Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
μ Ρομπότ: προσθήκη σήμανσης επαληθευσιμότητας |
Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας |
||
Γραμμή 1:
{{χωρίς παραπομπές}}
[[Αρχείο:80486dx2-large.jpg|thumb|220px|Μεγέθυνση του μικροεπεξεργαστή Intel 80486DX2 κατά την κατασκευή του (πραγματικό μέγεθος: 12×6.75 mm).]]
Η '''Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ''' ([[αγγλική γλώσσα|αγγλικά]]: Central Processing Unit - '''CPU'''), είναι το κεντρικό εξάρτημα που επεξεργάζεται [[δεδομένα]] σε έναν [[ηλεκτρονικός υπολογιστής|ηλεκτρονικό υπολογιστή]], ελέγχει τη λειτουργία του και εκτελεί βασικές λειτουργίες διασύνδεσης και μεταβίβασης εντολών. Αν η ΚΜΕ αποτελείται από ένα μόνο [[ολοκληρωμένο κύκλωμα]]
Οι επεξεργαστές δεν σχετίζονται αποκλειστικά με τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές καθώς πλέον ενσωματώνονται και σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές όπως [[κινητό τηλέφωνο|κινητά τηλέφωνα]], [[Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή|ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές]], βιντεοκάμερες, κονσόλες ηλεκτρονικών παιχνιδιών και άλλα. Για την ακρίβεια, επεξεργαστές ενσωματώνονται σε κάθε είδους συσκευή στην οποία απαιτείται ύπαρξη υπολογιστικής ικανότητας.
Γραμμή 10:
=== Λυχνίες κενού ===
[[Αρχείο:Edvac.jpg|thumb|220px|Ο [[EDVAC]] σχεδιάστηκε ώστε να εκτελεί αποθηκευμένα προγράμματα.]]
Η πρώτη γενιά ηλεκτρονικών υπολογιστών κατασκευαζόταν με λυχνίες κενού. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές υπερτερούσαν σε ταχύτητα υπολογισμών έναντι της προηγούμενης γενιάς μηχανικών υπολογιστών, αλλά υστερούσαν σε αξιοπιστία. Κύρια αιτία της χαμηλής αξιοπιστίας ήταν οι λυχνίες, που παρουσίαζαν μεγάλο πρόβλημα υπερθέρμανσης με αποτέλεσμα οι υπολογιστές να καταρρέουν πολύ συχνά.
Γραμμή 24 ⟶ 25 :
=== Ολοκληρωμένα κυκλώματα ===
[[Αρχείο:IBM360-65-1.corestore.jpg|thumb|220px|Η κονσόλα χρήστη ενός υπολογιστή System/360, διακρίνονται οι καταχωρητές και οι διακόπτες.]]
Το [[ολοκληρωμένο κύκλωμα]] (''integrated circuit'', ''IC''), ή "τσιπ" (''chip'') όπως συχνά αναφέρεται, επιτελεί μια ολοκληρωμένη διαδικασία, με την έννοια ότι δέχεται δεδομένα και επιστρέφει αποτελέσματα. Κατασκευάζεται πάνω σε ένα μικροσκοπικό κομμάτι [[Πυρίτιο|πυριτίου]], που ως [[ημιαγωγός]], μπορεί να ενθυλακώσει την λειτουργία των τρανζίστορ, των [[ηλεκτρική αντίσταση|αντιστάσεων]] και των [[αγωγός|αγωγών]] ώστε αυτά να μην κατασκευάζονται πλέον ξεχωριστά. Πολλά τρανζίστορ κατασκευάζονται με ευκολία πάνω σε μια λεπτή επιφάνεια πυριτίου ενώ τα κυκλώματα δημιουργούνται με την μέθοδο της [[επιμετάλλωση]]ς. Αρχικά μόνο βασικά κυκλώματα, όπως οι [[Πύλη NOR|πύλες NOR]], κατασκευάζονταν σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι επεξεργαστές που κατασκευάστηκαν με απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα κατατάσσονται ως συσκευές με μικρή κλίμακα ολοκλήρωσης.
Γραμμή 41 ⟶ 43 :
Οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές ακολουθούν μια απλοποιημένη μορφή της [[Αρχιτεκτονική φον Νόιμαν|αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν]]. Συνδυάζουν την Αριθμητική και Λογική μονάδα με την μονάδα ελέγχου δημιουργώντας την ΚΜΕ, και τις μονάδες εισόδου και εξόδου σε μια μονάδα εισόδου/εξόδου (Ε/Ε). Επομένως κάθε σύγχρονο υπολογιστικό σύστημα, αποτελείται από τρία μέρη, την ΚΜΕ, την μνήμη και την μονάδα Ε/Ε.
Η ΚΜΕ αποτελείται από τρία κύρια τμήματα.
* '''Καταχωρητές''' (''Registers''): Μικρά κύτταρα μνήμης στο εσωτερικό του επεξεργαστή, που χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων, καθώς αυτά υφίστανται επεξεργασία. Μερικοί καταχωρητές έχουν ειδική λειτουργία.
:* Απαριθμητής προγράμματος (''program counter''): περιέχει την διεύθυνση της επόμενης εντολής που θα ανακτηθεί από την μνήμη για να εκτελεστεί.
:* Καταχωρητής εντολών (''Instruction register''): αποθηκεύει τον κωδικό λειτουργίας της εντολής πριν αποκωδικοποιηθεί από την ΚΜΕ.
Γραμμή 71 ⟶ 74 :
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.
== Σχεδιασμός και υλοποίηση ==
[[Αρχείο:MOS 6502AD 4585 top.jpg|thumb|left|[[MOS Technology 6502|MOS 6502]] μικροεπεξεργαστής των 8 bit.]]
