Plaanid puhkusele minna? Võta endale majutus AirBnb kaudu ja saad 37€ kontoraha Tee konto Sulge
Facebook Like

Exami materajal (2)

5 VÄGA HEA
Punktid
 
Säutsu twitteris
Arvuti riistvara matemaatilised alused
  • Kahendsüsteem

Digitaalseadmetes teostatavate arvutuste ja muu infotöötluse kiirus, täpsus ja arusaadavus sõltub suuresti seadmes kasutatavast arvutussüsteemist. Digitaaltehnikas domineerib kahendsüsteem nii iseseisva süsteemina kui ka teiste arvusüsteemide realiseerimise vahendina ja seda järgmistel põhjustel:
Füüsikalise realiseerimise lihtsus
tehete sooritamise põhimõtteline lihtsus
funktsionaalne ühtsus Boole ’i algebraga, mis on loogikalülituste peamine matemaatiline alus. Kahendsüsteem kuulub positsiooniliste arvusüsteemide hulka nagu kümnendsüsteemgi. Kahendarvu kohta nimetatakse bitiks. Vasakpoolseim koht on kõrgeim bitt ja parempoolseim madalaim bitt.
  • Boole funktsioonid ja nende esitus

Digitaalseadmete realiseerimise matemaatiliseks aluseks on valdavalt kahendloogika ja kahendfunktsioonid. Kahendfunktsioone saab esitada olekutabelite abil, kus 2n
(n- argumentide väärtuste võimalike kombinatsioonide arv) reas on antud kõikvõimalikud argumentide väärtused kombinatsioonid ja tabeli paremas veerus igale argumendikombinatsioonile vastav funktsiooni väärtus.
AND (JA, loogiline korrutamine , konjuktsioon )
OR (VÕI, loogiline liitmine , disjunktsioon)
NOT (EI, loogiline eitus , inversioon )
Teisendusvalemid:



 Mikroskeemide valmistamise tehnoloogiad
Esimesed digitaalsetest integraallülitustes kasutati lülituselementidena bipolaartransistore, sest nende valmistamise tehnoloogia oli rohkem arenenud. Hiljem aga osutus, et suure tihedusega lülituste tarbeks on unipolaarne e. väljatransistor palju sobivam . Viimaste valmistamine nõuab vähem tehnoloogilisi operatsioone ja vähem pinda ühe lülituselemendi kohta. Seetõttu valmistati esimesed mikroprotsessorid eranditult väljatransistoride baasil.
Vaatamata oma tehnoloogilistele eelistele jäävad väljatransistorid bipolaarsetele siiski alla töökiiruse poolest. See omakorda stimuleeris viimaste forsseeritud arendamist ning selline konkureeriv areng on kestnud tänapäevani. Tulemusena ei ole kumbagi tüüpi suudetud välja tõrjuda, küll on aga tekkinud nende erinevad rakendusalad.
Bipolaartransistoridel valmistatakse suure töökiirusega mikroprotsessorid, mälud ja mitmesugused abilülitused. Nende puuduseks on väiksem lülituselementide arv ühel kristallil ning seega ka tagasihoidlikumad funktsionaalsed võimalused. Teiseks oluliseks puuduseks on mitu suurusjärku suurem võimsustarve.
Väljatransistoridel on ehitatud suurem osa mikroprotsessoreid ja mäluelemente, mis nõuavad suurt elementide tihedust ning vähem võimsust. Puuduseks on oluliselt väiksem töökiirus.
Npn- bipolaartransistor : Räni-aluskristalli tekitatakse difusiooni teel n- ja p-piirkonnad, mis moodustavad transistori. Pärast difusiooniprotsesse kristalli pind oksüdeeritakse, mis annab väga hea SiO2-isoleerkihi. Kontaktpindade moodustamiseks jäetakse isoleerkihti maski abil sobivad avad. Ühendusjuhtmed moodustatakse alumiiniumist samuti fotolitograafia abil.
Bipolaartransistore kasutatakse põhiliselt kahte tüüpi lülituselementide valmistamiseks. Esimesteks on TTL-tüüpi loogikaelemendid ( transistor -transistor- loogika ), mis on väga levinud väikestes ja keskmistes integraallülitustes.
Maksimaalse võimaliku töökiiruse saavutamiseks tuleb kasutada transistore emittersidestuses, mis annab teise võimaliku loogikaelemendi tüübi ECL (emittersidestusloogika, Emitter-Coupled Logic ).
Töökiiruse suurendamiseks kasutatakse tihti ka kollektori ja baasi vahele lülitatavaid Schottky dioode, mis välistavad transistori mineku küllastusrežiimi. Loomulikult nõuavad need aga lisaruumi, suurendades elementide mahtu.
Suureks sammuks edasi elemenditiheduse tõstmisel (paraku küll töökiiruse arvel) oli nn. IIL-tehnoloogia ( Integrated injection logic). Selle kohaselt moodustatakse ühe kompleksina kaks transistori, mis toimivad ühise, voolu ümberlülituva elemendina. Taoline element võimaldab hõlpsasti moodustada loogikalülitusi ning TTL-tüübiga võrreldes saavutatakse umbes 100 korda suurem tihedus. Märkimisväärne on IIL-elementide väike võimsustarve, sest tööpinge on madal; selle määrab pingelang avatud siirdel. Elemendid säilitavad oma töövõime kuni üliväikeste pingeteni, selle juures aga väheneb nende töökiirus mitu suurusjärku.
Et väljatransistore nimetatakse tihti MOS-transistorideks ( metall - oksiid pooljuht), kannab ka valmistamisviis nime MOS ( Metal -oxyde- semiconductor ). MOS transistorid võivad erineda kanalit juhtivustüübilt. Seejuures on p-kanaliga transistorid lihtsamad valmistada ning seetõttu kasutati neid esimestes mikroprotsessorites valdavalt. Nende töökiirus on aga n-kanaliga transistoridega võrreldes oluliselt väiksem, sest aukude liikuvus on tunduvalt madalam elektronide liikuvusest. Seetõttu on tänapäeval p-kanaliga MOP transistoridest praktiliselt loobutud n-kanaliga seadiste kasuks.
Oluliselt õnnestus loogikaelementide voolutarvet vähendada, kui võeti tarvitusele komplementaarlülitused. Siin on loogikaelemendil koormustakistuseks teine, vastupidise juhtivustüübiga transistor. Tulemusena saadakse element, mis jõudeseisus üldse voolu ei tarbi (avatud on alati ainult üks transistoridest). Energiat kulub ainult parasiitmahtuvuste ümberlaadimiseks elemendi ümberlülituse hetkel. Komplementaarlülituse ( CMOS ) äärmiselt väike voolutarve võimaldab neid väga edukalt kasutada näiteks käekellades. Puuduseks on asjaolu, et transistore läheb vaja kaks korda rohkem, ka on töökiirus väiksem.
Enamkasutatavaid kombinatsioonskeeme
  • välistav või (eXclusive-OR)

