Arvutid konspekt (0)

• Kombinatsioonskeemid ja järjestiskeemid.

Kõikides arvutites kasutatavad loogikaskeemid kuuluvad kahte suurde klassi. 3. võimalust ei ole.
Kombinatsioonskeemid on sellised loogikaelementidest koostatud skeemid , millel ei ole mälu omadusi. Nad kirjelduvad loogikafunktsioonidega, milles ei ole aja parameetrit. Teades hetke sisendit, saame arvutada samal hetkel väljundite väärtused vastava loogikafunktsiooni abil. Ei ole oluline, millised olid sisendite väärtused varasematel hetkedel. Kui väljundeid on mitu, siis on iga väljundi jaoks eraldi funktsioon.
Järjestikskeemid on sellised loogikaelementidest koostatud skeemid, millel on mälu omadused. See tähendab, et kõnealusel hetkel on väljundite väärtuste määramiseks vaja teada väljundite väärtusi ka eelnevatel hetkedel. Sel juhul sisaldab olek infot eelnevate hetkede väljundite väärtuste kohta. Sünkroonsel skeemil on spetsiaalne taktsisend, mis määrab üleminekuaja ühest olekust teise. Asünkroonsel järjestikskeemil toimub üleminek ühest olekust teise mõne sisendi väärtuse muutudes. Oluliselt rohkem kasutatakse sünkroonseid skeeme , sest väärtuste muutmist on lihtsam juhtida ja jälgida. Järjestikskeemi sisemist struktuuri võib vaadelda kahe osana . Funktsioonid, mis määravad väljundute väärtused olenevalt selle hetke sisendite väärtustest ja olekust ning funktsiionid, mis määravad uue oleku olenevalt varasemast olekust.

• Summaator: järjestik, paralleel ja kiire ülekanne.

Summaator on kombinatsioonskeem, mis on ette nähtud kahendarvude aritmeetiliseks summeerimiseks. Kahendarvud on jagatud järkudeks ning kahendarvude liitmisel saadakse tulemus, mis koosneb sammuti järkudest. Summatori loogikaskeemi saamiseks tuleb vaatada vaid ühte järku. Kui teha loogikaskeem ühe järgu jaoks, siis saab ühejärgulisi skeeme kokku ühendades teha n-järgulise summaatori. Summaatori sisenditeks on liidetavad ai ja bi ning ülekanne nooremast järgust ci-1. Väljunditeks on resultandi i-järks Si ja üleminek vanemasse järku Ci. S = a
b
c
C = ab | ac |bc
Järjestiksummaator
Paralleelülekandega summaator. Suure järgulisuse korral võib järjestiksummaatori probleemiks olla kiirus, sest ülekanne levib läbi kõigi summaatorite. Kõigis summaatorites akumuleeruv viide võib muuta töö liialt aeglaseks ning piirata arvuti taktsagedust. Paralleelülekande puhul arvutatakse viide igas järgus eraldi funktsioonina ainult sisenditest.
C0 C1 = a0b0 + (a0 + b0)c0 C2 = a1b1+ (a1+b1)c1= a1b1 + (a1+b1)a0b0 + (a1+b1)(a0+b0)c0
Võib ette kujutada, kui pikk on viimase järgu avaldis 64-järgulise arvu korral ning kui suur on teda realiseeriva loogikaskeemi maht. Paralleelülekande korral hakkab riistvara maht kasvama väga kiiresti ja suurema järgulisuse korral ei saa paralleellülekannet kasutada.
Kiire ülekanne on kõige levinum ülekande meetod. Tegemist on järjestik ja paralleel ülekannete kompromislahendusega. Toome uue tähistus Gi = Ai*Bi ülekande genereerimine ja Pi = Ai|Bi ülekande levik.
C0, c1 = g0 + p0c0 , c2 = g1 + p1g0 + p1p0c0, c3 = g2 + p2g1 + p2p1g0 + p2p1p0c0
Seejuures realiseerib kiire ülekande skeem veel kaks funktsiooni, mis näitavad ülekande genereerimist G või levikut P läbi neljajärgulise summatori. G= g3+p3g2+p3p2g1+p3p2p1g0, P=p3p2p1p0. Selliseid neljajärgulisi grupe saab samasuguste kiirete ülekande skeemide abil kokku ühendada ja laiendada järgulisust. Näitks 16 järgulise summaatori jaoks oleks vaja 5 sellist ülekande skeemi ja 16 ühejärgulist summaatorit.

• Dekooder.

Dekooder on ette nähtud kahendarvude dekodeerimiseks. Dekoodril tehakse kindlaks, milline on sisendkood. Igale võimalikule sisendkoodile vastab dekoodris üks väljund ja järlikult on dekoodril n sisend korral 2n väljundit. Väljund on unitaarkood (1-ou-of 2) kood. Unitaarkood on selline, kus on ainult 1 1. Lisaks on juhtsisend E mis, lubab või keelab dekodeerimist.
C
B
A
E
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
X
X
x
0
0
0
0
0
0
0
0
0

• Multipleksor, demultipleksor.

Multipleksor on andmekommutaator, mis võimaldab edastada loogilise väärtuse mitmest sisendist ühte väljundisse. Sisendi valikuks on juhtsisendid S0, S1 jne. Tavaliselt on n juhtsisendi kohta 2n andmesisendit. Multipleksorit võib vaadelda funktsioonaalselt kui lülitit, aga arvestada tuleb et info liigub ainult ühes suunas. Lülitit seal loomulikult ei ole, sest mikroskeemides seda ei realiseerita. Tegelikult juhitakse sisendi väärtusega väljundi väärtust. Kui multipleksoril on 4 andmesisendit siis öeldakse, et tegemist on neli-ühte multipleksor. Väiksemate multipleksorite baasil saab alati realiseerida suuremaid . Multipleksor võimaldab realiseerida suvalisi loogikafunktsioone. ˇ
Demultipleksor on andmekommutaator, milllel on 1 andmesisend ja mitu andmeväljundit. Vastavalt juhtsisenditele juhitakse andmesisend ühte väljundisse.

• Aritmeetika-loogika seade (ALU).

ALU on kombinatsioonskeem, mis teeb teatud hulka aritmeetika ja loogikafunktsioone. Need on baasoperatsioonid , mida tehakse protsessoris otse riistvaras. Näiteks liitmine ja lahutamine aritmeetika poolelt ja EI JA VÕI loogika poolelt. Eeldame, et meil on võrdselt aritmeetika ja loogikafunktsiooni. Tabelis määrab M kas tegemist on aritmeetika või loogikareziimiga ning konkreetse funktsiooni määravad valiku sisendite väärtused. ALUl on andmesisendid, mis on üldjuhul k-järgulised. Operandid a ja b ning resultaat Y on k-järgulised kahendarvud. Iga operatsiooni jaoks on ALUs oma loogikaskeem. ALU on kombinatsiooniskeem, ehk mälu puudub. Kui juhtsisendi ja valiku sisenditega on operatsioon valitud, siis loogikaskeemi väljund määrab kogu ALU väärtuse. Operatsiooni valikuks kasutatakse multipleksorit. Kõigi järkude realiseerimiseks on identsed loogikaskeemid ja järgulisuse suurendamiseks tuleb neid lihtsalt paralleelselt omavahel ühendada. Kahejärgulise nelja operatsiooniga ALU jaoks on vaja kahte 4-1 multipleksorit. Iga lisanduva järgu jaoks on vaja täiendavat 4-1 multipleksorit.

• Võrdlusskeem

Võrdlusskeem on ette nähtud kahendarvude võrdlemiseks. Olgu meil kahejärgulised kahendarvud A ja B. Väljund G näitab et A on suurem kui B, L näitab et B on suurem ning E näitab et A ja B on võrdsed. Kasutades kahejärgulisi võrdlusskeeme saame võrrelda suvalise järgulisusega kahendarve.

• Trigerid

• Registrid.

Tihti on vaja arvutis opereerida info edastamisel või andmete töötlusel bittide asemel sõnadega(baidid, 16järku 32järku). Sellisel juhul on meil vaja tervet rühma trigereid , sest üks triger salvestab ühe biti. Register on defineeritud kui rühm ühise juhtimisega trigereid. Minimaalselt tähendab see ühist sünkroniseerimist. Peale kahendsõna(hulk bitte ) võib olla registril ka muid operatsioone(algväärtuse asetud, mitme infoallika valik, nihe jne) , kuid sünkroniseerimine on alati oluline, millega määratakse kõigile trigeritele ühiselt info salvestamise aeg.
Nihkeregister on register, milles on võimalik kaheninformatsiooni ühes või mõlemas suunas nihutada. Ehk liigutada bitte vasakule ja paremale. Nihkeregistrit, mis võimaldab nihet mõlemas suunas nim. Reversiivseks nihkeregistriks. Nihet kasutatakse näiteks info teisendamisel paralleelkujult järjestikkujule ja vastupidi. Matemaatikas tähendab nihe arvu jagamist ja korrutamist arvusüsteemi alusega. Ringnihe tähendab, et bitid ei lähe kaduma vaid ringi algusesse. Struktuurilt kujutab nihkeregister endast järjestikku ühendataud trigereid, kus ühe väljund on ühendatud teise sisendiga. Nihkeregistreid võid koostada kõigi trigeritüüpide baasil. Nihkeregistritel võib sammuti olla asetussisend(nullimine v muu algkood).
Paralleellaadimisega nihkeregister. Tihti on nihkeregistritel ka paralleellaadimise võimalus, siis võib alguväärtuse kanda registrisse paralleelkoodis. Ilma selle võimaluseta saab sinna kanda väärtuse vaid järjestiksisendi kaudu sissenihutades. Sama sünkrosignaaliga juhitakse nii nihet kui ka paralleelset sissekannet. Sellepärast peab arvestama, et PL-sisendi muutus ei oleks ajaliselt liialt lähedal sünkrosignaali tagafrondile, et vältida ebakorrektset ajastust. Paralleellkujult järjestikkujule teisendamisel kantakse info paralleellaadimise sisendite kaudu nihkeregistrisse ja sealt nihutatakse info järjestikkujul bitthaaval välja.

• Loendurid

Protsessor :

• Käsu täitmine protsessoris.

Kogu käsu täitmise võib kokku võtte ühe tsüklina, mida nimetatakse ka von Neumanni tsükliks. See tsükkel näitab käsu täitmist von Neumann tüüpi arvutis.
Alustades käsukoodi laadimisest, saadetakse käsuloenduri sisu mälu aadressiregistrisse, modifitseeritakse käsuloenduri väärtus, et see sisaldaks järgmise käsu aadressi. Seejärel laetakse käsukood mälust käsuregistrisse. Käsukood dekordeeritakse. Seejärel genereerib juhtautomaat käsu täitmiseks terve rea juhtsignaale, mis näiteks kommuteerivad ALU sisenditesse läbi multipleksorite registermälu operandid. Juhtautomaat valib ka ALU operatsiooni ja kommuteerib ALU väljundisse registri, kuhu läheb tulemus. Iga käsu täitmiseks on oma individuaalne elementaartegevuste jada. See tähendab, et dekodeerimisele järgneb hargnemine, kus igas harus genereeritakse juhtsignaalid, mis on vajalikud just konkreetse käsu täitmiseks.

