Λίγα λόγια για τη αρχιτεκτονική του υπολογιστή.....

ΚΥΡΙΟ ΜΕΡΟΣ

ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ (ΚΜΕ)

Πιο συγκεκριμένα για τον κύκλο εντολής.....

Κύκλος εντολής

Κύκλος εντολής είναι το διάστημα που απαιτείται για την αποπεράτωση μιας εντολής και την έναρξη της επόμενης. Υπάρχουν τέσσερα στάδια για την ολοκλήρωση ενός κύκλου: η ανάκληση (fetch), η αποκωδικοποίηση (decode), η εκτέλεση (execute) και αποθήκευση του αποτελέσματος (store/writeback).

Κατά την ανάκληση, ανάκταται η εντολή από την θέση μνήμης που είναι αποθηκευμένη. Η θέση της εντολής στην μνήμη περιέχεται στον απαριθμητή προγράμματος. Όταν η εντολή μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή αποθηκεύεται στον καταχωρητή εντολών. Έπειτα αυξάνεται η τιμή του απαριθμητή προγράμματος, όσο είναι και το μήκος της εντολής σε μονάδες μνήμης, ώστε να υποδεικνύει την θέση της επόμενης εντολής ή την διεύθυνση των τελεστών σε περίπτωση που η τρέχουσα εντολή έχει τελεστές. Συχνά η εντολή προς ανάκληση καθυστερεί να μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή, λόγο ασύγχρονης λειτουργίας των δύο συσκευών, προκαλώντας παύση στην λειτουργία της ΚΜΕ. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, στους σύγχρονους επεξεργαστές γίνεται χρήση ενδιάμεσης μνήμης προσωρινής αποθήκευσης (cache) αλλά και τεχνικές σωλήνωσης (pipelining).

Στο στάδιο της αποκωδικοποίησης, η εντολή διασπάται και ερμηνεύεται από τον επεξεργαστή. Ανάλογα με τον κωδικό εντολής, κατά την αποκωδικοποίηση, ανακαλούνται και τυχόν τελεστές. Η τιμή των τελεστών ανακαλείται είτε άμεσα ως σταθερά, είτε έμμεσα ως μια διεύθυνση στην οποία βρίσκεται αποθηκευμένη η τιμή, σε κάποιο καταχωρητή ή μνήμη, όπως ορίζει το εκάστοτε πρότυπο διευθυνσιοδότησης. Σε παλιότερα σχέδια επεξεργαστών, η αποκωδικοποίηση της εντολής ήταν μια αμετάβλητη διαδικασία που πραγματοποιούσε το υλικό. Ωστόσο, σε πιο περίπλοκες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών, για την ερμηνεία των εντολών χρησιμοποιείται ένα μικροπρόγραμμα. Το μικροπρόγραμμα συνήθως είναι επαναπρογραμματιζόμενο ώστε να μπορεί να μεταβληθεί, ακόμη και μετά την κατασκευή της ΚΜΕ, ο τρόπος που αποκωδικοποίησης των εντολών.

Μετά την ανάκληση και την αποκωδικοποίηση, ακολουθεί η εκτέλεση της εντολής. Σε αυτό το στάδιο, διάφορες μονάδες του επεξεργαστή συνδέονται ώστε να γίνει εφικτή η εκτέλεση της επιθυμητής λειτουργίας. Αν, για παράδειγμα, ζητήθηκε μια λειτουργία πρόσθεσης, η αριθμητική μονάδα (AU) θα συνδεθεί με ένα σύνολο εισόδων και εξόδων. Οι είσοδοι θα παρέχουν τους αριθμούς που πρέπει να προστεθούν και οι έξοδοι θα περιέχουν το άθροισμα. Εάν η πρόσθεση έχει ως αποτέλεσμα έναν υπερβολικά μεγάλο αριθμό για να χειριστεί η ΚΜΕ τότε θα ενεργοποιηθεί ο ενδείκτης αριθμητικής υπερχείλισης. Η αριθμητική λογική μονάδα (ALU) στο σύνολό της περιέχει κυκλώματα για την εκτέλεση απλών αριθμητικών και λογικών πράξεων, όπως η πρόσθεση και η σύγκριση αριθμών.

