη.� Η ακτίνα είναι κόκκινο λέιζερ αντί για υπέρυθρο.� Τα DVD χρησιµοποιούν µία ή δύο στρώσεις

εγγραφής, και µπορούν να είναι γραµµένα είτε στηµία είτε και στις δύο πλευρές τους

43

DVD

17 GBδιπλής πλευράς, διπλήςστρώσης

9,4 GBδιπλής πλευράς, µονήςστρώσης

8,5 GBµονής πλευράς, διπλήςστρώσης

4,7 GBµονής πλευράς, µονήςστρώσης

ΧωρητικότηταΕίδος

44

DVD και συµπίεση

Η τεχνολογία DVD χρησιµοποιείσυµπίεση MPEG, που σηµαίνει ότι έναDVD µονής πλευράς/µονής στρώσηςµπορεί να χωρέσει 133 λεπτά βίντεουψηλής ανάλυσης µαζί µε ήχο καιυπότιτλους

45

Σύνδεση ΚΜΕ και Μνήµης

∆ίαυλος: αποτελείται από καλώδια. 1 καλώδιο µεταφέρει 1 µπιτ. ∆ίαυλος ∆εδοµένων εξαρτάται από το µέγεθος της λέξης πχ.32 bit∆ίαυλος ∆ιευθύνσεων για προσπέλαση µνήµης. ν καλώδια για 2ν θέσεις∆ίαυλος Ελέγχου για εντολές. µ καλώδια επιτρέπουν 2µ εντολές

46

∆ίαυλος ∆εδοµένων (data bus)

Ο δίαυλος δεδοµένων (data bus) αποτελείταιαπό πολλά καλώδια, καθένα από τα οποίαµεταφέρει 1 µπιτ τη φορά.

Ο αριθµός των καλωδίων εξαρτάται από τοµέγεθος της λέξης. � Αν σε κάποιον υπολογιστή η λέξη είναι 32 µπιτ (4

µπάιτ), απαιτείται δίαυλος δεδοµένων µε 32 καλώδια, έτσι ώστε και τα 32 µπιτ της λέξης να µπορούν ναµεταφερθούν ταυτόχρονα.

47

∆ίαυλος ∆ιευθύνσεων(address bus)

Ο δίαυλος διευθύνσεων (address bus) επιτρέπει την προσπέλαση µιας συγκεκριµένηςλέξης στη µνήµη.

Ο αριθµός των καλωδίων του διαύλουδιευθύνσεων εξαρτάται από το χώροδιευθύνσεων της µνήµης. � Αν η µνήµη διαθέτει 2ν λέξεις, ο δίαυλος

διευθύνσεων πρέπει να µεταφέρει ν µπιτ τη φορά. Συνεπώς, πρέπει να διαθέτει ν καλώδια.

48

∆ίαυλος Ελέγχου (control bus)

Ο δίαυλος ελέγχου (control bus) αναλαµβάνει τηνεπικοινωνία µεταξύ της ΚΜΕ και της µνήµης. � Για παράδειγµα, η ΚΜΕ πρέπει να στέλνει στη µνήµη

κωδικούς ώστε να προσδιορίζει τις λειτουργίες ανάγνωσης ήτις λειτουργίες εγγραφής.

Το πλήθος των καλωδίων του διαύλου ελέγχουεξαρτάται από το συνολικό αριθµό των διαταγώνελέγχου που χρειάζεται ένας υπολογιστής. � Αν ένας υπολογιστής διαθέτει 2µ ενέργειες ελέγχου, ο

δίαυλος ελέγχου χρειάζεται µ καλώδια, επειδή για ναεκφραστούν οι 2µ διαφορετικές λειτουργίες απαιτούνται µµπιτ.

49

Σύνδεση συσκευών Ε/Ε

Οι συσκευές Ε/Ε� δεν είναι δυνατό να συνδεθούν απευθείας στους διαύλους που

συνδέουν την ΚΜΕ µε τη µνήµη, επειδή η φύση τωνσυσκευών αυτών είναι διαφορετική από τη φύση της ΚΜΕ καιτης µνήµης.

� είναι ηλεκτροµηχανικές, µαγνητικές, ή οπτικές, ενώ η ΚΜΕ καιη µνήµη είναι ηλεκτρονικές συσκευές

� Λειτουργούν σε µικρότερη ταχύτητα απ ότι η ΚΜΕ και η µνήµη-> χρειάζεται µια ενδιάµεση συσκευή για να χειριστεί αυτή τηδιαφορά. Αυτή η συσκευή ονοµάζεται ελεγκτήςεισόδου/εξόδου ή διασύνδεση (interface). � Εποµένως οι συσκευές Ε/Ε συνδέονται µε τους διαύλους µέσω

του ελεγκτή εισόδου/εξόδου� Κάθε συσκευή Ε/Ε έχει τον δικό της ελεγκτή

50

Σύνδεση συσκευών Ε/Ε

51

Ελεγκτές

Οι ελεγκτές (ή διασυνδέσεις) εξοµαλύνουν τιςδιαφορές µεταξύ των συσκευών Ε/Ε και τηςΚΜΕ και της µνήµης.

Ένας ελεγκτής µπορεί να είναι σειριακή ήπαράλληλη συσκευή. � Οι σειριακοί ελεγκτές διαθέτουν µόνο µία σύνδεση

καλωδίου µε τη συσκευή, ενώ οι παράλληλοιέχουν πολλές συνδέσεις µε τη συσκευή, ώστε ναµπορούν να µεταφέρουν πολλά µπιτ ταυτόχρονα.