• Protsessori üldstruktuur (käsuloendur, käsuregister, käsudekooder, juhtautomaat, operatsioonautomaat).

Operatsiooniautomaat tegeleb andmete vahetu teisendamisega. See koosneb ALUst, registermälust ja ALU juurde kuuluvast lippude registrist. Registermälu on väga kiire protsessori sagedusel töötav mälu, vahetult teisendavate operandide, vahetulemuste ja lõpptulemuste salvestamiseks. Kiire mälu on väga kallis ja sellepärast on ta väikesemahuline. Mõne käsu täitmisel võivad operandid läbida ALU korduvalt. Ntks jagamist saab teha nihutamise ja liitmise abil. Lippude registris säilitatakse info ALUs tehtud operatsioonide tulemuste kohta. Kuna ALUl puudub mälu siis eelnevate tulemuste säilitamiseks kasutatakse lippude registrit.
Juhtautomaadi ülesandeks on käsu täitmise juhtimine vajalikke juhtsignaale nii protsessori teistele komponentidele kui ka kogu arvutile väljastades. Käsu täitmine koosneb mitmetest etappidest, mida käivitavad juhtautomaadist tulevad juhtsignaalid.
Käsuloendur on järjehoidja , mis näitab alati järgmisena täitmisele tuleva käsu asukohta mälus. Loendurit kasutatakse sellepärast, et sellele on lihtne liita +1 ja panna see osutama järgmisele käsule. Käsuloendur sisaldab alati järgmise täitmisele tuleva käsu aadressi. Järgmise käsu aadress on vajalik näiteks katkestuste korral ja alamprogrammi poole pöördumisel, et fikseerida tagasipöörde aadress järgmise käsu juurde.
Käsuregister. Kui protsessor väljastab käsuloendurist addressi ja loeb selle järgi mälust käsukoodi siis salvestatakse see käsuregistrisse. Käsuregistri väljundisse on ühendatud dekooder. Dekoodri väljundis on iga sisendkoodi korral aktiivne ainult üks väljund. Käsudekoodril läheb aktiivseks üks väljunditest, mis näitab, millise käsu kood loeti protsessorisse. Kõik käsud sisaldavad käsukoodi. Käsukood sisaldab infot selle kohta, mida peab protsessor tegema ja kust kohast tulevad operandid ning kuhu tulemus salvestatakse.

• Juhtautomaat : osa käsu täitmisel ja realiseerimine.

Iga käsu täitmine algab üldise osaga, kus loetakse sisse käsukood ja modifitseeritakse käsuloenduri väärtus. Pärast käsukoodi lugemist vastab igale käsule oma haru. Haru valik toimub vastavalt käsukoodi dekodeerimisel saadud infole selle järgi, missugune on täitmisele minev käsk . Mõnede käskude täitmisel on vaja realiseerida mikroprogrammis ka hargnemisi, mis sõltuvad protsessori mõne teise osa seisundist. Meil on algoritm käsu täitmiseks, mis määrab juhtsignaalide väljastamise järjekorra, mis riistvara tasemel juhivad loogikaelemendid. Nüüd tuleb meil siduda algoritmid ja digitaalloogika. Juhtautomaat on käsu täitmise algoritmi riistvaraline realisatsioon loogikaskeemina. Põhimõtteliselt on juhtautomaadi realiseerimiseks 2 võimalust: jäiga loogikaga ja mikroprogrammeeritav.
Jäiga loogikaga juhtautomaat. Jäiga loogika korral realiseeritakse algoritm loogikaskeemina kristalli pinnal ja iga muutus käsusüsteemis tähendab uue loogikaskeemi sünteesi ning uue mikroskeemi valmimist. Algoritmi realiseerimiseks loogiskeemina on vaja teada järgmisi parameetreid:
X1 jne sisendid , millest sõltub, kuidas läbitakse algoritmi. Algoritmi täitmisel määravad tingimuslikud sõlmed erinevate harude valiku. Juhtautomaadis vastavad tingimustele sisendid, mis tulevad protsessori teistest osadest.
Y1 jne väljundid, mis aktiveerivad tegevusi protsessoris ja kogu süsteemis, käivitavad mikrooperatsioone ehk elementaartegevusi arvutis.
A1 jne olekud , ehk info, kus oleme algoritmi täitmisel. Olek kujutab endast algoritmil märgitud punkti, mis näitab kus ollakse parasjagu.
Am=Fü(As,Xi) üleminekute funktsioon,mis määrab millisesse olekusse As me liigume, kui oleme olekus Am ja tuleb sisendväärtuste kombinatsioon Xi. Üleminekute funktsioon määrab algoritmis märgitud punktide vahel liikumise seaduspärasuse.
Yj = Fv(As,Xi) väljundfunktsioon Mealy automaadil määrab väljundväärtuste kombinatsiooni funktsioonina olekust As ja sisendite väärtuste kombinatsioonist Xi. Moore automaadil määratakse väljundfunktsiooniga Y=Fv(As) väljundite väärtuste kombinatsioon funktsioonina olekust As. Moore automaadil sõltub väljund ainult olekust.
Mikroprogrammeeritav juhtautomaat. Kui mikroprogrammi hoitakse püsimälus, siis saab käsusüsteemis teha muudatusi ilma uut loogikaskeemi koostamata. Kogu mikroprogrammi täitmine taandub sõnade lugemisele õiges järjekorras mikroprogrammi sisaldavast püsimälust sõ. Käsuregistris oleva käsukoodi järgi valitakse mikroprogrammi alguse aadress. Edasi valib aadressigeneraator järgmise aadressi püsimälust loetud sõna mõnest väljast ja vajadusel hargnemiste puhul arvestab ka tingimustega. Samuti võimaldavad aadressigeneraatorid programmi täitmisel mõnel juhul liikuda +1 operatsiooniga järgmisele aadressile. Üht osa püsimälust loetud sõnast kasutatakse juhtsignaalide määramiseks.

• RISC ja CISC protsessorid, mikroprogramm.

CISC . Protsessoris on palju käske. Keerukas käsusüsteem realiseeriti mikroprogrammide abil, mismoodustasid kihi käsusüsteemi käskude ja otseselt riistvaras teostatavate tegevuste vahel. Leidub rida käske mida ei ole otstarbekas ALUs realiseerida, CISC realiseerib need mikroprogrammi abil.
RISC . Protsessoris on vähe käske. Käsk tuleb täita ühe taktiga otse riistvaras. Välditakse keerulisi käske. Vähe aadresseerimise viise. Vähe käsuformaate, et kiirendada dekodeerimist. Maksimaalne käikude täitmise kiirus. Ainult lOAD ja STORE meetodid pöörduvad mälu poole. Võimas registermälu. Tõhus andmevahetus alamprogramidega.

• Konveier protsessoris ja mälus

Käsu täitmise protsessoris võib jagada teatud sõltumatuteks etappideks. Näiteks on käsk jagatud neljaks etapiks: 1. Käsukoodi laadimine ja dekodeerimine IF 2. operandide laadimine OF 3. Operatsiooni täitmine ALUs OE. 4. tulemuse salvestamine OS
Eeldades, et iga etapi täitmisel on hõivatud võrreldav hulk riistvara, siis igal taktil on hõivatud vaid 25% protsessorist. Mõistlik oleks koormata kogu protsessori riistvara maksimaalselt. Siin on üks käskude täitmise efektiivsuse tõstmise võimalus, mille on siise toonud RISC ideoloogia, nimelt koveier. Kui etapid oleksid sõltumatud ja ligilähedaselt sama kestvusega, siis saaks peale esimese etapi läbimist liikuda protsessor edasi teise käsu esimese etapi juurde ning esimese käsu 2. etapi juurde. Sedasi on võimalik koormata kogu protsessori riistvara ning tänu käskude paralleelusele ei täideta käske kiiremini vaid keskmiselt ajaühikus rohkem.
Konveieri kasutamine tõstab oluliselt protsessori tootlikkust juhul kui see töötab järjest, ilma ,et konveierit oleks vaja peatada või uuesti käivitada. Parimal juhul ainult, võtab etappide läbimine ühepalju aega. Konveieri tõhusust vähendavad siirdekäsud, operandide laadimine mälust ja andmete ja käskude sõltuvus .
Siirdekäsud: Konveier töötab senikaua hästi kuni pole käske mis realiseerivad programmis hargnemisi. Hargnemise korral tuleb programm uuesti käivitada. Tuleb arvestada võimalusega, et programmi ilma hargnemiseta teha ei saa, kuid mida vähem on vaja konveierit uuesti käivitada seda kiirem on programmi täitmine.
Operandide laadimine mälust: Mälu poole pöördumise aeg on tavaliselt pikem kui teised käsu täitmise etapid ja tavaliselt ei ole selle pikkus prognoositav, sest mälu kasutavad ka teised süsteemi komponendid peale protsessori. Operandide laadimine mälust võib tekitada ressurside konflikti, mis peatab konveieri töö. Sellepärast on otstarbekas realiseerida konveieriga protsessoris ainult selliseid käske, kus operandid on registermälus ja ka tulemus kirjutatakse sinna. RISC seosed.
Andmete sõltuvus: Konveieriga protsessoris tekitab probleeme teineteisele järgnevate käskude andmete sõltuvus. Kui teine käsk kasutab esimeses käsus kasutatud registreid siis konveier peab seisma ning ootama esimese käsu lõpule viimist .

• Siirete hargnemiste ennustamine. Strateegiad

Protsessorites on tihti eraldi loogikaskeem mis tegeleb hargnemiste ennustamisega, et muuta konveier mõjusamaks uuesti käivitamiste arvelt. Hargnemise ennustamine toimub teatud statistiliste kriteeriumite järgi ja ei saa anda alati õiget tulemust, kuid siiski suudab vähendada konveieri uuesti käivitamise vajaduse tõenäosust. Hargnemine tähendab seda, et järgmise käsu aadressi ei saada käsuloenduri väärtuse suurendamisega ühe võrra, vaid käsuloendurisse laetakse täiesti uus väärtus. Programmis võib hargnemine realiseeruda, kui on siirdekäsk sest teised käsud käsuloenduri väärtust ei muuda.
3. põhilist strateegiat:
Fikseeritud hargnemiste ennustamine:
Võetakse eelduseks , et hargnemist kunagi ei toimu ja minnakse alati edasi käsuloenduri väärtust ühe võrra suurendades.
Staatiline hargnemiste ennustamine:
Varem on tehtud käskude analüüs. Eri tüüpi käskude jaoks on vaja teha erinev ennustus . Ntks tingimusteta siirdekäskude juures eeldatakse hargnemist, tingimuslike juures ei eeldata, tsükli käskude juures, alamprogrammi poole pöördumise ning tagasipöördumise juures eeldatakse hargnemist. Hinnanguline õige 82%.
Dünamiiline hargnemiste ennustamine:
Jälgitakse pidevalt programmi täitmise kulgu , Igas olekus 2 bitti . Vasakpoolne näitab ennustust: 1- tuleb siire 0-ei tule siiret. Parem näitab eelmise siirde tulemust: 0 – ei tulnud siiret, 1-tuli siire. Sedasi saab vale ennustuse teha kahel korral, mille järel muudetakse ennustust. Hinnaguline 90%

• Vahemälu ( Cache ) organiseerimine: otsevastavusega, assotsiatiivne ja kogumassotsiatiivne.