Στο τελικό στάδιο, την αποθήκευση, η ΚΜΕ στέλνει τα δεδομένα προς αποθήκευση στην μνήμη. Τα αποτελέσματα αρχικά αποθηκεύονται προσωρινά σε κάποιο καταχωρητή για ταχύτερη προσπέλαση από επόμενες εντολές και έπειτα αποθηκεύονται στην κύρια μνήμη του συστήματος. Εντολές που κάνουν άλματα αλλά και εντολές που μεταβάλλουν τον καταχωρητή ενδείξεων στην ουσία δεν παράγουν κάποιο αποτέλεσμα προς αποθήκευση. Μετά την αποθήκευση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, ο κύκλος εντολής ολοκληρώνεται και επαναλαμβάνεται με την επόμενη εντολή, αφού αυξήθηκε ο απαριθμητής προγράμματος. Σε επεξεργαστές με πιο περίπλοκη αρχιτεκτονική, περισσότερες εντολές μπορεί να ανακαλούνται, να αποκωδικοποιούνται και να εκτελούνται ταυτόχρονα.

Tάση λειτουργίας επεξεργαστή.........

Τάση λειτουργίαςΗ τάση λειτουργίας ενός επεξεργαστή έχει άμεση σχέση με την ισχύ που

καταναλώνει. Όπως είναι γνωστό, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση λειτουργίας ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς που καταναλώνει. Η κατανάλωση ισχύος του επεξεργαστή είναι ένας σημαντικός παράγοντας λειτουργίας του προσωπικού υπολογιστή. Ο παράγοντας αυτός έχει ιδιαίτερη σημασία στους φορητούς υπολογιστές, δεδομένου ότι όσο μικρότερη είναι η κατανάλωση ισχύος του επεξεργαστή τόσο περισσότερο χρόνο μπορεί να λειτουργήσει ο φορητός υπολογιστής με τις μπαταρίες του.

Η κατανάλωση ισχύος του επεξεργαστή έχει άμεση σχέση με τη θερμότητα που παράγεται από αυτόν. Όσο περισσότερη ισχύ καταναλώνει τόσο περισσότερη θερμότητα παράγει, πράγμα που έχει ως συνέπεια την αύξηση της θερμοκρασίας του επεξεργαστή. Όταν ο επεξεργαστής λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες, μειώνεται η διάρκεια ζωής του και είναι πιθανόν να παρουσιαστούν σφάλματα στη λειτουργία του. Η πιθανότητα παρουσίασης τέτοιων σφαλμάτων μεγαλώνει όσο αυξάνεται η συχνότητα λειτουργίας του επεξεργαστή.

Η απαγωγή της θερμότητας που παράγει ο επεξεργαστής, για να διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα η θερμοκρασία του, μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα. Ειδικά στους φορητούς υπολογιστές, στους οποίους τα διάφορα εξαρτήματα είναι τοποθετημένα πολύ κοντά το ένα στο άλλο για να είναι όσο

το δυνατό μικρότερο το μέγεθος του υπολογιστή, η απαγωγή της θερμότητας είναι πολύ δύσκολη. Για τους παραπάνω λόγους, επιδιώκεται να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη η τάση λειτουργίας του επεξεργαστή. Η ελάχιστη τιμή της τάσης αυτής καθορίζεται από την τεχνολογία κατασκευής του επεξεργαστή. Στις πρώτες γενιές επεξεργαστών η χρησιμοποιούμενη τεχνολογία δεν επέτρεπε τάσεις λειτουργίας μικρότερες από 5V. Στους σύγχρονους επεξεργαστές η τάση αυτή μπορεί να είναι ως και 1,8V.

