ΚΕΦΑΛΑΙΟ(2:(Χειρισμός(Δεδομένων(pages.cs.aueb.gr/courses/epl131/files/Κ2.pdf ·...

Click here to load reader

  • date post

    28-Jan-2020
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of ΚΕΦΑΛΑΙΟ(2:(Χειρισμός(Δεδομένων(pages.cs.aueb.gr/courses/epl131/files/Κ2.pdf ·...

  • ΚΕΦΑΛΑΙΟ  2:  Χειρισμός  Δεδομένων  

    ●  2.1  Αρχιτεκτονική  Υπολογιστών   ●  2.2  Γλώσσα  Μηχανής   ●  2.3  Εκτέλεση  προγράμματος   ●  2.4  Αριθμητικές  και  λογικές  εντολές   ●  2.5  Επικοινωνία  με  άλλες  συσκευές   ●  2.6  Άλλες  αρχιτεκτονικές    

    Οι  διαφάνειες  βασίζονται  σε  μεγάλο  βαθμό  σε  αυτές     που  συνοδεύονται  με  το  προτεινόμενο  σύγγραμμα,   καθώς  και  στις  διαφάνειες  προηγούμενων  ετών  του     κ.  Κουρκουμπέτη.   1  

  • Βασικά  Στοιχεία  

    Αποθηκεύουμε   προγράμματα   και  δεδομένα  

    ALU  

    2  

  • Αρχιτεκτονική  Υπολογιστών   ●  Κεντρική  μονάδα  επεξεργασίας  (CPU)  ή  επεξεργαστής:  πακεταρισμένη  σε  μικρά  

    επίπεδα  τετράγωνα  (5cm  x5cm)    

      ●  H  Κεντρική  μονάδα  επεξεργασίας  περιέχει:  

    –  1.  την  αριθμητική  και  λογική  μονάδα  (Arithmeic  Logical  Unit,  ALU):   αποτελείται  από  κυκλώματα  για  εκτέλεση  πράξεων  στα  δεδομένα  (πρόσθεση,   αφαίρεση  κλπ)  

    –  2.  τη  μονάδα  ελέγχου  (control  unit):  ελέγχει  και  συντονίζει  τις  ενέργειες   –  3.  τους  καταχωρητές  (registers):  για  προσωρινή  αποθήκευση  δεδομένων  στην  

    CPU   •  Γενικής  χρήσης  (general-­‐purpose),  ειδικής  χρήσης  (special-­‐purpose)  

    •  Για  να  εκτελεστεί  μια  πράξη  με  δεδομένα  αποθηκευμένα  στην   κύρια  μνήμη,  η  μονάδα  ελέγχου  πρέπει  να  τα  μεταφέρει  από  τη   μνήμη  στους  καταχωρητές  γενικής  χρήσης   –  Η  ALU  κάνει  τις  πράξεις,  και  μεταφέρει  το  αποτέλεσμα  σε  έναν  άλλο  

    καταχωρητή  γενικής  χρήσης         3  

  • Αρχιτεκτονική  Υπολογιστών  (2)   –  4.  την  «κρυφή»  ή  λανθάνουσα  μνήμη  (cache  memory):  μνήμη  που  

    βρίσκεται  μέσα  στην  CPU   •  Αρκετές  εκατοντάδες  KB   •   Πολύ  υψηλής  ταχύτητας   •  Η  μηχανή  κρατάει  στην  cache  αντίγραφο  του  τμήματος  της  κύριας   μνήμης  που  χρησιμοποιείται  πιο  συχνά  

    •  Αντί  να  γίνεται  επικοινωνία  καταχωρητών  και  κύριας  μνήμης,  γίνεται   επικοινωνία  καταχωρητών  με  την  cache  

    ●  Αποτέλεσμα:  πιο  γρήγορη  εκτέλεση  εντολών    

    ●  O  δίαυλος  (bus),  συνδέει  την  CPU  με  την  κύρια  μνήμη.  

    ●  Η  Μητρική  κάρτα  (motherboard)  περιλαμβάνει  όλα  τα   παραπάνω.  