Pöördumine mälu poole on protsessori töökiirusega võrreldes väga aeglane. Mälu mis töötaks protsessesori taktsagedusel oleks vajaliku mahtude juures liiga kallis. Aeglase põhimälu poole pöördumine tekitab olukorra, kus kiire protsessor peab ootama andmete ja käskude saamist põhimälust. Lahenduseks on vahemälu, kus hoitakse sagedamini kasutatavat osa programmist. Vahemälu on kiire kuid väikesemahuline. Alati on võimalik vahemälus mõni osa asendada teise infoga põhimälust. Vahemälus asendatav info säilib alati põhimälus ja seda saab sealt alati vajadusel laadida.
Vahemälu organiseeimine:
Otsevastavusega vahemälu on üks lihtsamaid vahemälu organiseerimisviise. Infot loetakse mälust plokkidena. Mälu on jagatud segmentideks, millest igaüks sisaldab teatud hulga plokke. Otsevastavusega vahemälus sisaldab aadress seega segmendi aadressi, ploki aadressi ja sõna aadressi. Vahemälus on igal plokil oma koht. Plokk võib kuuluda ükskõik millisesse segmenti . Selleks, et kindlaks määrata segment on segmendi juures number. Vajalikust segmendist vajaliku ploki olemasolu kontroll on otsevastavusega vahemälus väga lihtne. Ploki koht on fikseeritud ja seal võrreldakse segmendi numbrit. Kokkulangemise korral otsitakse sõna aadressi järgi plokist üles vajalik sõna. Adresseerimine on lihtne ja ka suhteliselt odav aga probleeme tekib tsüklitega. Tsüklite puhul võib tekkida vajadus pöörduda suurel hulgal kordadel põhimälu poole, mis vähendab vahemälu mõjusust.
Assotsiatiiivne vahemälu ei ole jagatud segmentideks. Aadress koosneb kahest osast, ploki aadress ja sõna aadress. Assotsiatiivse vahemälu puhul võib vahemälus olla ükskõik milline plokk põhimälust. Plokid ei ole järjestatud, nii nagu otsevastavuses. Kui protsessor pöördub mõne ploki poole siis pole teada, kas ta on vahemälus ja kui on siis kus ta asub. Assotsiatiivmälu on selline mälu, kus pöördumine sõna poole ei toimu aadressi järgi vaid sõna ühe osa sisu järgi. Soovitakse leida sõna teis osa või aadressi. Sõna sisu järgi otsimine toimub väga kiiresti sest sõnu otsitakse läbi paralleelselt. Sel juhul on protsessori aadressist teada, millise ploki poole protsessor pöördub ja kontrollitakse kas kuskil vahemälus on selline aadress. Kui on siis saadakse juba vajalik sõna. Kui ei siis pöördudakse põhimälu poole. Põhimälu poole pöördumisi on vähe, kuid assotsiatiivmälu on väga kallis. Ploki asendamisel kasutatakse kontrollerit, kasutusel on erinevad strateegiad. Kõige vähem, harvem, kõige kauem olnud, juhuslik, rotatsioon .
Kogumassotsiatiivne vahemälu on kompromiss kahe eelneva vahel. Kogumassotsiatiivne vahemälu ei ole midagi muud kui hulk paralleelselt töötavaid otsevastavustega vahemälusid. Näiteks kahe kanaliga(two-way) km vahemälus on nullindatele plokkidele kaks kohta eri segmentides ja esimestele plokkidele sammuti 2 kohta eri segmentides. Selline on levinum vahemälu organiseerimise viis. Tihti kasutatakse ka 4 kanaliga või 6 kanaliga km vahemälusid.
Mälud :

• Mälude klassifikatsioon.

Arvuti mälu klassifikatsioon haarab kõiki arvutis kasutatavaid mälutüüpe. Mälud võib jagada suvapöördusmäludeks ja jadapöördusmäludeks. Suvapöördusmälud (RAM) on sellised mälud, kus suvalise sõna poole pöördumine võtab sama ühesuguse aja sõltumata tema asukohast mälus. Jadapöördusmäludes(SAM) sõltub sõna poole pöördumise aeg selle asukohast mälus. RAM jaguneb valmistamise tehnoloogia järgi omakorda pooljuhtmäludeks ja magnetmäludeks. Magneetilised RAM-i mälud on oma tähtsuse kaotanud, kuid kunagi kasutati just ferriitrõngastest koostatud kuupe arvuti põhimäludena. Pooljuhtmälud on valmistatud pooljuhtidest, kasutades mikroskeemide valmistamise tehnoloogiat. Need jagunevad säilivateks ja mitte säilivateks. Mittesäilivatest mäludest kaob info kui toide on välja lülitatud. SAMi mälud jagunevad magnetilisteks ja optilisteks. Eri sõnade poole pöördumise aja erinevuse põhjuseks on vajadus positsioneeride lugemise/kirjutamise päid. Osa neist on tänaseks tähtsuse kaotanud.

• Mälu organiseerimine : koostamine mitmest moodulist ja vaheldamine (Interleaving).

Andmeliinide arv määrab tavaliselt sõna järgulisuse mälus. Ühe pöördumisega saab lugeda/kirjutada sõna, mille järgulisus langeb kokku andmeliinide järgulisusega. Oluline probleem on seotud mälu sõnade arvuga mälus. Kogu aadressiliinine abil adresseeritavat mälu mahtu on tehnoloogiliselt võimatu valmistada ühe mäluplokina. Seega tuleb koostada mälu mitmest mäluplokist. See annab võimaluse ka kasutada väiksemat mälumahtu, millile võib vastavalt vajadusele mälu lisada. Mäluplokkide valikuks on kasutatud vanemat aadressijärki a10. 1k mahuga plokidel kasutatakse 10 nooremat aadressijärku sõnade valikuks. Kui a10 = 0 siis tema eitus on 1 ja järelikult on aktiivne ka CS1. Niikaua kui a10 on 0 vastab kõigile kirjutamis /lugemis signaalidele mäluplokk 1. Mälujaotuselt on näha, et kõik aadressid 000 kuni 3FF on mäluplkois 1. Kui aadressi vanim järk a10 = 1 siis vastab mäluplokk 2. 400 – 7FF asuvad mäluplkois 2. Mälu koosneb füüsiliselt kahest mäluplokist aga tarkvara jaoks on tegemist ühe tervikliku mäluga. 4 mäluplokiga on vaja 2 aadressi lisajärku ning dekodeerimisel saadakse mäluploki signaal .
Vaheldamine: Vaheldamata mäludes paiknevad järjestikuste aadressidega pesad samas mäluplokis. Suuremate mälude saamiseks lisatakse mäluplokke, aga järjestikuste aadressidega pesad jäävad endiselt ühe mäluploki sisse. Puuduseks on, et samast mäluplokist saab sõna hakata lugema alles siis kui eelneva sõna lugemine on lõpetatud. Ühes mäluplokis olevate sõnade dekodeerimiseks kasutatakse sama dekoodrit. Mäluplokk a4a3 sõna a2a1a0
Vaheldatud mälus paiknevad järjestikuste aadressidega sõnad eri mäluplokkides. See tähendab, et samaaegselt saab pöörduda nii mitme sõna poole, kui on mäluplokke. Eri mäluplokkides on sõltumatu adresseerimise ja lugemise/kirjutamise riistvara. Vaheldatud mälu võimaldab käivitada konveieri analoogiliselt protsessoriga . Konveieri eelduseks on see, et eri etapid oleksid sõltumatud ja neid saaks teostada samaaegselt. Vaheldatud mälus on need eeldused loodud.Vaheldatud mälust saab lugeda mitu sõna samaaegselt ja kui loetaks järgmisi sõnu, edastatakse MDR registritest igal taktil üks varem loetud sõna. Sõna a4a3a2 mäluplokk a1a0.

• Magnetmäluseadmed.

Magneetiline infosalvestus põhineb magnetmaterjali magnetiseerimises ühes või teises suunas. Õhukese magnetmaterjaliga kaetakse mittemagneetuv alus . Kui algselt on magnetmaterjalis ilma välise magnetväljata doomenid orienteeritud kaootiliselt, siis summaarne magnetväli puudub. Kui aga tekitada magnetväli vooluga juhtmega siis magnetmaterjali sees orienteeruvad magnetdoomenid ühes kindlas suunas. Kui väline magnetväli kaob säilitab osa doomeneid oma orientatsiooni.
Kirjutamiseks kasutatakse lugemis/kirjutamispead, mis on magnetmaterjalist ja mille peal on mähis . Magnetmaterjaliga kaetud alus liigub lugemis/kirjutamispea lähedal. Juhtides mähisesse voolu ühes või teises suunas, tekib vastavasuunaline magnetväli ka l/kpea sees. Magnetjõujooned kaarduvad materjalist välja sinna tehtud pilt tõttu, mis aga omakorda on magnetmaterjali lähedal. Muutes l/kpeas kirjutamisel voolu suunda saame magnetmaterjali eri piirkondi magneetida erinevas suunas.
Lugemisel ei ole võimlik kindlaks teha, millises suunas on üks või teine piirkond magnetiseeritud. Peas ei indutseerita midagi, kui pea on ühes või teises suunas magnetiseeritud, sest siis ei ole muutuvat magnetvälja. Lugemisel indutseerib mähises pinge impulsse ainult magnetvälja muutus. Vool indutseeritakse selles kohas, kus toimub üleminek magneetimise ühelt suunalt teisele ja suund sõltub sellest, millises suunas on magnetvälja üleminek. Seega peab salvestamisel info olema kodeeritud üleminekute kaudu. Selleks leidub erinevaid meetodeid .
Kõvaketas (HDD) kujutab endast paketti pöörlevaid kettaid, mis on jäigast mittemagneetuvast alusest ja ka kaetud väga õhukese magnetmaterjali kihiga . Iga ketta pinna jaoks on oma lug/kir pea. Kõik pead positsioneeritakse koos vastavate ketaste pindadel olevate radade kohale. Kasutatakse tagasisidega süsteemi, kus teatud ketta pinnal oleva spetsiaalse servoinfo järgi häälestatakse pead maksimaalse signaali järgi. Ketaste pindadel kohakuti olevad rajad moodustavad läbi kogu paketi silindri. Rajad jagunevad omakorda sektoriteks. Ketta pind peab olema väga sile, sest pead liiguvad ketta pinnale väga lähedal. Kui pead puudutavad ketast on õhuke magnetmaterjal rikutud ja selvestunud info läinud.