Είδη ελεγκτών: SCSI, FireWire, USB

52

Ελεγκτής SCSI (1/2)

Ανατπύχθηκε το 1984 για τους Mac computers

∆ιαθέτει παράλληλη διασύνδεση µε 8, 16 ή32 καλώδια και παρέχει µια σύνδεση σεδιάταξη «µαργαρίτας»

Κάθε συσκευή πρέπει να διαθέτει τη δική τηςδιεύθυνση (ID)

Και τα δύο άκρα της αλυσίδας να είναιτερµατισµένα

53

Ελεγκτής SCSI (2/2)

54

Ελεγκτής FireWare (2/2)

Σειριακή διασύνδεση υψηλήςταχύτητας

Μεταφέρει τα δεδοµένα σε πακέτα µερυθµούς µεταφοράς µέχρι 50ΜΒ / sec

Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για σύνδεσηµέχρι 63 συσκευών

55

Ελεγκτής FireWare (2/2)

56

Ελεγκτής USB

57

Ελεγκτής USB (1/2)

Eίναι σειριακός

Είναι για σύνδεση συσκευώνµικρότερης ταχύτητας, π.χ. ποντίκι, πληκτρολόγιο

Ταχύτητα µέχρι 1,5 ΜΒ / sec

Έχει δίαυλο 4 καλωδίων δύο από ταοποία µεταφέρουν την ηλεκτρική ισχύστη συσκευή

58

∆ιευθυνσιοδότηση ΣυσκευώνΕισόδου/Εξόδου

Αποµονωµένη Ε/Ε

59

∆ιευθυνσιοδότηση ΣυσκευώνΕισόδου/Εξόδου

Αντιστοιχισµένη στη µνήµη Ε/Ε

60

Εκτέλεση Προγραµµάτων

Κύκλος Μηχανής� Ανάκληση

� Αποκωδικοποίηση

� Εκτέλεση

61

Πρόσθεση δύο ακεραίων

Περιεχόµενα µνήµης και καταχωρητών πριναπό κάθε κύκλο

62

Πρόσθεση δύο ακεραίων

Μετά την πρώτη εντολή

63

Πρόσθεση δύο ακεραίων

Μετά την δεύτερη εντολή

64

Πρόσθεση δύο ακεραίων

Μετά την τρίτη εντολή

65

Πρόσθεση δύο ακεραίων

Μετά την τέταρτη εντολή

66

Εντολές Εισόδου/ΕξόδουΟ υπολογιστής χρειάζεται εντολές για τηµεταφορά δεδοµένων από τις συσκευές Ε/Επρος την ΚΜΕ και τη µνήµη. Επειδή οι συσκευές εισόδου/εξόδουλειτουργούν σε πολύ µικρότερες ταχύτητεςαπό την ΚΜΕ, η λειτουργία της ΚΜΕ πρέπει µεκάποιον τρόπο να συγχρονίζεται µε τη δικήτους. Για το συγχρονισµό αυτόν έχουν αναπτυχθείτρεις µέθοδοι: � η προγραµµατισµένη Ε/Ε� η οδηγούµενη από διακοπές Ε/Ε� η άµεση προσπέλαση µνήµης (DMA).

67

Προγραµµατισµένη Ε/Ε

68

Οδηγούµενη από διακοπές Ε/Ε

69

Άµεση προσπέλαση µνήµης(Direct Memory Access).

Σύνδεση DMA στο γενικό δίαυλο

70

Άµεση προσπέλαση µνήµης(DMA).

71

∆ύο διαφορετικές Αρχιτεκτονικές

CISC (complex instruction set computer)� Συµπεριλαµβάνονται σύνθετες εντολές� Εύκολος προγραµµατισµός� Υπερβολικά σύνθετο ηλ. κύκλωµα της ΚΜΕ και της Μονάδας ελέγχου

� Λύση: προγραµµατισµός σε δύο επίπεδα� Οι σύνθετες εντολές δεν εκτελούνται από την ΚΜΕ – αυτή εκτελεί µόνο

µικροεντολές� Μιά σύνθετη εντολή µετατρέπεται σε ένα σύνολο µικροεντολών και µετά εκτελείται

από την ΚΜΕ. Αυτό προϋποθέτει την προσθήκη µικροµνήµης όπου αποθηκεύονταιτο σύνολο των µικροεντολών κάθε σύνθετης εντολής. Αυτού του είδους οπρογραµµατισµός µε µικροεντολές ονοµάζεται µικροπρογραµµατισµός.

� Μειονέκτηµα της Αρχιτεκτονικής CISC: Επιπλέον φόρτος σε σχέση µε τονµικροπρογραµµατισµό και την προσπέλαση της µικροµνήµης –αντισταθµίζεται από τα οφέλη που προσφέρουν τα µικρότεραπρογράµµατα σε επίπεδο µηχανής

� Παράδειγµα: Η σειρά επεξεργαστώνPentium από την Intel

RISC (reduced instruction set computer)� Οι σύνθετες εντολές προσοµοιώνονται µε τη χρήση υποσυνόλου απλών

εντολών� ∆ύσκολος και χρονοβόρος προγραµµατισµός� Apple-PowerPC