Kef3

Εφαρµογές ΠληροφορικήςΥπολογιστών

Κεφάλαιο 3Το υλικό του υπολογιστή


2

Εισαγωγή

Τµήµατα του Η/Υ και ΟργάνωσηΜονάδα Κεντρικής ΜνήµηςΚεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU)Μονάδα Εισόδου – Εξόδου∆ίαυλοι ΕπικοινωνίαςΕναλλακτικές αρχιτεκτονικές


3

Αρχιτεκτονική Η/Υ

Το υλικό (hardware) είναι το σύνολο τωνηλεκτρονικών τµηµάτων που συνθέτουν έναυπολογιστικό σύστηµα.Η µελέτη της δοµής και της συµπεριφοράςτου υλικού αποτελεί το αντικείµενο τηςαρχιτεκτονικής των Η/Υ.Μας βοηθά να διακρίνουµε τα µέρη και τοντρόπο διασύνδεσης του υλικού.


4

Τµήµατα του Η/Υ

Κεντρικό ΜέροςΠεριφερειακό

Μέρος


5

Τµήµατα του Η/Υ

Μονάδα Κεντρικής ΜνήµηςΚεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU)

Αριθµητική και Λογική Μονάδα (ALU)Μονάδα Ελέγχου (Control Unit)Καταχωρητές (Registers)

Μονάδα Εισόδου – Εξόδου∆ίαυλοι Επικοινωνίας


6

Μονάδα Κεντρικής Μνήµης

Χρησιµοποιείται για την αποθήκευση:Προγραµµάτων (Ακολουθίες εντολών)∆εδοµένων προς επεξεργασίαΑποτελεσµάτων εκτέλεσης προγραµµάτων

Είναι οργανωµένη σε διαδοχικές θέσεις ίδιαςχωρητικότητας (πχ 32 bit)


7

Μονάδα Κεντρικής Μνήµης

Κάθε µία από τις διαδοχικές θέσεις έχει µίαδιεύθυνση (address)Η διεύθυνση είναι ένας αριθµός µέσω τουοποίου µπορούµε να αναφερόµαστε σε µίαθέση µνήµης


8

Χαρακτηριστικά Κεντρικής Μνήµης

Χωρητικότητα (Storage Capability) :Ακέραιος αριθµός που δηλώνει το µέγιστοπλήθος δυαδικών ψηφίων που µπορεί νααποθηκεύσει.Χρόνος προσπέλασης (Access Time) : Τοχρονικό διάστηµα που µεσολαβεί από τότεπου θα απαιτηθεί η ανάγνωση ή η εγγραφήενός κυττάρου µέχρι την πραγµατοποίησηςτης λειτουργίας.


9

Χαρακτηριστικά Κεντρικής Μνήµης

Χρόνος κύκλου (Cycle Time) : Το ελάχιστοδυνατό χρονικό διάστηµα µεταξύ 2 διαδοχικών λειτουργιών στη µνήµη.Εύρος Ζώνης (Bandwidth) : Μέγιστη δυνατήταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων από ή προςτη µνήµη.


10

Είδη Κεντρικής Μνήµης

Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Memory - RAM)Μνήµη Μόνο για Ανάγνωση (Read - Only Memory - ROM)Λανθάνουσα Μνήµη (Cache)


11

Μνήµη RAM

Μπορούµε να γράψουµε και να διαβάσουµεδεδοµέναΤα περιεχόµενά της διατηρούνται όσο ο Η/Υβρίσκεται σε λειτουργίαΧρησιµοποιείται για την προσωρινήαποθήκευση των δεδοµένων καιαποτελεσµάτων προγραµµάτων κατά τηδιάρκεια εκτέλεσής τους


12

Μνήµη RΟM

Η εγγραφή στις Μνήµες ROM γίνεται εφάπαξκαι στη συνέχεια µπορούµε µόνο ναδιαβάσουµε δεδοµέναΧρησιµοποιούνται από τον κατασκευαστήτου Η/Υ για την αποθήκευσηµικροπρογραµµάτων, που δεν χρειάζεται νααλλαχτούν στη συνέχειαΤέτοια µικροπρογράµµατα είναι απαραίτηταγια την εκκίνηση του Η/Υ


13

Μνήµη RΟM

Υπάρχουν κάποια είδη ROM πουεπιτρέπουν τον προγραµµατισµό τους καιαπό το χρήστη του Η/Υ:

Programmable Read Only Memories – PROM. Μπορούν να προγραµµατιστούν µία µόνο φορά

Erasable Programmable Read Only Memories –EPROM – Μπορούν να διαγραφούν και ναπρογραµµατιστούν πάλι


14

Μνήµη Cache

Η ταχύτερη και ακριβότερη από τα τρία είδηκεντρικής µνήµης

Παρεµβάλλεται µεταξύ της CPU και της RAM

Συµβάλλει στην αύξηση της ταχύτηταςεκτέλεσης των προγραµµάτων από τη CPU


15

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU)

Αριθµητική και Λογική Μονάδα (ALU)

Μονάδα Ελέγχου (Control Unit)

Καταχωρητές (Registers)


16

ALU και Control Unit

Αριθµητική και Λογική Μονάδα (ALU)Κύκλωµα το οποίο είναι ικανό να εκτελείγρήγορα αριθµητικές και λογικές πράξεις

Control UnitΣυγχρονίζει και ελέγχει τη λειτουργία του Η/Υ,

Ανακαλεί εντολές από την κεντρική µνήµη

Προσδιορίζει τον τύπο των εντολών και αναθέτει στηνALU την εκτέλεσή τους

Ελέγχει την επικοινωνία του περιφερειακού µέρους µετο κεντρικό


17

Καταχωρητές (Registers)

Ταχύτατες µνήµες που έχουν ως σκοπό τηνπροσωρινή αποθήκευση δεδοµένων ήεντολών ή την εκτέλεση ειδικών λειτουργιών

Καταχωρητές ∆ιεύθυνσης Μνήµης (MAR)

Καταχωρητές ∆εδοµένων Μνήµης (MDR)

Ειδικοί καταχωρητές (Εντολών, Κατάστασης, κλπ)


18

Λειτουργία της CPU

Μεταφορά της επόµενης εντολής από τηνΚεντρική Μνήµη

Αποκωδικοποίηση της εντολής

Εκτέλεση της εντολής

Επανάληψη των παραπάνω βηµάτωνµέχρι να βρεθεί συνθήκη τερµατισµού


19

Λειτουργία της CPU

Για το χρονισµό των λειτουργιών υπάρχειενσωµατωµένο ένα κύκλωµα χρονισµού, το ρολόι (clock).

Η ταχύτητα του ρολογιού µετριέται πλέονσε Ghz

Παράδειγµα ένα ρολόι έχει ταχύτητα 3 Ghz, αυτό σηµαίνει ότι µπορεί να παράγειπαλµούς ανά 0,33 nsec


20

Μονάδα Εισόδου/Εξόδου

Υπεύθυνη για την επικοινωνία του Κεντρικού Μέρουςτου Η/Υ µε το σύνολο των περιφερειακών συσκευών

Σκοπός είναι η γρήγορη και ασφαλής µεταφοράδεδοµένων

Η µεταφορά µπορεί να γίνει παράλληλα ή σειριακά

Η επικοινωνία µπορεί να είναι σύγχρονη ήασύγχρονη


21

Παράλληλη – Σειριακή Μεταφορά

Στην παράλληλη µεταφορά, έναςαριθµός ν δυαδικών ψηφίων µεταφέρεταιταυτόχρονα µέσω ν γραµµών µεταφοράς.Στην σειριακή µεταφορά, τα bit µεταδίδονται ακολουθιακά, το ένα µετά τοάλλο, µέσα στη γραµµή µεταφοράς.Η παράλληλη µεταφορά είναι πιογρήγορη, ενώ η σειριακή λιγότεροδαπανηρή


22

Σύγχρονη – Ασύγχρονη Επικοινωνία

Στη σύγχρονη επικοινωνία, συγχρονίζονται τα

ρολόγια των δύο µερών και ανταλλάσσονται

συνεχώς δεδοµένα, ακόµη όταν δεν υπάρχουν.

Αυτό γίνεται για να διατηρηθεί ο συγχρονισµός.