• Optilised mäluseadmed.

CD-ROM. Cd-romi läbimõõt on 12cm . Cd kihid alt üles: polükarbonaatkiht, mis laseb valgust läbi ja moodustab plaadi aluse, valgustpeegeldav kiht( alumiinium , kuld ), kaitsekiht mis on suht õhtuke ning markeering . Info kantakse plaadi pinnale radadena, mille vahekaugus on 1,6m ja mis on 30 väikesemad juuksekarva läbimõõdust. Kokku on 20000 rada kogupikkusega 7km. Kui kõvakettal paiknesid rajad kontsentriliste ringidena siis siin on üks pikk spiraal, mis erinevalt vinüülplaadist algab keskilt. Info salvestatakse süvendite ja põhipinna abil.
Lugemisel kasutatakse valgusallikana laserit, millest saadakse monokroomne valgus. Optilise süsteemi abil juhitakse valgus läbi plaadi aluse valgustpeegeldavale kihile . Kui kiir langeb põhipinnale või süvendi põhja, peegeldub see tagasi ja juhitakse detektorile. Kui laseri kiir langeb põhipinna ja süvendi üleminekule, läbib osa valgust 250nm pikema tee, mis on pool valguse lainepikkusest. Seega põhipinnalt peegeldunud valgus ja süvendist peegeldunud valgus on vastasfaasides ning summutavad teineteist (detektorisse jõuab 10% valgusest). Seda üleminekut loetakse väärtuseks 1. Kuna 2 üleminekut ei saa olla kõrvuti, kasutatakse EFM kodeerimisviisi ( eight to fourteen modulation). Neljateistkümnest bitist piisab et moodusta 256 sellist koodi kus kahe ühe vahel on alati vähemalt 2 nulli. Selleks et ühe koodi viimase ja teise koodi esimese ühe vahele jääks vähemalt 2 nulli, pannakse nende vahele 3 nulli.
CD-R ehk ühekordselt kirjutatav optiline ketas sarnaneb ehituselt CD_ROMile, kuid aluse ja metallikihi vahel on valgustundlikust orgaanilisest materjalist andmekiht. Alusele on pressitud pidev spiraalvage, mille järgi kirjutav seade hiljem kirjutuslaserit positsioneerib(kirjutamiseks kasutatakse intensiivset laserkiirt). Kirjutamisel tekitatakse valgust mittepeegeldavaid alasid, mis ei ole süvendid vaid materjali kerge sulatamisega mittepeegeldavaks muudetud piirkonnad, mis laseri poolt ära tuntakse.
CD-RW ehk ümberkirjutatava optilise ketta andmekihi pind koosneb erilistest keemilistest komponentidest, mis võivad olenevalt temperatuurist oma olekut korduvalt muuta ja säilitada. Laserikiire abil kuumutatakse materjal teatud temperatuuriini ja seejärel jahutatakse, aine kristalliseerub. Kui kuumutame teise temperatuurini ja jahutame võtab aine mittekristalliseerunud oleku. Kui aine on kristalliseerunud peegeldab ta rohkem valgust. Seega peab korduvkirjutamisel kasutama kahte erinevat laserikiire võimsust.

• Erineva pöördus viisiga mälud :FILO, FIFO, assotsiatiivmälu, kahe pordiga mälu. ||||||||||| Pinumälu (stack) realiseerimine ja kasutamine protsessoris.

Pinumälu ( FILO ) on mälu, kus viimasena loetakse välja esimesena salvestatud sõna (FilO First In Last Out). Seejuures hoitakse alles pinumälu osutit ehk viimasena salvestatud sõna aadressi (Top Of Stack TOS). Varem salvestatud sõnu saab lugeda siis, kui hiljem salvestatud sõnad on juba loetud. Pinumälu juures loetakse kirjutamist Push -operatsiooniks ja lugemist Pop-operatsiooniks. Pinumälu realiseeritakse arvutites tavaliselt põhimälus, kus selleks on eraldatud teatud piirkonnad. TOS-i aadress säilitatakse protsessoris spetsiaalses registris (StackPointer SP).
Puhvermälu ( FIFO ) on mälu, kust esimesena loetakse välja esimesena salvestatud sõna (First In First Out). Tegemist on puhvermäluga, mida kasutatakse erineva kiirusega töötavate süsteemi komponentide vahel. Ühelt pool kirjutab üks seade infopaketi oma kiirusega sisse ja teiselt poolt loeb teine seade paketi oma kiirusega samas järjekorras välja.
Kahe pordiga mälu võimaldab sama aegselt lugeda ja kirjutada. Samaaegne kirjutamine ja lugemine eeldab, et adresseerimine, kirjutamise ja lugemise juhtimise loogika ja andmeedastuse kanalid lugemiseks ning kirjutamiseks peavad olema sõltumatud. Lugemise ja kirjutamise sõltumatus tõstab mälu hinda (more kristallipind). Võib kohata ka kolme pordiga, kust saab kahest allikast korraga kirjutada ning ühest infot lugeda.
Assotsiatiivmälu. Tavalises mälus määratakse aadress, mis viitab mingile mälu pesale, mille poole toimub pöördumine. Assotsiatiivmäludes aga ei osutata aadressiga mälu sõnale vaid otsitakse sõna ühe osa järgi ülejäänud sõnaosa või aadressi, kus see sõna asub. Otsimine toimub paralleelselt ja otse riistvaras. See teeb aga assotsiatiivmälu väga kalliks, sest igale bitile lisandub kümneid transistore. Üldjuhul võib kokkulangevus olla mitmes sõnas, mille vahel teeb valiku loogika. Vahemälus saab olla kokkulangevus otsitava sõnaga ainult ühes sõnas, sest iga plokk saab olla vaid ühes kohas vahemälus.

• Riistvara tegevus alamprogrammide poole pöördumisel.

Alamprogrammi poole pöördumine ja siis tagasipöörde aadresside salvestamine on üks pinumälu rakendusi. Kui toimub alamprogrammi poole pöördumine, siis käsuloenduri sisu salvestatakse pinumälusse, ja kuna käsuloendur näitab alati järgmisena täitmisele tuleva käsu aadressi, on ka see tagasipöörde aadressiks. Kui nüüd alamprogramm pöördub veel alamprograami poole kirjutatakse ka see pinumälusse. Tagasipöördumisel võetakse pinumälust järjest tagasipöörde aadresse, kui programmi täitmine jõuab uuesti põhiprogrammi juurde.
Kui põhiprogramm jõuab alamprogrammi poole pöördumise käsu täitmisele ( Call AP1), sisaldab käsuloendur järgmise käsuaadressi(PC1). Call-käsk täitmise etapid: Käsuloenduri sisu salvestatakse pinumälusse. Push-operatsiooni ajal vähendatakse pinumälu osutit SP ühe võrra sõnale xxx ja pärast vähendamist sisaldab see esimese vaba pesa aadressi. Pinumälusse kirjutatakse PC1 väärtus. Käsuloendurisse laetakse alamprogrammi AP1 algusaadress. Tavaliselt on see aaadress Call käsu käsukoodi juures. Kui AP1 jõuab käsu täitmisele, on käsuloenduris selle käsule järgneva käsu PC2 aadress. Call-käsu täitmisel salvestatakse pinumällu PC2 väärtus ja Call-käsu juurest laetakse käsuloendurisse PC Ap2 alguse aadress. Kui AP2 jõuab tagasipöörde käsu Ret juurde, loetakse pinumälust (POP) PC2 väärtus ja salvestatakse käsuloendurisse. Seega pöördutakse tagasi AP1 programmi ja Ap2 käsule järgneva käsu juurde. POP operatsiooni ajal suurendati pinumälu osuti SP väärtust ühe võrra ja see viitab nüüd viimaseks kirjeks olevale PC1-le. Ja sama protsess uuesti.
Osa protsessoreid salvestab koos käsuloenduri väärtusega ka PSW( Program Status Word), mis sisaldab lippude registri ja akumulaatori sisu, et alamprogramm nende sisu ei muudaks. Ülejäänud registrite päästmine jääb programmeerija hooleks.

• RAID ja SSD kettad.