Η ΚΜΕ είναι το βασικό τμήμα ενός υπολογιστικού συστήματος και γι' αυτό ο σχεδιασμός και η λειτουργία της επηρεάζει το σύστημα στο σύνολό του.
Γραμμή 84 ⟶ 86 :
=== Δίαυλος συστήματος ===
[[Αρχείο:Computer System.png|thumb|κόκκινο: δίαυλος διευθύνσεων<br /> μπλε: δίαυλος δεδομένων<br /> πράσινο: δίαυλος ελέγχου.]]
Οι δίαυλοι είναι αγωγοί που ομαδοποιούνται σύμφωνα με την λειτουργία τους. Αν για παράδειγμα ένας δίαυλος είναι 32-bit σημαίνει ότι έχει 32 ξεχωριστούς αγωγούς, καθένας από τους οποίους μεταφέρει ένα [[bit]] δεδομένου. Υπό αυτήν την έννοια, ο [[δίαυλος συστήματος]] αποτελείται από ένα σύνολο ξεχωριστών διαύλων, ταξινομημένους σύμφωνα με την λειτουργία τους. Οι δίαυλοι αυτοί είναι ο δίαυλος διευθύνσεων, ο δίαυλος δεδομένων και ο δίαυλος ελέγχου. Ο [[δίαυλος δεδομένων]] μεταφέρει δεδομένα μεταξύ των μονάδων του υπολογιστικού συστήματος. Το μέγεθός του καθορίζει πόσα bit μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα αλλά και το εύρος των αριθμών που μπορεί να χειριστεί ο επεξεργαστής. Ο επεξεργαστής [[Intel 8088]], με δίαυλο δεδομένων των 8 bit, κατηγοριοποιείται ως οκτάμπιτος επεξεργαστής και μπορεί να χειριστεί 2<sup>8</sup> = 256 αριθμούς.
Γραμμή 91 ⟶ 94 :
=== Χρονισμός ρολογιού ===
[[Αρχείο:Clock palm.png|thumb|left|300px|Ο παλμός του ρολογιού συστήματος.]]
Οι περισσότερες κεντρικές μονάδες επεξεργασίας είναι [[σύγχρονο κύκλωμα|σύγχρονες]] συσκευές. Είναι δηλαδή σχεδιασμένες να λειτουργούν σύμφωνα με ένα ηλεκτρικό σήμα συγχρονισμού, που ονομάζεται σήμα ρολογιού. Το ρολόι είναι ένας ηλεκτρικός τετραγωνικός παλμός που εκπέμπεται από τον δίαυλο ελέγχου και εναλλάσσεται [[Περιοδική κίνηση|περιοδικά]] μεταξύ μηδέν και ένα. Ο χρόνος που χρειάζεται το ρολόι για να μεταπηδήσει από το μηδέν στο ένα και πίσω στο μηδέν, ονομάζεται περίοδος ή κύκλος του ρολογιού. Η [[συχνότητα]] με την οποία γίνεται αυτή η εναλλαγή ονομάζεται συχνότητα ρολογιού. Η συχνότητα μετριέται σε Hertz (Hz) ενώ ο κύκλος, που είναι αντίστροφο μέγεθος της συχνότητας, μετριέται σε δευτερόλεπτα. Ο κύκλος ρολογιού είναι το μικρότερο χρονικό διάστημα στο οποίο μπορεί να συμβεί μια λειτουργία. Κάποιες λειτουργίες εκτελούνται σ' έναν κύκλο ρολογιού ενώ κάποιες άλλες χρειάζονται περισσότερους κύκλους.
Γραμμή 100 ⟶ 104 :
=== Σωλήνωση ===
[[Αρχείο:Four level Pipelining.png|thumb|left|250px|Σωλήνωση τεσσάρων επιπέδων.]]
Όλοι οι σύγχρονοι επεξεργαστές χρησιμοποιούν την τεχνική της σωλήνωσης για την εκτέλεση των εντολών. Η σωλήνωση εκμεταλλεύεται τα στάδια κάθε εντολής, και επιτρέπει έτσι στον επεξεργαστή να εκτελεί πολλές εντολές παράλληλα. Αν η κάθε εντολή διασπάται σε τέσσερα επίπεδα, όπως αναφέρεται πιο πάνω, τότε ο επεξεργαστής μπορεί κάθε χρονική στιγμή να εκτελεί επίπεδα από τέσσερις εντολές, μειώνοντας έτσι σημαντικά τον συνολικό χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος. Σε μια σωλήνωση τεσσάρων επιπέδων η εξοικονόμηση χρόνου μπορεί να φτάσει μέχρι και 56% της αντίστοιχης σειριακής επεξεργασίας. (δείτε αναλυτικά το διπλανό διάγραμμα).
Γραμμή 108 ⟶ 113 :
== Βιβλιογραφία ==
* Αθ. Τσουρόπλης & Κ. Κλημόπουλος, Εισαγωγή στην Πληροφορική, Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών, 2005, ISBN 960-8105-84-6.
* William Stallings, Οργάνωση & Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, Εκδόσεις Τζίολα, 2003, ISBN 960-418-008-8.
* [[Άντριου Τανενμπάουμ|Andrew S. Tanenbaum]], Σύγχρονα Λειτουργικά Συστήματα, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2007, ISBN 960-209-586-5.
== Δείτε επίσης ==
Γραμμή 134 ⟶ 139 :
== Εξωτερικοί σύνδεσμοι ==
{{commonscat|Microprocessors}}
;Σχεδιαστές μικροεπεξεργαστών
|