Kui kaks signaali on võrdsed annab XOR element väljundsignaaliks 0 ja 1, siis kui signaalid ei ole võrdsed. Kasutatakse komparaatoris võrdlemaks kahte sisendsõna.
  • multiplexor (Multiplexers)
siinide e. magistraalide kommuteerimiseks kasutatakse multipleksorit. Multipleksor võimaldab valida ühe mitmest siinist ja ühendada selle oma väljund siiniga. Sõltuvalt dekoodri sisendkoodist suunatakse JA-elemendi kaudu üks sisendsignaalidest läbi VÕI-elemendi väljundisse. Dekoodri sisendkood on multpleksori juhtkoodiks.

Kahe biti liitmisel on sisenditeks a ja b ning ülekanne madalamast bitist kõrgemasse ( carry out). Väljundiks on summa ning ülekanne omakorda kõrgemasse bitti (carry in). Summaator on moodustatav JA, VÕI ning EI-elementidest.
pool- ja täissummaatorid, paraleel - ja järjestikülekandega, kiireülekanne, lahutajad.
Arvuti loogikalülitus, mis on ette nähtud arvkoodi aritmeetiliseks summeerimiseks. (kahe arvu liitmiseks, summaatori osavõtul toimub ka lahutamine, korrut, jagam s.t taanduvad liitmisele ja nihutamisele). Poolsummaator - 2sis 2välj skeem, ei võta arvesse madalamast jägrust toimuvat ülekannet. Täissummaator - 3sis ja 2välj võtab arvesse. Jadasummaator - mitmekohalised arvud liidetakse bitikaupa. Rööpsummaator - liidetakse kõik bitid korraga. Jadaülekandega - ülekandeväljundid ühendatakse kõrgemate naaberkohtade ülekande sisenditega , aeglasem , aga vähem rauda. Rööpülekandega - ülekandesignaal jõuab kõigisse ülekandega haaratud pesikuisse praktiliselt üheaegselt. Palju rauda. Lahutajad - lahutamine on täiendkoodi liitmine. otsekood (0100) > pöördkood( 1011 ) > täiendkood(1100) (eelmisele 1 liita). Kiire ülekanne - jadarööpülekanne. pesikud jaotataksegruppidesse. Gruppide vahel võimalik:
1) jadaülekanne gruppides ja rööpülekanne gruppide vahel
2) vastupidi

  • ALU ( Arithmetic-Logic Unit )
Teostab aritmeetika ja loogikatehteid. Multipleksor valib vastavalt etteantud koodile ühe kindla funktsiooniga sisenditest ja suunab väljundisse. Selle lülituse alusel võib koostada mitmebitiseid mitmefunktsioonilisi aritmeetika-loogika-plokke. Aritmeetikatehete operandide ja tulemuste salvestamise jaoks on otstarbekas kasutada registreid ning suunamised registritest ALU sisenditesse ja ALU väljundist registritesse teostada multipleksorite ja demultipleksorite abil. ALU väljundsignaale – liitmisel või nihutamisel ülekandena kõrgeimast bitist tulevad CO (carry out) ja madalaimast bitist allapoole väljanihkuvad LSB-d (last significant bit) – saab kasutada sisendsignaalidena CI (carry in) ja MSB (most significant bit) ALU töö samal sammul. Näiteks CO suunamisel CI-sse realiseerime ringülekande, LSB suunamisel MSB-sse toimub ringnihe jne. CO ja MSB väärtusi võib salvestada ka trigerite abil ja kasutada ALU töö järgmisetel sammudel. Peale selle on osutunud otstarbekaks registreerifa tehte tulemuse muidki tunnuseid, milledest tähtsamad on ületäitumine, mis paljudel juhtudel vastab CO-le, nulltulem, negatiivne tulem, väljanihkunud biti väärtus C jt.
Tunnuste salvestamiseks rakendatakse trigereid , mille olekuid kasutab nii ALU ise kui ka tema juhtplokk. Kirjeldatud tunnusbitte nimetatakse sageli lippudeks (flag) ja nad kuuluvad funktsionaalselt ALU juurde.
  • dekooder (Decoder)

võimaldab identifitseerida sisendis olevat kahendkoodi. N-sisendilisel dekoodril on nn. täieliku dekoodri korral kuni 2n väljundit. Dekooder on lihtsasti koostatav ja-elementidest. Sõltuvalt sisendkoodist on ainult ühel väljunditest signaal 1, ülejäänutel signaal 0.