Sõltumatute ketaste liiasmassiv ( Reduntant Array of Independent Disks, RAID). Arvuti tunneb ketaste massiivi sammuti ühe suure kettana. Raidi arendamiseks on 3 põhjust. Liiasus tõstab oluliselt süsteemi töökindlust, paralleelne pöördumine sõltumatute ketaste poole tõstab töökiirust, ühe suure ketta hind on kõrgem kui väikeste ketaste massiiv . Kui info salvestamiseks kasutada mitut ketast, langeb kohe veakindlus, sest ühe ketta rike rikub salvestatava informatsiooni. Töökindluse parandamiseks kasutatakse liiasust. Liiasuse korral on vea korral võimalik viga parandada või minnna üle teise ketta kasutamisele. RAID kettaid realiseeritakse nii riistvaraliselt kui ka tarkvaraliselt.
Raid kettad jagatakse tasemeteks:
Tase 0 (level 0) puhul on tegemist ilma liiasuseta ketaste massiiviga, mis on raidi tasemetest kõige odavam. Kiirus suureneb kui veakindlus mitte. Ühe ketta rike tähendab info kadumist. Kasutatakse superarvutites kus oluline kiirus ja mälumaht.
Tase 1. Liiasusega ketta puhul kasutatakse peegeldamist, mille korral dubleeritakse identne info mitmele kettale. Kogu infost on olemas koopia teisel kettal. Tegemist on väga kiire massiiviga kuna, kus lugemise kiirus on suurem kui ühe ketta puhul. Ühe ketta rikke korral saab tööd jätkata, sest infost on koopia. Kasutatakse tihti andmebaasides.
Tase 2. Andmed jaotatakse ketaste vahel bittidena. Iga bitirea jaoks kasutatakse Hammingi veaparanduskoodi(ECC). Ühele või mitmele kettale salvestatakse veaparanduskoodi lisajärgud. Veaparanduskoodi kasutamisega püütakse vähendada ketaste massiivi hinda võrreldes taseme 1 info dubleerimisega. Kui tekib viga ühelt kettalt lugemisega siis saab seda parandada.
Tase 3 Andmed jagatakse baitidena ketaste vahel ja ühte ketast kasutatakse paarsuskontrolli info salvestamiseks.
Tase 4 Info salvestatakse plokkidena eri ketastele.Kõik kettad on sõltumatud ja nende poole saaab pöörduda samaaegselt, mis võimaldab tõsta pöördumise kiirust, kuid kõikide plokkide paarsusinfo on salvestatud eraldi ühele kettale. Probleemiks on pidev pöördumine paarsusketta poole, mis võib hakata kiirust piirama.
Tase 5. Info kirjutatakse plokkidena ja kasutatakse paarsuskontrolli aga nüüd on paarsusinfo jaotatud ketaste vahel. Kaob vajadus pidevalt ühe ketta poole pöörduda.
Tase 6 Infot jagatakse ketaste vahel plokkidena ja kontrollkood kirjutatakse mitmele kettale, kasutades Reed-Solomoni koodi. Keerukama kodeerimise tulemusena võib tööd jätkata pärast kahe kettaseadme purunemist.
Pooljuhtketas SSD. Kõvaketta kõrvale on juba ammu püütud luua pooljuhttehnoloogias valmistatud välismälu. Tehnoloogia arenedes on sellised kettad muutunud kättesaadavaks. Praegu kasutatakse SSD-mälude valmistamiseks tavaliselt välkmälu ( flash ) tehnoloogiat. SSD mälu tunneb arvuti kõvakettana, sest nad kasutavad sama liidest. Tegemist oleks nagu suure mälupulgaga, mis on ehitatud arvuti sisse.
Eelised: Pöördumisaeg on 100 väiksem, sest ei ole vaja positsioneerida päid. Lugmise/kirjutamise aeg on 3 korda kiirem. Puudub müra sest pole liikuvaid osi. Vastupidavus löökidele hinnanguliselt 8 korda parem. Energiatarve oluliselt väiksem. Vibratsiooni ei ole. Töökindlam, keskmine tõrkevaba aeg 3 korda pikem. Magnetväli ei mõjuta välkmälu. Soojust eraldub vähem. Väiksem kaal.
Puudused: Kallim, gigabaidi hind on üle 10 korra suurem,. Maksimaalne mälumaht on väiksem, kantavates arvutites kuni 256GB aga kõvakettal kuni 1Tb.
Käsustik:

• Käsuformaadid - 0, 1, 2, 3 ja 1,5 aadressiga arvutid.

Kõikides käskudes on alati käsukood, mis määrab tegevuse, mida tuleb teha. Lisaks võib sisalduda info operandide leidmise ning tulemuse salvestamise kohta. Operandi ja tulemuse asukoha leidmiseks on rida eri meetodeid mida nimetatakse adresseerimisviisideks. Käskude pikkus on oluline mälu kasutamise effektiivsuse jaoks.
3 aadressiga arvuti – Käsu juurde kuulub 3 pikka aadressi.
käsukood + I operandi pikk aadress + II o. pikk aadress + tulemuse asokoha pikk aadress:
add A1 A2 A3: A2 + A3 -> A1
2 aadressiga arvuti – Käsu juurde kuulub 2 pikka aadressi.
Tulemus salvestatakse tavaliselt ühe operandi kohale
kk + I operandi pikk aadress (resultaat läheb sinna) + II operandi pikk aadress
add A1 A1 A2: A1 + A2 -> A1
1,5 aadressiga arvuti – kk + I operandi pikk aadress + 2. operandi ja hiljem resultaadi lühike aadress (registriaadress) (asub registris)
1 aadressiga arvuti – Käsukoodiga kaasas ainult 1 pikk aadress, mis näitab mälupesale kus üks operand või tulemus. kk + I operandi aadress
Kui on tegemist kahe operandi käsuga siis, siis tavaliselt asub teine operand ühes kindlalt fikseeritud registermälu registris (akumulaator Ac) ja sinna paigutatakse ka tulemus.
Add Ac Ac A1: Ac + A1 ->Ac
0 aadressiga arvuti – adresse käsukoodiga kaasa ei kuulu. Tegemist on pinumälul põhineva arvutiga. Alati võetakse operandid pinumälu pealt ning sinna kirjutatakse ka tulemus.

• Adresseerimise viisid.

Vahetu adresseerimine: Käsukoodi juurde kuulub kohe operand. Käsukoodiga ei ole kaasas mitte operandi aadress vaid operand ise. Tähendab, programmi on kirjutatud konstant ja masinkoodi transleerituna on see käsukoodi juures.
Otsene adresseerimine: Käsukoodiga tuleb kaasa operandi aadress. Programmis on otseselt määratud operandi asukoht mälus. Operandi väärtus võib muutuda aga aadress jjääb samaks.
Kaudne adresseerimine: Käsuga antakse kaasa aadressi aadress ehk kaasa antav aadress näitab operandi aadressi asukoha mälus.
AutoDEkrementne adresseerimine: on seotud pinumällu kirjutamiseg(PUSH) Alguses vähendatakse pinumälu osuti väärtust, et see näitaks esimesele vabale pesale pinumälu piirkonnas ja siis kirjutatakse operand mällu. Pinumälu osutis säilib viimasena kirjutatud sõna aadress.
AutoINkrementne adresseerimine: on seotud pinumälust lugemisega(POP). Alguses loetakse sõna, millele osutab pinumälu osuti ja siis suurendadakse osutit nii, et see näitaks järgmisele sõnale pinumälu piirkonnas.
Baseerimisega adresseerimine: Arvutatakse aadress summana baasregistri väärtustest ja nihkest mis antakse koos käsukoodiga. Baasregistris on pikk mäluaadress aga nihe(index) võib olla lühem. See võimaldab teatud elemendile andmestruktuurist juurdepääsu andmebaasi alguse suhtes. Baas osutab tavaliselt andmestruktuuri algusele ja indexiga valitakse teatud kirje.
Indekseerimisega adresseerimine: Aadress leiakse summana käsukoodiga koosolevast baasaadressist ja kuskil registris säilitavast indexist. Käsukoodiga kaasas olev aadress on pikk aadress.
Baseerimisega ja indekseerimisega adresseerimine: Aadress leitakse kahe registri väärtuste summeerimisel. Üks registritest on baasaadress ja teine on index. Juurde võidakse liita ka veel nihe.
Suhteline adresseerimine: Käsukoodiga antakse kaasa märgiga nihe, mis liidetakse käsuloenduri väärtusele. See võimaldab programmis ntks liikuda nihke võrra edasi v tagasi. Selline adresseerimine võimaldab programmi mälus laadida suvalisse kohta, sest siirdeid tehakse mainitud aadressi suhtes.

• Virtuaalmälu (lehekülgedeks jagamine, segmenteerimine).

Virtuaalmälu . Tihti tekib olukord, kus programmid nõuavad rohkem mälu, kui aruvti riistvara seda võimaldab. Programmi täitmise ajal peab programm (käsud ja andmed) olema põhimälus. Välismälumaht on alati suurem kui põhimälu ning varem jagati programm üksteisest sõltumatuteks osadeks , mida vajaduse järgi mällu loeti. See tegi programmi kirjutamise ja täitmise raskemaks, sest kogu mehhanism oli programmeerijale nähtav. Virtuualmälu mehhanism teeb seda kõike automaatselt riistvaras ja tegevus pole programmeerijale nähtav. Virtuaalmälu korral seotakse oluliselt suurem virtuaalse mälu ruum väiksema füüsilise põhimälu ruumiga.
Lehekülgedeks jagamist kasutatakse virtuaalmälude juures, kus mälu jagatakse fikseeritud suurusega lehekülgedeks. Virtuaalmälude juures lahutatakse teineteisest programmis kasutatavad loogilised aadressid ehk virtuaalaadressid füüsilistest aadressidest, millega viidatakse tegelikult sõnadele põhimälus. Programmi täitmise ajal teisendatakse virtuaalsed aadressid füüsilisteks aadressideks, virtuaalse lehekülje number transleeritakse füüsiliseks lehekülje numbirks ja koos nihkega moodustavad nad lehekülje füüsilise aadressi. Virtuaalne mälu võimaldab suurendad aadressi järkude arvu, mida tarkvara kasutab ehk virtuaalmahtu. Samas laetakse põhimällu aeglasemast välismälust infot lehekülgede kaupa. Transleerimiseks kasutatakse tabelit. Aadresside teisendamine tehakse mälu juhitmise plokis ( Memory Management Unit MMU), mis võib olla realiseeritud ka riistvaras. Kui põhimälus pole vastavat lehekülge, laetakse see välismälust põhimällu. Analoogiliselt vahemäluga, asendakse lehekülgi kui selleks on vajadus. Oluliselt erinevad plokkide ja lehekülgede suurused, vahemälu plokid on oluliselt väiksemad, sammuti on vahemälu kiirem, sest juhtimine toimub riistvaras. Vahemälus toimub plokkide asendamine riistvaras, virtuaalmälus teeb seda tavalist tarkvara.Virtuaalmälude korral ei kirjutada otse välismällu, see on liiga aeglane. Lehekülje asendamisel kirjutatakse muutused välismällu. Tavaliselt asendatakse vähim kasutuses olnud lehekülg.
Segmenteerimine . Virtuaalne aadressiruum jagatakse segmentideks. Segmenteerimine toimub tarkvaraliselt aga tuleb arvestada riistvaraliste kitsendustega. Segmentide suurused on erinevad ning segment laetakse vabasse kohta, kus on piisavalt ruumi. Kuna segmendi pikkus ei ole fikseeritud kasutatakse teistsugust aadressi transleerimise meetodit. Tabelist võetakse täispikk segmendi aadress ja talle liidatakse juurde nihe segmendi sees, et saada korrektne füüsiline aadress. Tabelis on peale segmendi alguse aadressi igas reas veel täiendavaid op.süsteemile vajalikke parameetreid. Kui protsessor pöördub segmendi poole, mida ei ole põhimälus, siis MMU genereerib op. süsteemile katkestuse . Opsüsteet otsib vaba ruumi ja laeb vastava segmedi põhimällu. Segmenteerimisel toimuvad protsessid on keerulisemad , ning võtavad rohkem aega. Eri protsessidele eraldatakse erinevad segmendid ja see annab täiendavaid võimalusi sõltuvalt segmendi sisust. Ntks võib programmi kood kaitsta segmenti kirjutamise eest.
Segmenteerimine lehekülgedeks jagamisega tähendab, et virtuaalne aadress jaguneb segmendi numbriks, leheküljenumbriks ja nihkeks. Segmenteerimisel on mõningaid eeliseid lehekülgedeks jaotamise ees. Näiteks saab muutuva suurusega segmentide juures paindlikult lisada kaitset. Segmendi number on indeks segmendi tabelis, mis osutab lehekülgede tabeli baasaadressile. Seega vastab igale segmendile oma lehekülgede tabel ja segment on jagatud mitmeks leheküljeks.
Mikroarvuti andmebahetus:

• Andmeedastus protokollid : sünkroonne, asünkroonne jne.