Στην ασύγχρονη επικοινωνία, το κάθε µέρος

στέλνει δεδοµένα µόνο όταν απαιτείται, αλλιώς η

γραµµή παραµένει ανενεργή


23

Προσαρµοστική µονάδα

Η πολυµορφία των σηµερινών συσκευών κάνειαδύνατη την επικοινωνία του κεντρικού µέρους µεκάθε τύπο συσκευής µέσω της ΜονάδαςΕισόδου/Εξόδου.Έτσι µεταξύ της Μονάδας Εισόδου / Εξόδου καικάθε συσκευής παρεµβάλλεται µίαπροσαρµοστική µονάδα (Interface Unit).Σκοπός της είναι η διασφάλιση της συνεργασίαςτων επικοινωνούντων µερώνΠαραδείγµατα IU είναι USB, Firewire, SCSI.


24

∆ίαυλος Επικοινωνίας

Χρησιµοποιείται για την επικοινωνία µεταξύ τωνδοµικών µερών ενός Η/Υ.

Αποτελείται από το φυσικό µέρος και ένα σύνολοκανόνων για να εξασφαλιστεί η µέγιστη ταχύτηταεπικοινωνίας και η εξυπηρέτηση όσο το δυνατόνπερισσοτέρων συσκευών.


25

∆ίαυλος Επικοινωνίας

Μεταφέρει

∆εδοµένα προς επεξεργασία

∆ιευθύνσεις µνήµης

Σήµατα ελέγχου

Σήµατα απόκρισης

Σήµατα συγχρονισµού


26

Υλικό

Μονάδες εισόδου Μονάδες εξόδουκεν. µονάδα

ΠΛΗΚΤΡΟΛΟΓΙΟ

ΠΟΝΤΙΚΙ

ΜΙΚΡΟΦΩΝΟ

ΚΑΜΕΡΑ

ΟΘΟΝΗ (ΑΦΗΣ ?)

ΗΧΕΙΑ

ΕΚΤΥΠΩΤΗΣ

ΣΧΕ∆ΙΟΓΡΑΦΟΣ


27

Αποθηκευτικά Μέσα

ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ

•Μαγνητικέςταινίες (κασέτες)

•Μαγνητικοίδίσκοι (δισκέτες)

•Σκληρός δίσκος

•Μεταφερόµενοιµαγνητικοί δίσκοι

•CD ROM

•CD record able

•CD Rewrite able

•DVD ROM

•DVD RW


28

∆ίκτυα Η/Υ

∆ίκτυα είναι ένα σύνολο ηλεκτρονικώνυπολογιστών και περιφερειακών συσκευών

ενωµένων µεταξύ τους κατά τέτοιο τρόπο ώστε ναµπορούν να επικοινωνούν


29

∆ίκτυα Η/Υ∆ΙΑΜΟΙΡΑΣΜΟΣ

ΠΟΡΩΝ•∆ιαµοιρασµόςεφαρµογών

•∆ιαµοιρασµόςυλικού

•∆ιαµοιρασµόςαρχείων

Κοινή χρήσηαρχείων απόκάποιον άλλοΗ/Υ τουδικτύου

Κοινή χρήσητον συσκευώνπ.χ εκτυπωτή

Εφαρµογές υψηλούκόστουςµοιράζονται στοδίκτυο σαρωτή κ.α


30

Ταξινόµηση ∆ικτύων (ως προς τηνγεωγραφική κάλυψη)

•Τοπικό δίκτυο (local area network-LAN)•Ενσύρµατα δίκτυα µε µέγιστο µήκος

καλωδίωσης τα 100 km

•Μητροπολιτικά δίκτυα (metropolitan area network-MAN ) •Από 100 ως 200 km τα οποία τείνουν νααφοµοιωθούν από τα υπόλοιπα δίκτυα

•∆ίκτυα ευρείας περιοχής(wide area network)•∆ιεθνή δίκτυα από 200 km και άνω


31

Τοπολογίες ∆ικτύωνΑστέρας (star)Υπάρχει ένας κεντρικόςυπολογιστής στον οποίονσυνδέονται οι υπόλοιποιυπολογιστές του δικτύου.

∆ακτύλιος (ring)Όλοι οι υπολογιστές είναισυνδεδεµένοι σε έναν πλήρηκλειστό δακτύλιο.

∆ίαυλος (bus)Όλοι οι υπολογιστές συνδέονταικατά µήκος ενός κεντρικούαγωγού.


32

Κατηγορίες Υπολογιστών

• Μεγάλοι Υπολογιστές(Mainframes)

• Μεσαίοι Υπολογιστές(Mini Computers - Work Stations)

• Μικροϋπολογιστές(MicroComputers - PCs)

Kef3

Documents

Transcript of Kef3