Teisendab näiteks 2nd koodi 10nd koodiks. B3B2B1B0 > D1D0 1101 > 0001 0011
Enamkasutatavaid järjestikskeeme
triger on elementaarne salvestuselement, millel on kaks stabiilset olekut. Ühele olekule omistatakse leppeliselt kahendväärtus 1, teisele olekule 0. Erinevalt loogikaelementidest ei sõltu trigeri olek mingil hetkel mitte ainult sisendite väärtustest sellel hetkel, vaid olulisemad on hoopis trigeri endine olek ja eelmised sisendiväärtused.
Latch triger koosneb VÕI-EI- elementidest (NOR). Kui triger on ühes oma stabiilsetest olekutest, nii et Q( katusega )=1 ja Q=0, mis vastab trigeri 0-olekule. Sisendites signaal puudub, s.o. S=R=0. Et Q=0, hoiab vastav inverteeritud signaal alumise VÕI-elemendi sisendi kaudu viimase väljundis Q(katusega) pidevalt signaali. Ülemise VÕI-elemendi sisendid on aga mõlemad väärtusega 0, mistõttu ka väljundis puudub signaal. Trigeri viimiseks vastupidisesse olekusse piisab lühiajalisest signaalist sisendisse S (S=1). Selle mõjul tekib VÕI-elemendi väljundis signaal (Q=1), mis inverteerituna satub alumise VÕI-elemendi sisendisse. Nüüd on selle VÕI-elemendi mõlemad sisendid väärtusega 0 ning signaal väljundis Q(katusega) kaob (=0). Signaal Q(katusega) = 0 antakse inverteeritult ülemise VÕI-elemendi sisendisse, mis jääb hoidma selle elemendi väljundil signaali Q=1 ka signaali S kadumisel.
Latch triger võib koosneda ka JA-EI-elementidest (NAND). Võrreldes Latch-trigeriga on siin erinevus sisendsignaalides. Stabiilseks seisuks on vaja, et S(katusega)=R(katusega)=1; trigeri oleku muutmine on võimalik signaalidega S(katusega)=0 ja R(katusega)=0. Olgu trigeri algseis Q=0, Q(katusega)=1, R(katusega)=S(katusega)=1. Selline oleks on stabiilne, sest ülemise JA-EI-elemendi mõlemas sisendis on signaal 1, mistõttu väljundis Q on 0; kuna väljund Q on ühendatud alumise JA-EI-elemendi sisendiga, siis hoitakse selle elemendi väljundit Q(katusega) stabiilselt olekus 1. Signaali S(katusega)=0 tekkimisel lülitub väljund Q ümber olekusse 1, mille tagajärjel alumise JA-EI-elemendi mõlemad sisendid saavad signaali 1 (Q=1 ja R(katusega)=1) ning väljundis Q(katusega) tekib 0. Signaali S(katusega)=0 kadumisel stabiilne olek säilib, sest alumise JA-EI-elemendi mõlemad sisendid on väärtusega 1, mistõttu Q(katusega)=0 ja ülemise JA-EI-elemendi üks sisend (Q(katusega)) on väärtusega 0, nii et väljundis tekib Q=1.
Lisades trigerile takti ( clock ) võib muuta trigeri olekut teatud hetkel. Takt on lisasisend, mis üldjuhul on 0 ning sel juhul on mõlema JA-elemendi väljund 0, hoolimata S ja R-st ning triger ei muuda olekut. Kui takt on 1, siis ta mõju JA-elementidele kaob ning triger muutub tundlikuks S-st ja R-st. Clocked D latch eemaldab taktiga trigeri puhul esineva mitmetähenduslikkuse (kui S=R=1). Clocked D latch trigeril on ainult üks sisend ja see on D, mis annab loogikaelementidele väärtuse ning alumise JA-elemendi ette on pandud D eitus.
Flip/flop trigeri puhul üleminek ühest olekust teise ei toimu kui takt on 1 vaid momendil kui takt läheb üle nullilt ühele (esifront) või ühelt nullile (tagafront).