Sünkroonne siin Kõik tegevused on seotud sünkrosignaaliga. Kõik tegevused on seotud esi või tagafrondiga. Näiteks kolme taktiga mälust lugemine. Esimese takti alguses paneb protsessor aadressisiinile aadressi. Tagafrondi ajal väljastab protsessor mälust lugemise signaali. Teise takti tagafrondi ajal väljastab mälu aadressile vastava sõna andmesiinile ja samal aja teatab signaaliga Ready andmete valmisolekust. Kolmanda takti esifrondi ajal loeb protsessor andmeb andmesiiinilt. Tagafrondi ajal lõpetab mälu andmesiinil andmete väljastamine, samuti signaali ready. Protsessor lõpetab aadressi väljastamise ja võtab mälust lugemise signaali ära. Protsessori andmeedastuse kiirus ei ole alati vastuvõetav süsteemi aeglasematele komponentidele. Näiteks mälust lugemisel võib aeglasem mälu vajada edastamiseks lisaaega. Kui õigeks ajaks ei ole valmisolekusignaale Ready siis genereeritakse vahele ootetakt. Neid genereeritakse kuni mälust sõna saabumiseni.
Ploki edastus. Alati ei ole kasulik edastada ainult üksikuid sõnu vaid edastada plokk korraga. Ntks vahemälu laadimisel. Tavaliselt koosnevad plokid oluliselt suuremates hulgast sõnadest. Esimese takti ajal algab siinitsükkel aadressi ja mälust lugemise signaali edastamisega protsessori poolt. Teist takti korratakse mitu korda ja igakord edastatakse üks sõna. Protsessor paneb aadressisiinile ainult ploki algusaadressi ning ülejäänud aadressid genereeritakse juba mälu poolt. Edastatavad plokis olevate sõnade arv võib olla fikseeritud siini protokooliga või edastab protsessor siinitsükli alguses andmeliine kasutades ploki pikkuse.
Asünkroonne siin. Taktsignaali pole otseselt näha, kooskõlastamine toimub täiendavate signaalide (MSYN, SSYN) vahetamise abil. Siinitsüklit juhtiv komponent (master) paneb aadressisiinile aadressi ja väljastab signaali mälust lugemise kohta. Ajahetkel 1 teatab protsessor signaaliga MSYN algavast siinitsüklist. Mälu paneb nüüd sõna, millele aadress viitab, andmesiinile ja hetkel 2 teatab valmisolekust SSYN. Hetkel 3 võtab protsessor maha aadressi, lugemise ja MSYN signaali, mis näitab et protsessor luges andmed ning lõpetab siinitsükli. Peale seda, hetkel 4, võtab mälu andmesiinilt maha andmed ja signaaly SSYN ning siinitsükkel lõppeb. Ajastus on async siinil paindlikum. Pole vaja oodata uut sünkrosignaali ning taktsagedus pidi sobima kõigi komponentidega . Sünkroonset on samas lihtsam realiseerida.

• Riistvara tegevus katkestuste (Intrrupt) täitmisel arvutis.

Protsessor lõpetab poolelioleva käsu. Kui katkestust nõudev signaal, mis teatab mõne seadme soovist andmeid vahetada tuleb käsu täitmise ajal, fikseeritakse see trigeris ja jätkatakse sama käsu täitmist. Mikroprogrammi täitmist ei saa tavaliselt katkestada. Kui käsk on lõpetatud kontrollitakse trigeri seisu. Kui on tulnud signaal katkestusteks ja katkestused on lubatud, hakatakse vastavat katkestust teenindavat alamprogrammi täitma.
Analoogiliselt alamprogrammipooole pöördumisega, salvestatakse pinumällu tagasipöörde aadress. Sellepärast peabki PC sisaldama järgmise käsu aadressi. Osa protsessoreid salvestab ka akumulaatori ja lippude registri sisu. Põhjus sama ehk teenindav programm rikub muidu nende sisu ja tagasipöördel ei ole võimalik pöördumisele eelnevat olukorda taastada. Kui programm muudab ka teiste registrite sisu, peab programmeerija juba enne salvestama nende sisu mõnda mälupiirkonda ning programme lõpus taastama eelnema oleku.
Käsuloendurisse loetakse uus väärtus (teenindava alamprogrammi algusaadress). Juhtimine läheb katkestust teenindava programmi kätte.
Pärast katkestust täitva programmi lõppu taastatakse pinumälust PC sisu ja PSW abil akumulaatori ja lippude registri sisu. See toimub riistvaraliselt. Algne olukord on taastatud ja programm jätkav tööd.

• Andmeedastus arvutis (järjestikandmeedastus, paralleelandmeedastus, veakindlad koodid).

Liidesel on alati kaks poolt: protsessori pool ja SV seadme pool. Protsessori pool peab täitma siini protokolli selle järgi, millise siini külge on ta ühendatud. Svseadme poolel võib andmevahetus toimuda kas paralleelselt või järjestikuliselt olenevalt kasutatavast andmeedastuse ressursist ja nõudmistest info liikumiskiirusele.
JärjestikAndmeedastus. Selle korral piisab ühest liinist andmete edastamiseks, juurde kuulub veel ka nullnivoo (GND). Samas kulub iga biti edastamiseks üks takt ja näites toodud 8 biti edastamiseks ka vastavalt 8 takti.
Asünkrronne järjestik. Saatja ja vastuvõtja taktgeneraatorite sagedused ei pea olema sünkroniseeritud. Andmeid edastataks sümboli kaupa ja nende vahel ei ole kindlat ajavahemikku. Kokku tuleb leppida, sümboli pikkuses , biti edastamiseks kuluvas ajas, ooteolek, stardibiti ja stoppbittide väärtused. Sobib aeglaste sv seadete jaoks, kus sümbolid tulevad pikkade vaheaegadega, ntks klaviatuur .
SünkrooneJärjestik. Taktgeneraatori sagedused peavad olema sünkroniseeritud. Selleks kasutatakse spetsiaalset riistvara. See on tõhusam aga ka kallim. Kuna pole vaja start ja stop bitte siis on kiiremad. Ntks USB ja FireWire, kasutavaad sünkrot.
Paralleelandmeedastus. Selle korral on vaja 8 biti edastamiseks 8 liini ja ka nullinuvood, kuid aega kulub ainult 1 takt. Kasutatakse mõlemaid seadmeid sõlutvalt selles, millise seadmega andmeid vahetakse. Paraleelandmeedastuse korral on pikkades liinides võimalikud moonutused ja kõik bitid ei jõua kohale sünkrosignaali ajal. Järjestik on odavam ja selliseid probleeme ei teki.
Tavaliselt toimub süsteemkomponentide sees andmeedastus ja töötlus paralleelkujul. See tähendab, et kui toimuks andmevahetus süsteemi komponentide vahel järjestikkujul tuleks teha järjestik-paralleel- teisendus ja vastuvõtja poole vastupidine teisendus. Teisendamiseks kasutatakse nihkeregistrit.
Veakindlad koodid
Informatsiooni edastamisel tekib vigu. Mõni 1 muutub 0 või 0 muutub 1ks. Oluliselt aitab vigade tekkimist vältida see kui 1 ja 0 nivood on hästi eraldatud. Isegi siis tekib vigu.
Vigu avastavad koodid võimaldavad kindlaks teha võimalikke moonutusi edastatavas koodis . See tähendab, et andmebittidele tuleb juurde panna lisabitid, mis ei edasti infot vaid kontrollivad õigsust. Lihsaim viis on paarsusbitt. Igas õiges koodisõnas peab olema paarisarv bitte. Paarsusbitiga ei ole võimalik avastada vigu, mis on tekkinud kahe või enama biti vigu. Paarsusbitiga ei ole võimalik tuvastada muudetud bitti, see ainult teavitad kas tegu on õige või vale koodiga .
Vigu parandavad koodid lisavad rohkem bitte kui avastavad koodid. Vigu parandavate koodidel peab Hammingi distants kahe õige koodi vahel olema vähemalt 3. Valitakse lähemal olev kood. Seda võib vaadata ka kui, et igal õigel koodil on ühe biti moondumise korral eraldi valede koodide hulk.
Sisend-väljund:

• LCD, LED, OLED ja plasma kuvarid. Passivmaatriks ja aktiivmaatriks.