Εύρος διαδρόμου δεδομένων......

Εύρος διαδρόμου δεδομένων

Ο διάδρομος δεδομένων του επεξεργαστή είναι αυτός που επιτρέπει την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ του επεξεργαστή, της μνήμης και των περιφερειακών μονάδων. Το εύρος του διαδρόμου δεδομένων καθορίζει πόσες γραμμές έχει ο διάδρομος αυτός, πόσα, δηλαδή, bits μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα. Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος του διαδρόμου δεδομένων τόσο περισσότερα δεδομένα μπορεί να μεταφέρει και, επομένως, τόσο γρηγορότερος είναι ο επεξεργαστής. Έτσι, για παράδειγμα, αν ένας επεξεργαστής με εύρος διαδρόμου δεδομένων 32 bits θέλει να γράψει στη μνήμη 4 bytes (4X8 bits ανά byte = 32 bits), μπορεί να το κάνει σε ένα βήμα, αφού μπορεί να μεταφέρει μέσω του διαδρόμου δεδομένων και τα 32 bits ταυτόχρονα. Αντίθετα, ένας επεξεργαστής με εύρος διαδρόμου δεδομένων 8 bits, για να γράψει τα ίδια 4 bytes στη μνήμη, πρέπει να κάνει τέσσερις διαδοχικές εγγραφές σε αυτή, δεδομένου ότι μπορεί να μεταφέρει μέσω του διαδρόμου δεδομένων μόνο 1 byte (8 bits) τη φορά. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές είναι δυνατό να έχουν πολλούς εσωτερικούς διαδρόμους δεδομένων, καθένας από τους οποίους μπορεί ενδεχομένως να έχει διαφορετικό εύρος. Όταν όμως αναφερόμαστε στο εύρος του διαδρόμου δεδομένων ως ένα από τα χαρακτηριστικά του επεξεργαστή, τότε μιλάμε για το εύρος του εξωτερικού διαδρόμου δεδομένων, αυτού, δηλαδή, που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία του επεξεργαστή με τη μνήμη και τις περιφερειακές μονάδες.

Σύστημα ψύξης επεξεργαστή

Εύρος διαδρόμου διευθύνσεων........

Εύρος διαδρόμου διευθύνσεων

Ο διάδρομος διευθύνσεων του επεξεργαστή μεταφέρει την πληροφορία της διεύθυνσης της μνήμης την οποία πρόκειται να προσπελάσει ο επεξεργαστής. Στην ουσία, στο διάδρομο διευθύνσεων εμφανίζεται σε δυαδική μορφή η διεύθυνση της θέσης μνήμης, στην οποία θα γραφούν τα δεδομένα που υπάρχουν στο διάδρομο δεδομένων ή από την οποία θα διαβαστούν τα δεδομένα που περιέχει η θέση αυτή. Το εύρος του διαδρόμου διευθύνσεων καθορίζει το πλήθος των bits που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της διεύθυνσης της θέσης μνήμης. Έτσι, για παράδειγμα, στην απλούστατη περίπτωση όπου ο διάδρομος διευθύνσεων έχει εύρος 3 bits όλες οι δυνατές διευθύνσεις θέσεων μνήμης είναι οι ΟΟΘ, 001, 010, 011, 100, 101, 110 και 111. Επομένως, ο επεξεργαστής μπορεί να προσπελάσει το πολύ 23=8 θέσεις μνήμης. Όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος του διαδρόμου διευθύνσεων τόσο περισσότερες θέσεις μνήμης μπορεί να προσπελάσει ο επεξεργαστής. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές διαθέτουν διάδρομο δεδομένων με εύρος 32 ή και 36 bits, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να προσπελάσουν 232 (περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια) και 236 (περίπου 68 δισεκατομμύρια) θέσεις μνήμης αντίστοιχα.