N- bitise kahendkoodi salvestamiseks on vaja n trigerit, mis moodustavadki registri. Registreid ühendavad JA-elemendid, mis võimaldavad edastada koode ühest registrist teise. Registriks nim trigeritest koosnevat seadet , mis võimaldab salvestada, säilitada ja taasesitada infot (sõna kaupa). Igale registrisse salvestatud sõna bitile vastab registri koht (pesik?). Nihkega ehk jadaregister - trigerid ühendatud omavahel nihkeahelaga. Nihe paremale on madalamate bittide suunas ja vasupidi. Arvu nihutamine paremale tähendab ta jagamist arvusüsteemi alusega. Nihkereg võimaldab teisendada infi järjestikuselt kujult paralleelsele kujule ja vastuidi. Reverssiivne - nihkeregister, mis suudab nihet nii paremale kui vasakule. Ilma nihketa ehk rööpregistrisse salvestatakse info rööpkoodis, n-kohalise arvu jaoks n-trigerit.
In general, a counter is a device which stores (and sometimes displays) the number of times a particular event or process has occurred often in relationship to a clock. In practice , there are two types of counters:
*up counters which increase (increment) in value
*down counters which decrease (decrement) in value.
kahend , kümnend, suvalise mooduliga, sünkroonne, asünkroonne, jne.
Nim impulsside loendamiseks ettenähtud loogikalülitust. Loendur on register , millesse salvestatud arv sisendile antud signaali mõjul suureneb ühe võrra. Summeerivad-loendavad päripidi, Lahutavad-loendavad tagurpidi (reverssiivne), sõltuvalt info ülekandmise viisist jaot. nad jada- ja rööpülekandega loendureiks. Kahendloendur - kahepositsiooniliste trigeritega. Lihtsaim loendustriger moodustab kahendloenduri järgu. Loendustegur=2n (n-loendurikohtade arv). Kümnendloendur - loendab järjest 2nd koodi 0...9. Sünkroonne - ehk rööpülekandega, toimub trigeritevaheline signaali ülekandmine kõigi astmete jaoks üheaegselt, mistõttu ei teki hilistumist. Asünkroonne - ehk jadaülekanne, loenduri puuduseks on signaalide ülekandmisel tekkiv hilistumine, mis suureneb koos loenduri astmete arvuga. Hilistumine võib ületada takti kestvuse .
Protsessor
  • Protsessori üldstruktuur

CPU (Central Processing unit) on arvuti aju. Selle ülesandeks on viia täide programme , mis on salvestatud peamälus (main memory ), võttes käske, uurides neid, ja täites neid üksteise järel. Komponendid on ühendatud üksteisega siiniga, mis on kogum paralleeleseid juhtmeid aadresside , andmete ja kontrollsignaalide vahendamiseks. Siinid võivad olla nii välised CPU-le, ühendades seda mälu ja sisend/väljund seadmetega, kui ka sisesed .
CPU koosneb mitmest osast. Juhtautomaat on vastutav käskude võtmise ees peamälust ja nende tüübi kindlakstegemisel. Aritmeetika-loogika üksus sooritab operatsioone nagu liitmine ja loogiline korrutamine.
CPU sisaldab ka väikseid, kõrg-kiirusel mälusid salvestamaks ajutisi tulemusi ja teatud kontroll (juhtimis) informatsiooni. See mälu koosneb teatud arvust registritest, millest igaüks on teatud suuruse ja funktsiooniga. Tavaliselt on kõik registrid ühesuurused. Iga register saab sisaldada üht numbrit, kuni teatud maksimumini, mis on määratud registrite suurusega. Registritest saab lugeda ja kirjutada väga suurel kiirusel, sest need asuvad CPU sees.
    • käsuloendur (PC - Program Counter, IP - Instruction Pointer)
Kõige tähtsam register, mis osutab järgmisele instruktsioonile, mis on vaja kinni püüda ja täide viia. Tegelikult ei loe see register midagi, nimi on natuke rappaviiv.
    • käsuregister (IR - Instruction Register)
Ka üks tähtis register, mis sisaldab (omab) instruktsiooni, mida antud hetkel täide viiakse.
    • käsudekooder (Instruction Decoder)
Complex circuitry in the CU designed to decode (interpret) any instruction in the computer's machine code repertoire.
Juhtautomaat on vastutav käskude võtmise ees peamälust ja nende tüübi kindlakstegemisel
    • operatsioonautomaat (Data Path )
Koosneb registritest, ALU-st ja mitmest siinist, mis ühendavad eelnimetatuid. Registrid söödavad andmeid ette kahele ALU sisend registrile. Need registrid hoiavad ALU sisendeid seni kuni ALU arvutab.
Operatsiooniautomaat on operatsiooniseadme osa, milles realiseeritakse mikrokäskudega ettenähtud elementaartegevusi. Taidab järgmisi finktsioone: infosõnade salvestamine , mikrooperatsioonide sooritamine ja loogikatingimuste arvutamine. ALU sooritab aritmeetika ja loogikatehteid. Registermälu - trigeritest koosnev mäluseade. CPUs on registrid andmete, vahetulemuste või juhtinformatsiooni hoidmiseks
  • Käsu täitmine protsessoris (Instruction Execution, fetch-decode-execute cycle )

Protsessor (CPU) viib täide iga käsu väikeste sammude seeriana. Umbkaudu on need sammud järgmised:
  • Järgmise käsu haaramine käsuregistrisse
  • Muuta käsuloendurit, nii et ta viitaks järgmisele käsule
  • kindlaks teha saadud käsu tüüp
  • kui käsk kasutab sõna mis on mälus, siis kindlaks teha, kus see asub.
  • Haarata see sõna, kui tarvis, siis CPU registrisse
  • täita antud käsk
  • mine 1. sammu juurde ja alusta järgmise instruktsiooni täitmist.
    Nimetatakse seda fetch-decode-execute tsükliks.
    • CISC - (Complex Instruction Set Computer) selline protsessor võib ühe instruktsiooni raames teha mitu erinevat mikrooperatsiooni. CISC protsessorile kirjutatud programmid on mahult väiksemad ning ühtlasi on neid masinkoodis ka suhteliselt lihtne kirjutada.
    • RISC - (Reduced Instruction Set Computer) selline protsessor aga toimetabki üksnes võimalikult lihtsate mikrooperatsioonidega. RISC protsessorile kirjutatud programmid vajavad rohkem mälu, sest kõik mikrooperatsioonid tuleb eraldi kirja panna, ühtlasi on selliseid programme masinkoodis ka raskem kirjutada kui CISC-le.