    4  

  • 3  είδη  αποθηκευτικού  χώρου   •  Μνήμη  cache   •  Κύρια  μνήμη  (main  memory)   •  Σκληρός  δίσκος  (HD)   •  Σε  ταχύτητα  ανάκτησης:  HD  <  main  memory  <   cache  

    •  Σε  μέγεθος:  cache  <  main  memory  <  HD  

    5  

  • Πρόβλημα   •  Θέλουμε  να  ελαχιστοποιήσουμε  το  συνολικό   χρόνο  ανάκτησης  δεδομένων    

    •  Έχουμε  10  GΒ  δεδομένων   •  Πως  θα  τα  αναθέσουμε  στην  cache  (500KB),   main  memory  (1GB),  HD  (500GB);    

    •  Χρόνοι  ανάκτησης:   – HD:  5  milli-­‐sec   – MM:  50  nano-­‐sec   – Cache:  500pico-­‐sec    

    6  

  • Η  έννοια  του  αποθηκευμένου  προγράμματος  

    ●  Stored-­‐program  concept     ●  Ένα  πρόγραμμα  είναι  απλώς  ένας  ιδιαίτερος   τύπος  δεδομένων   –  Κάθε  πρόγραμμα  αποθηκεύεται  στην  κύρια  μνήμη    

    ● Η  CPU  ανακτά  σειριακά  τις  εντολές  του   προγράμματος  από  τη  μνήμη,  τις   αποκωδικοποιεί  (καταλαβαίνει)  και  τις  εκτελεί    

    7  

  • Γλώσσα  μηχανής:  ορισμοί  

    ● Γλώσσα  μηχανής  είναι  το  σύνολο  όλων  των   εντολών  μαζί  με  ένα  σύστημα  κωδικοποίησης   (που  κάνει  τις  εντολές  αναγνωρίσιμες)  

    ● Εντολή  μηχανής  είναι  μία  εντολή   κωδικοποιημένη  ως  ακολουθία  bit  που   αναγνωρίζεται  απευθείας  από  τη  CPU  

    ● Χρειάζεται  ένα  μικρό  σύνολο  εντολών  που  να   μπορεί  να  αναγνωρίζει  η  CPU    

    8  

  • Φιλοσοφίες  σχεδιασμού  της  CPU    

    ●  Υπολογιστής  περιορισμένου  συνόλου  εντολών  (Reduced   Instrucion-­‐set  computer,  RISC):   –  Ελάχιστο  σύνολο  από  εντολές  μηχανής,  γρήγορη  /  αποδοτική   μηχανή.  

    –  Παραδείγματα:  PowerPC,  IBM  και  Motorola   ●  Υπολογιστής  σύνθετου  συνόλου  εντολών  (Complex  

    Instrucion-­‐set  computer,  CISC):   –  Μεγάλο  πλήθος  σύνθετων  εντολών,  κάνει  πιο  εύκολο  τον   προγραμματισμό  

    –  Παραδείγματα:  Penium  της  Intel   •  Αρχικά  επικράτησε  η  RISC,  η  μείωση  κόστους  οδήγησε   σε  εξάπλωση  της  CISC  

    •  CISC:  υψηλή  κατανάλωση  ισχύος   •  RISC:  δημοφιλής  σε  digital  TVs,  κινητά,  GPS,…  

    9  

  • Ομάδες  εντολών  γλώσσας  μηχανής  

    ●  Ομάδα  εντολών  μεταφοράς  δεδομένων  (data  transfer):   αντιγράφει  δεδομένα  μεταξύ  CPU  και  κύριας  μνήμης.   ●  LOAD:  αντιγράφει  δεδομένα  από  την  μνήμη  σε  έναν   καταχωρητή  γενικής  χρήσης  

    ●  STORE:  αντιγράφει  δεδομένα  από  έναν  καταχωρητή  γενικής   χρήσης  στη  μνήμη  

    ●  Εντολές  Ι/Ο:  εντολές  για  επικοινωνία  με  μέρη  του  υπολογιστή   εκτός  CPU  και  κύριας  μνήμης  (π.χ.  Σκληρός  δίσκος)    

    ●  Αριθμητική  και  λογική  ομάδα  εντολών  (arithmeic  /  logical):   χρησιμοποιεί  υπάρχουσες  τιμές  δεδομένων  για  να  κάνει  πράξεις   και  να  υπολογίσει  μία  νέα  τιμή  δεδομένων    

    10  

  • Ομάδες  εντ