LCD kuvariskasutatavad vedelkristallid ei emiteeri valgust vaid moduleerivad tagant tulevat valgust (juhivad läbilastavat valgust). Kahe klaasplaadi vahel on vedelkristall ja mõlemal plaadil sooned . Kristalli molekulid võtavad soontega määratud suuna. Et aga soonte suunad on risti, tekivad kahe klaasiplaadi vahel keerdunud aheled (twisted effect ). Kui valgus läbib selliseid ahelaid, muutub ta orientatsioon 90kraadi. Olukord muutub kui panna mõlemale poole elektroodid ja lasta sealt läbi pinge. Vedelkristalli molekulid joonduvad sellisel juhul elektrivälja järgi olenemata soonte suunast . Kui nüüd valgus läbib kristalli, säilitab ta oma esialgse polarisatsiooni. Seega saame pingega juhtida valguse polarisatsiooni algse ja 90kraadi vahel. Kahe filtriga on võimalik juhtida kas saadud element laseb valgust läbi või mitte. Valgusallika pool on pol 0 filter ja vaaja pool 90 pol filter. Kui element saab pinget siis ta valgust läbi ei lase. Vaja on valgusallikat.
Esimene võimalusena ei ole LCD-ekraani taga valgusallikat, vaid on peegel , mis peegeldab vaataja pool olevat valgust tagasi läbi LCD-elementide. Selline ekraan ei toimi hämarates tingimustes, kasutatakse kalkulaatorites ja randmekellades.
LED. Teisel juhul kasutatakse ekraanitagust aktiivset valgusallikat. Selleks võib olla fluorestseeriv valgusallikas või LED kuvarite puhul valgusdioodid . LEDid tarbivad vähem voolu ja toodavad vähem soojust. Neid kasutatakse läpakates, meditsiiniseadmete, elektrimõõteriistades jne. Heleda päikese korral on vedelkristallidelt peegelduv valgus intensiivsem tagant tulevast valgusest ja pilti ei näe hästi.
Kolmas võimalus on kombineeritud meetod. LCD elementide taga on osaliselt peegeldav kiht. Saadakse küll kuvar mida saab nii sees kui väljas kasutada kui meetod ei ole nii tõhus kui kaks eelnevat. GPS, Telefonid jne.
Passiivmaatriksiga LCD. Passiivmaatriks on moodustatud elektrodioodidest, millega saab sisse ja välja lülitada pildivälja punkte. Elektroodid on tavaliselt läbipaistvast indiumtinaoksiidist ning paigutatud vedelkristallide alla ja peale, x ja y suunal. Ridade ja veergude elektroodid on ühendatud mikroskeemiga, mis jagab laenguid pildivälja punktides olevatele vedelkristallidiele. Selleks, et saata laeng mingisse pildivälja punkti, peab vastaval veerul olema kõrge nivoo ja vastaval real madal nivoo. Selle laengu mõjul moodustub vedelkristallis sirge ahel ja see ei lase valgust läbi. Selline multiplekseeritud vedelkristallide juhtimine võimaldab oluliselt vähendada vajalike liinide arvu. Igal real ja veerul on oma liin . Probleeme on impulsi õigel ajal kohale jõudmisega ning impulsi hajumisega, mis kaotab pildi kontrastsust. Twisted Nematic TW tehnoloogia on passiivmaatriksil põhinev.
Akttiivmaatriksiga LCD on ehituselt sarnane pas.mat. kuvaritega. Endiselt on maatriksis liinid viidud iga vedelkristallini, et neid juhtida. Erinevuseks on aga iga vedelkristalli juurde paigutatud transistor . TFT töötab lülitina , mis juhib vedelkristalli tulevat pinget. Siinkohal ei ole probleemi leketega, sest transistor on nagu toimib lülitina ja väldib laengu sattumist naaberkristallidele. Tulemuseks on selline, efekt nagu oleks igal punktil oma liinide kaudu eraldi juhtimine. See tagab kontrastuse ja kenad hallid toonid. Kasutatakse arvuti kuvarite ja telerite juures.
OLED (orgaaniliste valgusdioodidega kuvar). Oled koosneb kihidest, Alus, mis võib olla ka painduv plastmass , Anood , millle läbi liiguvad elektronid, orgaanilised kihid, juhtiv kiht, mis on valmistatud orgaanilise plasti molekulidest ja mis saadab elektrone anoodile ning, emiteeric kiht, mis on valmistatud teist tüüpi orgaanilise plasti molekulidest ja transpordib elektrone katoodilt. Katood , mis võib olla läbipaistev.
Anoodi ja katoodi vahele rakendatud pinge tõttu tekiv elektrovool katoodilt anoodile läbi orgaaniliste kihtide. Elektrone juhitakse emiteerivale kihile ja juhitakse ära juhtivalt kihilt. Ärajuhitud elektronidest jäävad alles augud, mis tuleb täita elektronidega emiteerivas kihis. Augud hüppavad emiteerivasse kihti, kus nad täidetakse elektronidega. Kui elektron täidab augu läheb ta kõrgemalt energiatasemelt madalamale. Vabaneb footon energiat. Vabaneva energia hulk määrab siis eralduva valguse värvuse. Anood ja katood on tehtud risti ribadena, mis võimaldab pingestada eraldi ristumiskohtades olevaid OLEDe.
Plasmaekraan sobib suuremate kvaliteetekraanide valmistamiseks. Plasmaekraan koosneb suurest hulgast klaaskihtide vahel asuvatest kambrikestest, mis on täidetud neooni ja kseooni seguga. Esiklaasi taga on läbipaistvad elektroodid mis on kaetud kaitsva MgO kihiga. Kambrikeste taga on teisesuunalised elektroodid, mis võimaldavad kambrikesi ükshaaval adresseerida. Kambrikeste sees on fosfor , mis tänu lisanditele on võimaline eraldama kolme põhivärvi. Andes elektroodidele pinge, gaas inoniseeritakse ja ta muutub plasmaks. Selle tulemusena eraldub ultraviolett valgus, mis ergastab kambrikeses oleva fosfori elektronid. Kui need elektronid lähevad tagasi normaalsele energia tasemele , eraldub valgus. Punktide vahel on seinad, et naabrid ei mõjutaks üksteist. On võimalik teha väga suuri ekraane, nii et ei kannata kujundi kvaliteet ja ekraan ei muutu suureks. Punktid võivad kinni põleda seisva kujutise korral, ehk pilt peab pidevalt liikuma. Kulub ka väga palju energiat.

• Puutetundlikud ekraanid.

Takistuslik
Mahtuvuslik
Infrapune
Akustilise laine impulsstuvastus
Optiline puuteekraan
Pindakustilised lained
Jõutundlik puuteekraan

• Printerid, värviline trükk.

Löökprinterid kasutavad vanemat tehnoloogiat, kus printimise pea ja paberi vahel on tindiga immutatud värvilint. Kujund saadakse löögiga vastu värvilint. Kasutatakse erinevaid printimispäid. Trükipea võib olla karikakra kujuline, golfipalli või trumli . Pead on võimalik liigutada, et positsioneerida kujund õigesse kohta. Väga levinud olid nõelmaatriksprinterid, kus trükipeas on nõelad mida saab elektromagnetiga liigutada. Nõelaga tehtud täppidest sai moodustada erinevaid kujundeid.
Termoprinterid Termokontaktprinteris kasutatakse temperatuuritundlikku spetsiaalset paberit. Nõelte asemel on takistid , mida saab kuumutada vooluimpullsidega. Kujund moodustub täppidest. Trükitu ei säili.
Termosiirdeprinter ei kasuta spetsiaalset paberit. Printimispea ja paberi vahel on vahaga immutatud värvilint. Trükipeas olevate takistitega saab punkte kuumutada ja kujund moodustub sulavatest vahapunktidest.
Sublimatsioonprinteri sees on lint , millel on eri piirkondades üksteise kõrval nelja põhivärvi sublimaat. Sublimaat on aine, mis läheb tahkest otse gaasilisse ja tagasi. Kui lint liigub trükitava alusmaterjali peal, siis seda kuumutatakse, sublimaat aurustub ja moodustab alusmaterjalile läikiva kihi enne kui tahkub. Eri värvi piirkondade servad on täpsed ja kvaliteet on hea. Kasutatakse fotoprinteritena. Säilib kvaliteetselt ka pikema aja jooksul.
Jugaprinter moodustab pildi väljapritsitud tindi või vaha tilkadest . Tilku on kujundi moodustamisel 10-30 mm kohta. Kasutusel kaks pihustuse tehnoloogiat. Buble Jet puhul kasutatakse pihustites väikeseid takisteid, mis kuumutamisel tekitavad gaasimulli, mis tõukab tilga välja. Lahkunud tilk tekitab vaakumi ja kassetist imatakse uus tilk. Piesoelektrilist tehnoloogia kasutab piesokristalle. Kui kristallile anda laeng, siis muudab see oma mõõtmeid ja lükkab tinditilga välja. Kui kristall tõmbub tagasi tuleb kassettist uus tilk.
Fotoelektriline/ laser printer . Valgustundliku materjaliga on kaetud trumel. Trumli kattematerjal on isolaator , mis valguse toimel muutub juhiks. Trummel laetakse kõrgepingega ning seejärel mõjutatakse valgusega . Valgusallikaks on laser. Need kohad mis saavad valgust muutuvad juhiks ja neilt kaob laeng. Seega tekib trumli pinnale elektrostaatilisest laengust kujund. Need kohad, mis on laetud tõmbavad toonerit külge ja need mis said valgust ei tõmba . Seega moodustub toonerist trumlile kujund. Seejärel suunatakse trummel vastu puhast paberit. Paberile tekib toonerist kujund, mis kuumutatakse paberile kinni. Tummel puhastatakse jääkidest. Laser on ainult valgusallikas. Pooltoone saadakse punkti jagamisega alamosadeks.
Värviprinterid. Printimisel kasutatakse värvide lahutamist. Valge värvus tähendab, et peegeldatakse kõiki värvusi. Põhivärvideks (CMYK) on Cyan (helesinine), Magneta(lilla), Yellow, Key Black . Musta kasutatakse sest kõigi värvide lahutamisel saadakse ainult tumepruun . Värvitrükk saadakse laserprinteri juures eri värvi toonerite ületrükiga. Iga värvi jaoks on oma trummel ning kõikide värvidega saadud kujundid kantakse vahekandjale ja seal juba paberile. Jugaprinteris kasutatakse erinevaid pihusteid eri värvide jaoks. Termoprinterites eri värvi lindiga.

• Klaviatuur.

Klahvide all on lülitid , mis on binaarsed (1 v 0). Tavaliselt on trükiplaadi peal plastist materjal, mis on sümbolite kohast metalliseeritud ja klahvi vajutusel tekib kontakt alumise pinnaga. Plast täidab ka vedru ülesannet. Vajutusel tekib alati mitmekordne ühendamisefekt. Selle vältimiseks kasutatakse klahvi vajutuse fikseerimisel viidet, mis on pikem värelemise ajast.
Klaviatuur moodustab maatriksi, kus read on ühendatud väljundpordi külge. Veergude väärtusi saab lugeda läbi sisendporfi. Kõigis ridade ja veergude ristumiskohtades on lülitid. Klaviatuuri skaneeritakse pidevalt. Skaneerimise koodi saamiseks saadetakse vertikaalliinidele kood, kus on väärtus 0 ainult ülemisel horisontaalil. Kui mõni ülemise horisontaali klahv on alla vajutatud, siis on ka vastaval vertikaalil väärtus 0. Seejärel on järgmisel liinil väärtus 0 jne. Teades horisontaalliinil väljastatud koode ja vertikaalidel sisse tulnud koode saab kindlaks määrata klahvi asukoha. Kui on mitu klahvi alla vajutatud valitakse neist üks ja vastav kood saadetakse protsessorisse. Kui oli vale klahv on juba kasutaja asi parandada.

• Analoog ja digitaal info. Analoog liides (DAC,ADC).