    RISC – Reduced Instruction Set Computer vs CISC – Complex Instruction Set Computer
    RISC – väike arv lihtsaid käske, mis viiakse täide ühe operatsiooniautomaadi tsükli jooksul (haarates kaks registrit , neid omavahel kombineerides, liites, lahutades AND- ides , ja salvestades tulemus tagasi registrisse). Argument RISC’i kasuks arvati olevat, et isegi kui RISC masin võtab neli või viis käsku, mida CISC masin teeks ühe instruktsiooniga, RISC masin teeks seda ikkagi 10 korda kiiremini (sest instruktsioonid ei ole interpreteeritud).
    RISC:
  • suhetliselt vähe käske (eelistatavalt alla 100) ja vältida tuleb keerulisi käske
  • vähe adresseerimise viise (eelistatavalt üks või kaks)
  • vähe erinevaid käsu formaate (eelistatavalt üks või kaks), et kiiredada dekodeerimist
  • kõik käsud tuleb täita otse riistvaras ühe taktiga, ilma mikroprogrammita
  • maksimaalne käskude täitmise kiirus, mis viib paralleelsuseni
  • ainult LOAD ja STORE käsud pöörduvad mälu poole
  • võimas register mälu (ulatudes32 kuni 132-ni), et võimalikult palju oleks register-register tüüpi käske ja vähe pöördumisi mälu poole
  • jäiga loogikaga (hardwired) juhtautomaat, mis võib ka tehnoloogia arenedes asenduda mikroprogrammeeritavaga
  • efektiivne andmevahetus alamprogrammidega
  • efektiivne käskude järjekorra juhtimine (siirded ja alamprogrammid )
    • Konveier protsessoris (Pipeline)

    Käskude haaramine on kitsaskoht käskude täitmise kiiruse jaoks. Selle probleemi leevendamiseks on arvutitel oskus haarata käske mälust ettenägelikult, et nad oleks olemas, kui neid on tarvis. Neid instruktsioone salvestatakse registris mida kutsutakse prefetch buffer (puhvermälu register?). Nüüd, kui on käsku vaja, saab seda võtta puhvermälust selle asemel, et oodata kuni seda mälust loetakse.
    Nõnda jagatakse käskude täitmine kahte ossa : käsu haaramine/saamine ja selle tegelik täitmine. Konveieri kontseptsiooni kohaselt ei jagata käsu täitmist ainult kahte ossa, vaid mitmesse ossa, millest iga ühega käib ümber teatud osa riistvarast, mis kõik töötavad paralleelselt.
    Näiteks 1 etapp haarab käsu mälust ja paneb selle puhvermälu registrisse kuni seda vajatakse. Etapp 2 dekodeerib käsu, määrates selle tüübi ja selle, mis operande tal vaja läheb. Etapp 3 määrab kindlaks operandide asukohad ja võtab nad kas registrist või mälust. 4. etapp sooritab käsu lastes operandid läbi operatsiooniautomaadi. 5 etapp kirjutab tulemuse õigesse registrisse.

