ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ & ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ & ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή

Ιεραρχική Υλοποίηση Εφαρμογών & Σχεδίαση Υπολογιστών

Αρχιτεκτονική Υπολογιστή (1/2) Αρχιτεκτονική: χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα & ορατά στο χρήστη (προγραμματιστή) για τη χρήση της μηχανής Σύνολο εντολών–Υποστηριζόμενες λειτουργίες (ADD, SUB, LOAD, …) Οργάνωση & ιεραρχία μνήμης (καταχωρητές, cache, κύρια, εξωτερική) Μέθοδοι διευθυνσιοδότησης για προσπέλαση μνήμης (Κατευθείαν, Άμεσος, Έμμεσος, ….)

Αρχιτεκτονική Υπολογιστή (2/2) Αρχιτεκτονική: χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα & ορατά στο χρήστη (προγραμματιστή) για τη χρήση της μηχανής Εύρος λέξης δεδομένων (8, 16, 32, 64, 128 bit) Αναπαράσταση δεδομένων – Αριθμητική (1’s or 2’s complement) Εύρος λέξης διευθύνσεων (μέγεθος άμεσα προσπελάσιμης κυρίας μνήμης) Μηχανισμοί διαχείρισης εισόδου/εξόδου (Interrupts, DMA, …)

Δομή & Οργάνωση Υπολογιστή (1) Δομή & Οργάνωση Υπολογιστή (1) Η δομή αναφέρεται στις κυκλωματικές μονάδες και τις διασυνδέσεις αυτών που υλοποιούν τις αρχιτεκτονικές προδιαγραφές Κυκλώματα επεξεργασίας δεδομένων Υπάρχει κύκλωμα πολλαπλασιαστή ή γίνεται χρήση διαδοχικών προσθέσεων ? Κυκλώματα διασύνδεσης (Buses) Κυκλώματα & σήματα ελέγχου Μνήμες (Ιεραρχία – καταχωρητές ,cache, κύρια, εξωτερική μνήμη) Η οργάνωση: αλληλεπίδραση και διαχείριση των μονάδων

Οργάνωση Υπολογιστή – Ανώτερο Επίπεδο Computer Peripherals Central Processing Unit Main Memory Computer Systems Interconnection Input Output Communication lines

Η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Computer Arithmetic and Login Unit Registers I/O System Bus CPU Internal CPU Interconnection Memory Control Unit

H Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) CPU Sequencing Login ALU Control Unit Internal Bus Control Unit Registers and Decoders Registers Control Memory

Δομή και Οργάνωση ενός Τυπικού Προσωπικού Υπολογιστή

Αρχιτεκτονική & Οργάνωση Οι κατασκευαστές προσφέρουν μια οικογένεια υπολογιστών με την ίδια αρχιτεκτονική που διαφέρουν στην οργάνωση Η διαφορά στην οργάνωση συνιστάται στα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται Νεότερα μοντέλα έχουν πιο εξελιγμένα και ταχύτερα κυκλώματα με υψηλότερο κόστος Παραδείγματα: Οι οικογένειες x86 της Intel, System/370 της ΙΒΜ Η ύπαρξη της ίδιας αρχιτεκτονικής εξασφαλίζει την συμβατότητα των προγραμμάτων !!!

Ιεραρχική Περιγραφή Λόγω της υψηλής πολυπλοκότητας η περιγραφή ενός υπολογιστή είναι εξαιρετικά δύσκολή Ο Pentium IV αποτελείται από 100Μ transistors Η ιεραρχική περιγραφή είναι το μέσο για την κατανόηση της λειτουργίας αλλά και το σχεδιασμό Ένα ιεραρχικό σύστημα είναι ένα σύνολο συσχετιζόμενων υποσυστημάτων που το κάθε ένα έχει τη δική του ιεραρχία Από πάνω προς τα κάτω (Top-down hierarchy) Από κάτω προς τα πάνω (Bottom-up hierarchy)

Δομή & Λειτουργία Ιεραρχικού Επιπέδου Σε κάθε επίπεδο της ιεραρχίας ο σχεδιαστής ή προγραμματιστής ασχολείται με τη δομή και λειτουργία του συγκεκριμένου επιπέδου Δομή: είναι τρόπος με τον οποίο διασυνδέονται οι υπολογιστικές υπομονάδες Λειτουργία: είναι η λειτουργία κάθε μονάδας χωριστά

Λειτουργία Οι λειτουργίες που επιτελεί ένα υπολογιστικό σύστημα είναι: Επεξεργασία δεδομένων (Data processing) Αποθήκευση δεδομένων (Data storage) Μετακίνηση δεδομένων (Data movement) Έλεγχο (Control)

Απεικόνιση Λειτουργίας

Μετακίνηση Δεδομένων

Αποθήκευση Δεδομένων

Επεξεργασία και αποθήκευση Δεδομένων

Επεξεργασία και επικοινωνία με το εξωτερικό περιβάλλον (I/O)