Analooginfo juures on mingi suurus teise suuruse analoogiks. Analooginfo korral võib füüsiline infokandja võtta ükskõik millisel ajahetkel oma rajaväärtuste vahel suvalise väärtuse. Väärtus muutub pidevalt ja sujuval, ilma hüpeteta. Igasugune signaali kuju muutus põhjustab infomoonutusi.
Digitaalnfo esituse korral on lubatud ainult teatud hulk väärtusi, mida infokandja võib omada oma rajaväärtuste vahel. Nüüd ei või infokandja võtta suvalist väärtust rajaväärtuste vahel. Info töötlemine muutub seeläbi palju lihtsamaks. Nii info edastaja, töötlejda kui ka vastuvõtja peavad suutma eraldada kindlaid väärtusi. Digitaalinfo juures kasutatakse ka diskreetset aega, ehk väärtusi mõõdetakse vaid fikseeritud momentidel.
Analoog -Digitaalmuundur (ADC). Teisendamine eeldab, et igale analoogväärtusele, mille hulk on lõpmata suur vastab kahendkood. Lõpmatult suurt hulka ei saa kirjeldada, arvestama peab täpsusega, mis on hetkel vajalik. Vaja on määrata 2 asja, mitu väärtust kirjeldame(koodi pikkus) ja kui tihti seame vastavuse.
ADC peab muutma ajas muutuva pinge kahendkoodiks, mis on võrdeline sisendpinge väärtusega. Üks võimalus on seda teha analoogvõrdlusskeemi abil. Kui alumise sisendi pinge väärtus on võrdne või suurem kui ülemise sisendi pinge väärtus siis võrdlusskeemi väljund on 1. Vastupidises olukorras on võrdlusskeemi väljund 0. Sisse tuleb konstante pinge, mida kasutatakse võrdluses etalonina. Pinge jagatakse takistite vahel. Pinged on proportsionaalsed takistite takistuse suurusega. Kui meil on tegemist lineerselt kasvava pingega, siis on kõik koodimuunduri sisendid 0d. E
Digitaal -Analoogmuundur (DAC) muudab lõpliku pikkusega kahendarvu pingeks või muuks füüsiliseks suuruseks. Seega tuleb genereerida analoogväärtus, mis on proportsionaalne iga kahendkoodi bitiga ja nad lõpuks summeerida, et saada terviklik vastus. Registri väljundis on lülitid, mis kommuteerivad analoogsummaatori sisendisse vastava pinge, kui järgu väärtus on 1. Kui aga vastava järgu väärtus on 0, siis vastav pinge analoogsummaatori sisendisse ei lähe. Summeerimise võib realiseerida operatsioonivõimendite vaasil .

• Analoog ja digitaal info. Helikaart ja heli digitaalne salvestamine.

Helikaart tekitab kõrvale kuuldavaid õhu võnkumisi arvutis oleva digitaalinfo alusel. Arvutis on info digitaalkujul ja seega on kindlasti vaja DACi. Heli salvestamiseks on vaja ADC-d sest mikrofonist tuleb heli analoogkujul, mida arvutis ei saa töödelda ega salvestada . Kasutatakse diskreetimissagedust 44100hZ. Ehk signaali mõõdetakse 23 mikrosekundi tagant. Helikaardil on veel tavaliselt digitaalsignaali protsessor, mis kujutab endast spetsiaalset signaalide töötlemiseks ette nähtud protsessorit. DSP vabastab protsessori audiosignaalide töötlemisest.
Helisüntesaator võimaldab sünteesida heli, miite taasesitada salvestatud muusikat. Sagedusmodulatsiooni süntesaator tekitab heli generaatorite abil kirjelduse järgi ja siis on väga raske saada loomulikku heli. Iga instrumendi helipildis on kõrgemad harmoonilisemad komponendid, mida on raske generaatoriga tekitada. Rohkem kasutatakse lainetabelisüntesaatorit, kus on olemas erinevate instrumentide helinäidised ja kirjelduses on vaja lisada amplituud ja sagedus.
Spets riist .

• Spetsiaalse riistvara realiseerimine.

Spetsiaalse riistvara realiseerimiseks on kaks võimalust:
Programne realisatsioon. Alati saab suvalist algoritmi, mis juhib ükskõik millist seadet realiseerida üldkasutatavas arvutis. Seade tuleb ühendada arvuti külge ning tuleb kirjutada programm juhtalgritmi täitmiseks. Realisatsioon on programne selles mõttes, et juhtalgoritm on realiseeritud arvuti mälus säilitatava programmina, mida protsessoris käsk käsu järel täidetakse. Seega langetatakse kõik otsused arvutis programmi pool vastavalt realiseeritavale algoritmile.
Head omadused: Saab kasutada harjumuspärast tarkvara. Lihtne teha muudatusi. Muudatus tuleb teha programmis, see transleerida ja ongi uus versioon valmis. Vigade leidmisel on saab kiiresti parandada. Ei ole vaja tunda riistvara. Lõppkasutajal pole kunagi vaja teada kuidas on riistvara tehtud.
Puudused: Aeglane, käskude lugemine mälust protsessorisse ja seal käskhaaval nende täitmine. PC on paljudes kohtades mõttetult kallis, tihti ei vajata võimsa arvuti ressurssidest vähematki osa. Füüsilised mõõtmed pole alati vastuvõetavad.
Mikrokontroller on ühel kristallil realiseeritud arvuti. Seal on protsessor, taimer , liidesed, mälu ehki maht on piiratud. On võimeline täitma lihtsamaid algoritme. Lihtne teha muudatusi, odav, väikesed füüsilised mõõtmed. Puudused: spetsiifiline tarkvara programmeerimisel, eeldab riistvara tundmist, võib endiselt olla liiga suur, on aeglane võrreldes riistvaralise realisatsiooniga.
Riistvaraline realisatsioon. Algoritmi võib realiseerida riistvaras sarnaselt juhtautomaadiga protsessoris. Loogikaskeemi võib valmistada trükiplaadil, koostatuna tootjateltsaadavatest valmiskomponentidest loogikaskeemina või kristalli pinnal ühe rakendusspetsiifilise mikroskeemina.
Head omadused: Suurte seeriate puhul odavam toota. Väikseim võimalike komponentide arv, kuna on tehtud konkreetse realisatsiooni jaoks. Loogikaskeem realiseeritakse kristalli pinnalja loogikaelementide tihedus on suur – suurem töökiirus ja väiksem energiakulu. Turvalisus, ei ole võimalik kääte saada algoritmi.
Puudused: Pikk juurutamine ja prototüübi valmistamise aeg. Kui on vaja teha muudatusi tuleb tellida uued mikroskeemid, see on kallis. Väikeste seeriate korral suhtelist kõrged valmistamise kulud. Nõuab kalli tarkvara olemasolu.
Programmeeritav loogika tähendab riistvara tooriku konfigureerimist oma rakenduse järgi. Kuid siin ei kasutata mikroskeemide valmistamise tehnoloogiat. Kofigureerimise tehnooloogiatele on projekteerijal otsene ligipääs ja tooriku baasil saab ta ise valmistada prototüübi ning käivitada esimese tootmise.
Põhjused miks valida: Hea kättesaadavus, Hind, projekteerimine on lihtne, sest tehnoloogiale on otsene ligipääs, muutuste tegemine ja realiseerimine on lihtne, on olemas mugavad vahendid realiseerimiseks, Laia leviku tõttu on palju kogemusi, lai toodete valik, firmad korraldavad ka koolitust.

• Suvapöördusmälud. / Pooljuhtmälud

Suvapöördusmälud (RAM) on sellised mälud, kus suvalise sõna poole pöördumine võtab sama ühesuguse aja sõltumata tema asukohast mälus.
Staatiline pooljuhtsuvapöördusmälus ( SRAM ) on info salvestatud positiivse tagasiside kaudu trigerites. Tegemist on kiire mäluga mida kasutatakse näiteks registermälus ja vahemälus. Kiiruselt suudab SRAM funktsioneerida protsessori taktsagedusega aga sisaldab suhteliselt palju transistore, mis nõuab palju kristallipinda ning ei sobi suurte mälumahtude realiseerimiseks. SRAM juhtimiseks on vajalik aadress, mis määrab maksimaalse mälusõnade hulga.
Dünamiiline pooljuhtsuvapöördusmälu ( DRAM ). Tavaliselt on tüüpilise PC arvuti põhimälu realiseeritud DRAMina. Seal kulub ühe pesiku valmistamiseks 1 transistor, samas kui SRAMis oli vaja 4-6 transistori biti kohta. Info salvestatakse laenguna väljatransistoris. Tänu väiksemaletransistoride arvule bit kohta on info tihedus kristalli pinnal oluliselt suurem. Kuivõrd ei ole olemas ideaalset isolaatorit siis laeng teatud aja möödudes kaobja info hävib. Selle vältimiseks toimub dünaamilises mälus pidevalt mälu värskendamine, mille käigus kirjutatakse infot pidevalt üle. Odavama hinna tõttu kasutatakse DRAMi suuremahulise põhimälu valmistamiseks. DRAM on aeglasem kui SRAM. Alati on mikroskeemides piiratud väljaviikude arv ja selleks, et kogu mälu saaks adresseerida kasutatakse aadressiliinide multipleksorit. Mälu võib vaadelda kui maatriksit, millel on rea ja veeru aadressid. Multiplekseerimine tähendab, et samu liine kasutatakse kord veeru ja kord rea aadressi edastamisel. Täiendavalt on vajalikud 2 signaali mis määravad kas tegu on veeru või rea aadressiga.
Maskiga programmeeritav püsimälu (ROM, read only memory). Rom tüüpi mälusid programmeeritakse mikroskeemide tootja juures valmistamise käigus. Väheneb paindlikkus, sest igasugune muudatus muutub aeganõudvaks ja kulukaks. Kui on tegemist suurte seeriatega siis on kõige odavam ja töökindlam variant. Püsimälusid ei kasutata mitte ainult tarkvara säilitamiseks vaid ka riistvara realiseerimisel. Rom sisaldab aadressi dekoodrit. Aadressiga määratud reas muutub väärtus kõrgeks (1) ja teistes on madal. Kui mingi biti või-elemendi sisend on selle reaga ühendatud on ka vastava biti liini väärtus 1.
Programmeeritav püsimälu (PROM) PROM tüüpi mällu saab kasutaja kirjutada ainult ühe korra, sest info salvestamine on destruktiivne protsess. Dekoodri väljundites sõnaliinide ja bitiliinide ristumiskohtades on toorikul dioodid . Dioodid on ühendatud väikese läbimõõduga liinidega ehk katkevlülidega. Kui lülile langeb aga pinge, mis on kaks korda suurem kui ühe pinge nivoo, siis ta sulab. Selles seisnebki programmeerimine, et sulatatakse mittevajalikud ühendused . See on muidugi paindlikum kui väheneb pakkimise tihedus, läbipõlenud ühenduste ja isolatsiooni arvelt.
Ümberkirjutatavad püsimälud põhinevad ujuva paisuga väljatransistoridel, erinedes kustutusviisi ja ka vähesel määral siseehituse poolest. Tegemist on dünamiilise mäluga kus hajumine võtab aastaid aega. Info salvestatakse nii juhtpaisust kui ka alusest isoleeritud ujuvpaisule laengu kandmisega. EPROMist kustutamine toimub ultraviolettvalgusega läbi mikroskeemi korpuses oleva läibpaistva kvartsakne. Kustutada saab terve mikroskeemi sisu korraga. FlashEPROMist ja EEPROMIST kustutatakse info elektriväljaga. EEPROMIST saab kustutada sõnade kaupa ja teisest sektorite kaupa. FlashEPROM on praegu üks levinumaid püsimälusid, mida kasutatakse väga laialdaselt kantava infokandjana, kujundi salvestamiseks videokaamerates, süsteemse tarkvara säilitamiseks jne.

• Andmeedastuse juhtimine: süsteemid katkestustega ja ilma, prioriteedid.

• Mikroskeemide valmistamise tehnoloogiad.