    Pipelined machines must fetch the next instruction before they have completely executed the previous instruction. If the previous instruction was a branch, then the next-instruction fetch could have been to the wrong place. Branch prediction is a technique that attempts to infer the proper next instruction address, knowing only the current one. Typically it uses a Branch Target Buffer (BTB), a small, associative memory that watches the instruction cache index and tries to predict which index should be accessed next, based on branch history. Optimizing the actual algorithm used in retaining the history of each entry is an area.
    • Peidikmälu, vahemälu (Cache).
    Põhimälus paiknevad täitmise ajal programm ja temaga seotud andmed. Programmi kiire täitmise üheks eelduseks on suure ja kiire põhimälu olemasolu. Mida suurem on põhimälu, seda väiksemaks jääb võimalus, et ülesande lahendamiseks vajalikku informatsiooni tuleb osaliselt hoida tunduvalt aeglasemas massmälus. Põhimälu töökiirus ja protsessori jõudlus on seotud seetõttu, et operatsioonid põhimäluga moodustavad protsessori tööst suure osa. Kui põhimälust lugemine ja põhimällu kirjutamine toimuvad aeglaselt, muudab see kogu protsessori töö aeglaseks.
    Kuna põhimälu suurusele erilist alternatiivi ei ole, siis mälumahud üldiselt suurenevad järjekindlalt. Põhimälu töökiirus tõuseb seejuures suhteliselt tagasihoidlikumalt. Põhjused on tehnilised ja majanduslikud. Põhimälu suhtelise aegluse kompenseerimiseks kasutatakse vahemälu. Vahemälu idee seisneb väikese ja kiire, põhimälust eraldiseisva mäluseadme kasutamises, kus hoitakse muidu põhimälus asuvaid käske ja andmeid, mida protsessor parajasti kasutab. Idee kohaselt võiks sagelikasutatav informatsioon asuda pidevalt vahemälus, harvemini vajaminev informatsioon toodaks sinna töötluse ajaks. Protsessor suhtleks ainult kiire vahemäluga.
    Nimetatud idee rakendamine on võimalik teatud seaduspärasuste tõttu, mis esinevad põhimälus asuva informatsiooni kasutamises protsessori poolt. Näiteks suur osa programmist asub mälus täitmisjärjekorras, osa käske täidetakse korduvalt, mõningaid andmeid kasutatakse korduvalt jne. Need asjaolud lubavad protsessorile vajaliku informatsiooni toimetada õigeaegselt põhimälust vahemällu. Tänapäevaste vahemälusüsteemide kasutamise efektiivsus ulatub 90%-ni ehk üheksakümnel juhul sajast mälu poole pöördumisest leiab protsessor otsitava informatsiooni kiirest vahemälust. Kui vajalikke andmeid vahemälus ei leidu, järgneb lugemine aeglasemast põhimälust.
    Tänapäeval realiseeritakse vahemälu tihti kahes osas. Väiksem ja kiirem vahemälu, mida nimetatakse ka L1-vahemäluks (Level 1 Cache), on reeglina protsessori üheks struktuuriüksuseks. Suurem ja aeglasem L2-vahemälu võib olla nii protsessori koostisosa kui eraldiasuv elektronlülitus. L1-vahemälude maht ulatub käesoleval ajal kuni 64 KB-ni, L2-vahemälud mahutavad kuni 1MB informatsiooni.
    Vahemälude kasutamine annab vastuvõetavate kulutustega märkimisväärse arvutisüsteemi jõudluse kasvu.
    Arvuti mälu
    • Mälu hierarhia arvutis (Memory hierarchy)

    Mälu hierarhia tipus asuvad registrid, millele pääseb ligi kõige kiiremini. Järgmisel kohal on vahemälu (cache). Põhimälu on järgmisel kohal ja peale teda tulevad kõvaketas, CD-ROM ja lint . Allapoole liikudes suureneb pöördumise aeg ning mälu maht.

    Arvuti mälu jaguneb suvapöördusmäluks (RAM) ja jadapöördusmäluks. Viimane jaguneb magnet- ja optiliseks mäluks. Magnetmälu jaguneb säilivaks mullmäluks, floppy-ks, kõvakettaks, magnetkettaks ja lindiks. Optilised mälud on CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, magnetoptiline ja holograafiline. Suvapöördusmälu e. RAM jaguneb pooljuhtmäluks ja magnetmäluks, mis jaguneb ferriitmäluks. Pooljuhtmälu jaguneb mittesäilivaks ja säilivaks mäluks. Mittesäilivad mälud on staatiline RAM ja dünaamiline RAM, säilivad mälud on ROM, PROM, EPROM , EEPROM ja FlashEPROM.
    • Staatiline pooljuht suvapöördusmälu (Static RAM)

    Staatilised muutmälud on kiired mälud, mis toitepinge olemasolul säilitavad salvestatud informatsiooni kuitahes kaua. Samas sisaldavad need mäluskeemid arvukalt komponente, võtavad palju ruumi ja on suhteliselt kallid. Seepärast kasutatakse suuremate mälumahtude korral üldiselt dünaamilisi muutmälusid.
    Mälu nimetatakse staatiliseks, sest salvestatud informatsioon säilib seal ka pärast mälust lugemist, püsides kuitahes kaua, kui mäluelemendile on rakendatud toitepinge. Kui sisendi-väljundi juhtimise signaal R/W=1, siis on tegemist lugemisega, kui R/W=0, siis on tegemist mällu kirjutamisega. Signaali CS(katusega) kasutatakse selleks, et üldse lubada mälukiibist bitti lugeda või sellesse kirjutada. OE(katusega) avab andmesiini puhvrid. Kasutatakse lülitusi, mis on sarnased D flip-flop trigerile.
    • Dünaamiline pooljuht suvapöördusmälu ( Dynamic RAM)

    Dünaamiliste muutmälude tööpõhimõte on lihtne. Informatsiooni hoidmiseks kasutatakse kondensaatorit. Ühe infobiti kahele loogilisele olekule vastavad siis laetud ja laadimata kondensaator . Skeemilistel ja tehnoloogilistel põhjustel moodustavad ühe mäluelemendi kondensaator ja transistor, kusjuures kondensaatorina on põhimõtteliselt võimalik kasutada transistori kahe viigu vahelist mahtuvust, mis igal väljatransistoril konstruktsiooni eripära tõttu juba paratamatult eksisteerib.
    Oluliseks erinevuseks staatilise mäluelemendiga võrreldes on see, et informatsioon säilib mälupesikutes vaid lühikest aega ja seda on vaja pidevalt uuendada ehk regenereerida. Regenereerimise ajal ei ole tavaline lugemine ega kirjutamine võimalik, samuti ei saa regenereerimist alustada lugemise või kirjutamise tsükli ajal. Regenereerimishetke kindlaksmääramine, kõigi rea-aadresside etteandmine, lugemise ja kirjutamise blokeerimine jms. teevad dünaamiliste pooljuhtmälude kasutamise võrreldes staatilise mäluga keeruliseks, sest nad nõuavad erielemente.
    Koosneb massiivist elementidest, mis omakorda koosnevad transistorist ja kondensaatorist. Kõrge tihedusega (palju bitte ühe kiibi kohta), seetõttu on ka põhimälu enamasti ehitatud dünaamilistest RAM-idest, kahjuks on sel ka oma hind, mis väljendub nende aegluses.
    • Püsimälu (ROM - Read Only Memory)

    ROM on mõeldud paljukordseks informatsiooni lugemiseks; info on püsimällu salvestatud eelneva spetsiaalse tehnoloogilise protsessi käigus. PROM on programmeeritav püsimälu. Tema püsimälu sisu saab programmeerida kas tehases tema integraallülituste valmistamise käigus vastavate tehnoloogiliste maskidega, või mikroprotsessorisüsteemide koostaja poolt spetsiaalseid programmaatoreid kasutades. EPROM on ümberprogrammeeritav püsimälu. Neid elemente programmeeritakse samuti spetsiaalsete programmaatorite abil, kuid säilitatavat informatsiooni on võimalik elektriliselt või ultraviolettkiirgusega kustutada ja seejärel mäluelementi uuesti programmeerida. EEPROM-I puhul saab informatsiooni kustutada impulsside abil. EEPROM-I on lihtsam ümberprogrammeerida kui EPROM’I, kuid nad ei ole nii kiired kui viimane. FlashEEPROM on blokk -kustutatav ja -uuesti kirjutatav. Kustutamiseks ei ole seda tarvis ahelast eemaldada. Kasutatakse digikaamerates näiteks.
    Andmed säilivad ka siis, kui masin välja lülitada.
    • Magnet mäluseadmed (Magnetic memory)

    Magnetketas koosneb ühest või mitmest alumiiniumtaldrikust, mis on kaetud magnetiseeritava kattega. Ketta pea sisaldades induktsioonipooli hõljub pinna kohal õhupadja peal. Kui positiivne või negatiivne vool läheb läbi pea, siis see magnetiseerib pinna otse pea all, reastades magnetilised osakesed otsaga vasakule või paremale poole vastavalt draivi voolu polaarsusele. Kui pea läheb üle magnetiseeritud ala, positiivne või negatiivne vool indutseeritakse peas, tehes võimalikuks eelnevalt salvestatud bittide lugemine.


    CAV ( Constant Angular Velocity )
    -püsiv pöörlemiskiirus. CD-ROM seadmete tööprintsiip, mille puhul ketas pöörleb alati ühesuguse kiirusega sõltumata sellest, kas infot loetakse tema sisemiselt või välimiselt osalt.
    CLV (Constant Linear Velocity)
    Väiksema kiirusega CD-ROM lugejates on pöörlemiskiirus muutuv ja seda väiksem, mida kaugemalt ketta keskkohast lugemine parajasti toimub, sest seda rohkem infot ühele täistiirule mahub . Nii saavutatakse püsiv info ülekandekiirus, mis näiteks heliplaadi jaoks on ka hädavajalik.

    Omadused

    Constant Linear Velocity (CLV)
    Constant Angular Velocity (CAV)
    Seadme pöörlemis kiirus
    Muutuv
    Fikseeritud
    Ülekande kiirus
    Fikseeritud
    Muutuv
    Kasutusala
    Tavalised , vanemad CD-ROM seadmed
    Uued ja kiired CD-ROM seadmed, kõvakettad, disketi seadmed



    · seadmed


    kõvaketas

    Pöörlemiskiirus


    Pöörlemiskiirus näitab kui kiiresti kõvaketta plaadid pöörlevad. Tavaliselt kiirused 3600 , 4500 , 5400, 7200, 10000 RPM.
    Ülekande kiirus.
    Sisemine ülekande kiirus ( Internal transfer rate ) - kui kiiresti suudab lugemispea saata infot kontrollerile.
    Burst ülekandekiirus (Burst transfer rate) näitab liidese ülekande kiirust.
    Pidev ülekande kiirus (Sustained transfer rate) näitab kui kiiresti liigub info arvuti ja draivide vahel teatud kindala aja jooksul keskmisel.
    Keskmine päringu kiirus ( access time) = Keskmine otsimisaeg (seek time) + varjatud otsimisaeg ( latency )
    Otsimisaeg (seek time) näitab kaua võtab lugeja peal aega, et jõuda õigele rajale (tavaliselt 10 ja 15 millisekundit).
    Varjatud otsimisaeg (latency) näitab, kaua võtab kõvakettal aeg, et pöörata plaate nii, et pea jõuakse mööda rada liikudes õige punktini, kuhu info on salvestatud.

    Kõvaketta liidesed


    IDE- (Integrated Drive Electronics või Intelligent Drive Electronics). Personaalarvutite enimlevinud kõvakettaliides.
    Paralleelnimetus ATA (AT Attachment, eesti k. AT ühendus). Lubab maksimaalset andmete ülekandekiirust 8,3 MB/s. IDE puhul tekivad probleemid
  • 80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla
    Vasakule Paremale
    Exami materajal #1 Exami materajal #2 Exami materajal #3 Exami materajal #4 Exami materajal #5 Exami materajal #6 Exami materajal #7 Exami materajal #8 Exami materajal #9 Exami materajal #10 Exami materajal #11 Exami materajal #12 Exami materajal #13 Exami materajal #14 Exami materajal #15 Exami materajal #16 Exami materajal #17 Exami materajal #18 Exami materajal #19 Exami materajal #20 Exami materajal #21 Exami materajal #22 Exami materajal #23 Exami materajal #24 Exami materajal #25 Exami materajal #26 Exami materajal #27 Exami materajal #28 Exami materajal #29 Exami materajal #30 Exami materajal #31 Exami materajal #32 Exami materajal #33 Exami materajal #34 Exami materajal #35 Exami materajal #36 Exami materajal #37 Exami materajal #38 Exami materajal #39 Exami materajal #40 Exami materajal #41 Exami materajal #42 Exami materajal #43 Exami materajal #44 Exami materajal #45 Exami materajal #46 Exami materajal #47 Exami materajal #48 Exami materajal #49 Exami materajal #50
    Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
    Leheküljed ~ 50 lehte Lehekülgede arv dokumendis
    Aeg2009-10-29 Kuupäev, millal dokument üles laeti
    Allalaadimisi 199 laadimist Kokku alla laetud
    Kommentaarid 2 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
    Autor Stanislav Tsvetajev Õppematerjali autor

    Lisainfo

    Materjalis on kõik, et läbida ainet Arvuti
    Arvuti riistvara matemaatilised alused

    arvutid , materjal , riistvara

    Mõisted

    kahendarvu kohta, oluliseks puuduseks, väljatransistoridel, npn, iil, siinide, dekoodri sisendkood, poolsummaator, täissummaator, rööpsummaator, jadaülekandega, rööpülekandega, lahutajad, aritmeetika, alu väljundsignaale, kirjeldatud tunnusbitte, triger, ülemise või, nihe paremale, reverssiivne, ilma nihketa, loendur, summeerivad, kahendloendur, kümnendloendur, juhtautomaat, aritmeetika, operatsiooniautomaat, registermälu, cpus, risc, kirjutatud programmid, risc, risc, risc, register, käskude haaramine, jaguneb magnet, floppy, suvapöördusmälu, mittesäilivad mälud, staatilised muutmälud, rom, eprom, eeprom, ide, kettad ise, striimer, striimerist, striimeri mõõtmed, caleb uhd144, tavapärase mälutehnoloogia, pooljuhtmälud, slm, oluline omadus, push, pinu, aritmeetika, indekseerimine, vahetu adresseerimine, otsene adresseerimine, antoinkreventne adresseerimine, lifo, autodekrementne, segmenteerimine, adresseerimine indekseerimisega, a baseeerimisega, suhteline adresseerimine, lihtsaim siinikontroller, andmesiin, andmesiinid, juhtsiin, siinidraiver, korraga ühe, akumolaator, olekusõna, siinikontroller, andmevahetus katkestustega, otsepöördusreziim, mikroprotsessoriks, akumulaator, pinumäluviit, spetsiaalste sisend, programme, kontrolleri ülesandeks, kontrolleri ülesandeks, otsemälukanali kontroller, klaviatuuridel, hiir, anduriteks, hiireelektroonika pöörde, mitmed hiired, ibm, graafika programmides, lohistamine, optilis, juhtmeta hiired, juhthoob, üheks eriliigiks, elektroodid, ekraani esi, pinge rakendamiseks, igat värvi, õisprinterite ketaspea, tavaliste 9, odavamatel mudelitel, valgusdioodprinteris, laser, win, tindipritsimis, saadavad värvitoonid, osavärvid, plotter, arvuti põhikasutajaks, plotteritel, väiksematel plotteritel, kõnekeeles, lisaaparatuuri, modemi erikujuks, telefenijuhe, paarsuskontroll, puuduvad stardi, stopp, modemside kasutamisel, kontrollsumma, lihtsamalt öeldes, fsk, vastavaid detekteerimis, 42bis, mnp5 protokoll, mnp, analoog, hetkelisi voolukatkestusi, ups, upsil, akud, filtreid, soft, surge, cold start, alalis, mõnele ups, ups, analüüs ise, seotud sisend, traditsioonilised sisend, ebatraditsioonilisi ülesandeid, võrreldes pc, katsetamise ajal, pld, programmeeritav loogika, maatriks, vendor, the space, by turning, pakuvad fpga, fpga, boundary

    Meedia

    Kommentaarid (2)

    viagros profiilipilt
    viagros: oh. aine on kahel aastal järjest MI olnud. tuleb tänavu üritada kordussooritust.
    17:14 03-01-2010
    virgok profiilipilt
    virgok: ohoh väga ! Tuleb väga kasuks!
    22:31 28-03-2010


    Sarnased materjalid

    76
    doc
    Arvutid I eksami materjal
    74
    pdf
    Arvutid 1 eksam
    100
    docx
    Arvutite eksam
    38
    docx
    Arvutid kordamisküsimused
    40
    pdf
    Eksami konspekt
    17
    pdf
    Arvutid I eksamipiletid 2013
    25
    doc
    Arvutid I eksamipiletid ja vastused
    26
    docx
    IAF0041 eksamipiletite vastused-mälud ja trigerid



    Faili allalaadimiseks, pead sisse logima
    Kasutajanimi / Email
    Parool

    Unustasid parooli?

    UUTELE LIITUJATELE KONTO MOBIILIGA AKTIVEERIMISEL +50 PUNKTI !
    Pole kasutajat?

    Tee tasuta konto

    Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun