arkitektura dhe organizimi i kompjutereve - dr.edmond beqiri

UN

IV

E

RSI T

ETI I PRISH

TIN

ES

UN

IVERSITAS STUDIORUM P

RISH

T

INIE

NSIS

UNIVERSITETI I PRISHTINS FAKULTETI ELEKTROTEKNIK

Dr. Edmond Beqiri

ARKITEKTURA DHE ORGANIZIMI I KOMPJUTERVE

(Ligjrata t autorizuara 2003/2004)

Prishtin, 2004

2 Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterve

2

Prmbajtja: When a Manet andthan you have to do one and one game with an active in one of the movie

about a month than on a

Dr. Edmond Beqiri..........................................................................................................1

HARDVERI KOMPJUTERIK ...............................................................................................3

1.1. Karakteristikat e sistemit kompjuterik ..........................................................................3

1.2. Zhvillimi i tekniks kompjuterike ................................................................................3 1.3. Mnyrat e llogaritjes ....................................................................................................3 1.4. Historiku i zhvillimit t hardverit kompjuterik .............................................................4

1.4.1. Paisjet mekanike q i paraprin zbulimit t kompjuterit .........................................4 1.4.2. Kompjutert e pare mekanik anolog dhe digjital ........................................................6 1.4.3. Kompjutert e bazuar n gypa elektronik .................................................................7

1.4.4. Kompjutert e bazuar n transistor dhe n qarqe t integruara ..............................8 Fig.343Transis- ..........................................................................................................................8

1.4.5. Kompjutert e bazuar n teknologji mikroelektronike ...............................................9 1.5. ANATOMIA E KOMPJUTERIT ............................................................................... 11

1.5.1. Procesori-pjesa qenndrore e kompjuterit ................................................................. 12

1.5.2. Mikroprocesort dhe mikrokompjutert................................................................... 13 KLASIFIKIMI SIPAS FLYNN-IT ....................................................................................... 15

ARKITEKTURA E TIPIT SISD........................................................................................... 17

Njsia (pajisja) e kujtess .................................................................................................. 23 Njsia aritmetike ............................................................................................................... 25 Njsia komanduese ........................................................................................................... 25

Arkitektura e tipit SIMD ....................................................................................................... 29

Kompjutert matricor ...................................................................................................... 29 Kompjutert asociativ ..................................................................................................... 30

Arkitektura e tipit MISD ....................................................................................................... 33

Kompjutert rrjedhs (Pipeline) ........................................................................................ 33 Arkitektura sistolike ......................................................................................................... 35

Kapitulli III .......................................................................................................................... 37

Kujtesa (Memoria) ............................................................................................................... 37

Kreu II .................................................................................................................................. 69

Sistemet multiprocesorike ..................................................................................................... 69

1.1. Struktura funksionale e sistemit multiprocesorik ............................................................ 69

1.2. Sistemet multiprocesorike me lidhje t dobt ................................................................ 70 1.3. Sistemet multiprocesorike me lidhje t fort................................................................... 73

1.4. Karakteristikat procesorike pr multiprocesim........................................................... 77 Kreu II .................................................................................................................................. 80

2. Rrjetat ndrlidhse te sistemet multiprocesorike................................................................ 80 2.1. Ndarja kohore ose mbledhsi i prbashkt .................................................................. 80 2.2. Krosbari- lidhja dhe memoria me shum hyrje ........................................................... 85 2. 3. Rrjetat shumnivelshe pr multiprocesor ................................................................. 92

2.4. Performansat e rrjetave ndrlidhse.............................................................................. 102 Kreu III .............................................................................................................................. 103

3. Organizimet memorike t multipocesorve ..................................................................... 103 3. 1. Konfiguracionet memorike mbimbuluese (Interliving) ............................................ 103

3.2. Kesh-memoria e shumfisht e multiprocesorit ........................................................... 105

Klasifikimi i arkitekturave t kompjuterve 3

3

HARDVERI KOMPJUTERIK

1.1. Karakteristikat e sistemit kompjuterik

Sistemi kompjuterik prbhet nga kto elemente teknike dhe fizike: Hardveri kompjuterik (hardware) q prfshin t gjitha pajisjet pr mbledhje, prpunim

dhe ruajtje te informacioneve dh ekomunikim me to;

Softveri kompjuterik (sofware), q prfshin instruksionet dhe programet pr udhheqje me vet sistemin kompjuterik dhe kryerje t aplikacioneve t ndryshme;

Bazat e t dhnave ose depot e informacioneve n mediumin kompjuterik (n disk apo n shiritin magnetik) t cilave kompjuteri mund tu qaset drejtprsedrejti, ose n medi-umin off-line (mikrofilmi ose letra e shtypur pr prdorim manuel);

Procedurat, ku prfshihen doracak ose instruksionet pr prdorim t sistemit dh et ap-likacioneve t tij;

Personeli punues, (operatort kompjuterik, programert dhe analitiket e sistemit). N vazhdim do t shqyrtohen karakteristikat kryesore teknike t hardverit t sistemit bashkkohor kompjuterik.

1.2. Zhvillimi i tekniks kompjuterike

Lidhja n mes t kompjuterve dhe informacioneve shpesh nnkuptohet, sidomos nga ana e atyre prsonave, puna e t cilve sht ngusht e lidhur me t arriturat n lmin e komu-nikimit. Informacioni, n aspekt m t gjer prfshin t gjitha faktet, t komunikimit, t msuara apo te mbajtura n mend. Teoria e informacionit sht shkenca adekuate e cila merret me studimin e prpunimit dhe ruajtjes s shnimeve. Vet fjala informatik nnkupton shkencn e cila merret me studimin e informacioniot, por pr shkak t lidhjes shum t ngusht me kompjutert, t gjith e nnkuptojn se ajo paraqet shkencn me an t s cils kompjutert prpunojn dhe ruajn informacionet. Krkesa pr sa m shum informacione sidomos, informacione m t prbra, si dhe shpenzimet e larta t pranimit t tyre n form natyrore (joelektronike), krijoj krkesat pr zhvillim t shpejt t kompjuterve. N botn e industrializuar qdo dit e m shum shkojm drejt nj shoqrie t infor-macioneve t bazuar n teknologji mikroelektronike aplikimi i s cils kursen kohn dh epunn.

1.3. Mnyrat e llogaritjes

Mnyrat e llogaritjes kan qen preokopim i njeriut q nga kohrat m t lashta. Matematicientt e lasht kan ln vepra t cilat ende jetojn siq jan: p.sh. piramidat n Eg-jipt. Sistemet me t cilat jan shrbyer kta matematicient kan qen kryesisht analog ose dig-jital.

Sistemi analog, siq tregon edhe vet emri bazohet n] analogji n mes t dukurive tek-nike dhe atyre fizike . shembulli konkret sht termometri n t cilin lexohet lartsia e tem-peraturs duke br analogji me ndryshimet adekuate n gjatsi t shtylls s mrkurit.


4

Pajisjet digjitale bazohen n numrimin e shifrave. Sistemi m i prdorur ai i numrave decimal, bazohet n dhjet shifra dhe sipas t gjitha gjasave sht zhvilluar nga zakoni q gjat llogaritjes t prdoren dhjet gishtat e duarve. Por edhe sistemet t cilat bazohen n cil-indo numer mund t ofrojn kryerjen e operacioneve matematikore n mnyr t njjt si edhe me numra decimal.

Sistemi i numraave binar prmban vetm dy shifra (simbole) ato 1 dhe 0 dhe sht baz e puns s kompjuterve bashkkohor. Kto dy sisteme nuk paraqesin vetm numra, por mund t paraqesin edhe pozitat e ndrprersit i kyur dhe i shkyur. Poashtu mund t paraqesin edhe alternativa t tjera , siq jan ato po dhe jo. Matematicienti Xhorxh Bull prpiloji disiplinen e algjebres, t njohur si algjebra logjike (ose algjebra e Bulit) n t ciln marrdhnja n mes t nj numri t madh elementesh mund t paraqitet si prbrje e mardhn-jeve n mes rendeve me nga dy elemente. Me zhvillimin e ksj teorie u krijuan kushtet pr zhvillimin e lmit t informatiks dhe t kompjuteriks.

1.4. Historiku i zhvillimit t hardverit kompjuterik

1.4.1. Paisjet mekanike q i paraprin zbulimit t kompjuterit

Mekanizmi i par digjital abakusi, sht zbuluar q n vitin 3000 para epoks

son, ose edhe m hert. Edhe n ditet e sotme prdoret me sukses n shitoret tregtare t Kins, Japonis, Rusis etj. Ky sht nj mekanizm me sfera, pr nga pamja i ngja-jshm me numratorin e zakonshm. Abakusi i shrben pr kryerjen e katr operacioneve elementare llogaritse: mbledhjes, zbritjes, shumzimit dhe pjestimit. Prbhet nga 11 shtiza t metalta n t cilat jan t vendosura shtat sfera. Npr kto s htiza metalike kalon nj shtyll e drurit e cila i nadan pes sferat e poshtme ngas dy sfera t siprme.

Fig. 1. Abakusi Fig.2.N kt grafik t vitit 1507 mund t

shihet prdorimi i abakusit Shtizat

metalike, n t vrtet jan nnjmbdhjet vende dhjetore.

Pes sfera n pjesn e poshtme t shtizs kan vlern 1 , kurse dy sferat e eprme kan vlern 5.

Sferat q mbesin n pozitn e poshtme nuk kan vler ( zero ). Numri i sferave n pozitn e eprme pra paraqet vlern e sakt. P.sh. n shtizn e dyt t ans s poshtme n figurn 1. sht shifra 8 ( 3 . 1 + 1 . 5 = 8 ). Pas ksaj, deri m 1630 nuk ka pasur ndonj zbulim t rndsishm. N kt vit shkenctari gjerman Vilhelm Shikard ( Wilhelm Schickard) dhe projektet pr makinn me


5

ndihmn e s cils mundeshin t realizohen llogaritjet elementare matematikore, por nuk ka dshmi se kjo makin ather sht realizuar, deri m 1960.

Fig.3. Makina e pare pr llogaritje e realizuar m 1960 (majtas), sipas projekteve t Wilhelm Schickard-it (1592-1635 ) t punuara m 1530

N vitin 1642 n Franc, Blez Paskali ( Blaise Pascal 1623 1662 ) n moshn 19 vjeare, pr ti ndihmuar babait, t cilin e kishte tregtar dhe i cili kishte kokarje n llogaritje t siprfaqes s tekstilit pr shitje , zbuloi makinn digjitale e cila kishte mundsi t kryente mbledhje dhe zbritje t numrave,t cilin e pagzoi me emrin Paskalina. Bartja prej nj vendi dhjetor n tjetrin n kt makin sht br n mnyr automatike, kurse shifrat jan shnuar me rrotullimin e 8 numruesve.

Fig.4. Paskalina e njohur e Blez Paskalit Fig.5. Blez Paskali

N vitin 1672, Vilhelm Fon Lajbnic n Gjermani, tridhjet vjet para zbulimit t Paskalit, konstruktoi makinn digjitale e cila prve mbledhjes dhe zbritjes kishte mundsi t kryente edhe operacionin e shumzimit dhe pjestimit, si dhe t nxjer rrnjen katrore t fardo numri. N vitin 1804, pra 132 vjet m von, Zhakar (Jascquard) prdori i pari kartelet e perforuara n teknologjin e tekstilit. N baz t vrimave t perforuara n kartele, makina zgjidhte ngjyrat t cilat duhej prdorur n vendet e caktuara gjat prodhimit t plhurs. Nese kartelet lidheshin n shirit t pafundm, makina fitonte mundsin q t prodhoj ndonj orna-ment (vizatim) i cili prsritet.

M 1835, arls Bebixh (Charles Babbage), matematicient nga Kembrixhi, projektoi makinn e re, e cila edhepse kur nuk u prfundua, meret se sht paraardhse e kompjuterit bashkohor.

Ky projekt kishte paisjet pr hyrje dhe dalje n t cilat jan prdor kartelet e perforu-ara. Prpos ksaj, Bebixh parashikoi edhe vendin pr vendosjen e shenimeve kujtesen (memorien) si dhe procesorin.


6

Me makin dhe me kujtes udhheqnin kartelet n t cilin ishin t vendosura instruk-sionet t koduara n mnyr numerike dhe t ruajtura ashtu t funksionojn n momentin kur i nevoiten pr pun procesorit. Pra kjo makin i kishte t gjitha pjest e kompjuterve bash-kkohor: kujtesn, njsin kontrolluese, njsin aritmetiko-logjike, njsin hyrse dhe ate dalse. Kujtesa kishte kapacitetin pr ruajtjen e 50.000 shifrave. Njsia aritmetike kryente op-eracionin e mbledhjes ose at t zbritjes n periodn prej 1 sekonde, kurse pr shumzimin e numrit 50-shifror me numrin tjetr 50-shifror duheshin prafrsisht 60 sekonda.

Fig.28.arls Bebixh (Charles Babbage, 1791-1871) Fig.29. Makina analitike e Bebixhit

Hap t rndsishm n zhvillimin e kompjuterve ka br edhe shkenctari Holerit (Hollerith) i cili konstruktoi makinn me kartele t perforuar ( fig. 25 ) dhe me impulse elektrike, me ann e s cils u bregjistrimi i popullsis n Amerik, me 1891.

Deri ather regjistrimi i popullsis bhej me an t disa kartueve n t cilat shnoheshin t gjitha shenimet t cilat ishin karakteristike pr prsonin e caktuar, por pr komunikimin e rezultateve t regjistrimit nevojitej nj pun shumvjeare, kshtu q ai komunikohej edhe dhjet vjet m von. N punn e regjistrimit angazhoheshin shum njerz t cilt me vite t

tra bnin klasifikimin e popullsis, sipas moshs, gjinis dhe elementeve t tjera karakteristike.

1.4.2. Kompjutert e pare mekanik anolog dhe digjital

N vitin 1915 spanjolli Leonardo Tores kombinoi teknikn e komjuterit elek-tromekanik me principet e programimit. Ai e prezentoi makinn e pare t aft q t bie vendime dhe at e ilustroi duke e prdor pr zgjedhjen e problemeve t thjeshta n shah. Gjashtmbdhjet vjet pas ksaj, n SHBA Vanover Bush e projektoi kompjuterin anolog t cilin e pagzoi me emrin analizatori dif-erencial. Ky ishte kompjuteri I pare me aftsi q zhvilloj ekuacione. Dy vjet m von n Angli Daglas Hartri u bashkua me Artur Portierin pr t krijuar nj kompjuter anolog. Hartri m von u b shkenctari i pare i cili i cili e prdori kompjuterin gjat zgjedhjes s problemeve n teorin atomike.

Fig.30.Makina llogaritse e shkenc-tarit Herman Hollerith (1860-1929)


7

Prafrsisht n koh t njejt ( 1936 ) n Gjermani Kanrad Zuse i pari ofroi disa ide themelore t llogaritjes automatike duke future n prdorim edhe sistemin e numrave binar dhe pikn e levizshme dhjetore. Deri m 1941 ai pr-

fundoi kalkulatorin e tij barts Z2 dhe Z3 , si dhe zhvilloi gju-hn algoritmike PK, paraardhse t gjuhs progaramuese PL/I dhe ALGOL.

N vitin 1937 Klod Shanon dhe Xhorxh Shtibic, duke punuar ndaras n SHBA , arritn t zbulojn qarqe elektro ndrprerse t cilat punonin sipas ligjeve t algjebrs s Bulit, gj qe rezul-toi n prparimin e dukshum t zhvillimit t teknologjis s kompjuterve. Shtat vjet m von sht prezentuar kompjuteri HARVARD MARK 1. Ky kompjuter I pare digjital

u zhvillua bashkarisht nga Hauard Ajken, Kler Lejk,Fransis

Hamilton dhe Benxhamin Durfe, duke punuar n laboratorin kompjuterik t Hardvardit me prmbajtje t IBM-it.

1.4.3. Kompjutert e bazuar n gypa elektronik

Zbulimi i llambave elektronike nga ana e Fasadenit, De Foresit dhe t tjerve n fillim t ktij Shekulli , filloi q t gjej zbatimin edhe tek kompjuteret n fillim t viteve t dyzeta. N vitin 1945, Xhon Fon Njumen, i lindur n Hungari, e i cili vepronte dhe punonte n SHBA, zhvilloi konceptin e programit t ruajtur, n baz t t cilit urdhrat q duhej ti parashtrohen kompjuterit ruheshin Brenda n form numerike.Si rezulltat i ksaj, vendimet logjike mund t kryheshin Brenda makins, kurse urdhrat t modefikoheshin me kompjuter gjat prpunimit.Ky ishte nj hap shum i rndsishm, i cili kishte fig.32.Llamba elektronike shum ndikim nga Zbulimi i Bebixhit,

Para 100 vjetsh dhe n kt baz u ndrtua EDVAC (Electronik Descrete Variable Automatik Computer) n Pensilvani dhe EDSAC (Elektronic Delay Storage Automatic Calcu-lator) n Kembrixh. Kompjuteri i par plotsisht i elektronizuar ishte ENIAC, t cilin e projektuan Xhon Maushli dhe Presper Ekert. Ky kompjuter u krye m 1946 dhe mimi i tij ishte afr 10 milion dollar. Kishte 18000 llamba elektronike dhe ishte i rnd 30 tonelata.


8

Fig.33. Kompjuteri i par elektronik-ENIAC

Pas tij pasojn kompjutert gjithnj e m t prsosur. N vitin 1948, IBM prodhon kompjuterin POPPA, i cili prmbante bartjen e udhheqjes me kusht, kurse n vitin 1949 kompjuteri EDSAC i pari aeeiti shpejtsi t mdha t kujtess duke u shrbyer me numra bi-nar. Gjat viteve t pesdhjeta u prodhuan kompjutert SSEC , EDVAC, ILLIAC , MANI-JAC, WIRLWIND, MADM dhe UNIVAC.

T gjith kta kompjuter ishin me dimensione shum t mdha dhe me mime tejet t larta.

1.4.4. Kompjutert e bazuar n transistor dhe n qarqe t integruara

Deri me zbulimin e transistorit dhe aplikimin e tij n teknologjin kompjuterike, zhvillimi i kompjuterve ishte relativisht i ngadalshm. Kompjutert ishin jo vetm me mim t lart, por edhe krkonin hapsir t madhe. N vitin 1948 Xhon Barden, Valter Braten dhe Vilijem Shokelli n laboratort e Bellit n SHBA realizuan transistorin, i cili pr shkak t dimensioneve t tija t vogla, si dhe fuqis s vogl t nevojshme t furnizimit , menjiher gjeti aplikimin n t gjitha paisjet elektronike. N vitin 1951 n SHBA, n Vestern Elektrik, shkenctart pr t parn here e reali-zuan prforcuesin (amplifikatorin ) n baz t tranzistorit. N vitin 1958 n SHBA,Kompania Ferajlld, re- -alizoi tranzistorin e rrafsht (planar) n t cilin si isolator sht prdorur dioksidi i silicit. N vitin 1959, prap n SHBA, Teksas Instruments dhe Ferajlld realizuan paketet e gjysmpruesve me dy ose m shum transistor bazs s silicit.Si rezultat, shpenzimet jan zvogluar shum si dhe sht krijuar mundsia e futjes s m shum komponenteve n nj cope t silicit. N

Fig.343Transis-

tort


9

vitin 1964, Gordon Mur, shkenctari kryesor i firms Ferajlld, prognozoi se do vjet do t dyfyishoht dendsia e komponenteve. N vitin 1971, kompania INTEL n SHBA, prodhuesi m i madh momental i qarqeve t inter-gruara, realizoi mikroprocesorin e pare i cili njiherit ishte edhe njsi qendrore e kompjuterit ( CPU-Central Proccesor Unit ) ku funkcionet logjike dhe aritmetike zhvilloheshin n t njejtin ip, me dimensione m t vogla se gjysm centimetri anash. N vitin 1975 kompania e njejt realizoi kompjuterin komplet n nj pllak t vetme (kartele elektronike). Nj vit m von re-alizuan prodhimin e nj kompjuteri tet bitsh i cili prbnte rreth 20.000 transistor n nj ip t silicit.

1.4.5. Kompjutert e bazuar n teknologji mikroelektronike

Mikroelektronika sht pjes e elektroniks, e cila merret me levizjen egrimcave shum t vogla me elektrizim negativ n brendi t atomit, t cilat quhen elektrone. Ajo prfshin sjelljet e tyre n gazra, vacuum, prues dhe gjysmprues. Elektronet lvizin n fushn elektrike, duke formuar kshtu rrymn elektrike. Qarqet elektrike npr t cilat lvizin elektronet prmbajn komponentt t cilt mund t jen active (transistort) apo passive (rezistort,kondensatort, induktort).

Pa zhvillimin e kompjuterve do t ishte e pamundur zhvillimi tejet i shpejt i transistorve.Me zavendsimin e gypave elektronike t mdha dhe me efikasitet m t vogl, sht hapur rruga kah miniaturizimi i kompjuterve. Lidhja e numrit t madh t transistorve dhe e komponenteve tjera passive, gjithmon ka qen e mundur, por sht dashur q t pritet n zhvillim t ,metodave pr prpunim dhe pastrim t silicit deri n shkall t lejueshme t pastrtis si dhe t tekniks e cila do t mundsonte q n kristal t silicit t futen shtresat e papastrtis. Mu kto papastrti formojn komponentet.Projekti i qarkut bartet n shtresa suksecive m prdorimin e shabllonave (maskave) t cilat s pari vizatohn n prmasa mjaft t mdha, e pastaj zvoglohen shumher me an t tekniks fotografike. Zhvillimi i fotografimit dhe i teknikave t ndryshme t miniaturizimit mundsoi edhe realizimin e tr ksaj. Me kt sht br e mundur q n shtresa t holla ose vafer t kristalit,zakonisht silicit, t futen disa qarqe t integruara. Kta vafer, me diameter disa centimetra, prehen pastaj n copa katrkandshe me gjatsi t brinjs prafrsisht 0,5 cm. Kto jan ipe, prej t cilave secila prmban nga nj qark t integruar. Mu kto qarqe t integruara jan njisit themelore t teknologjis mikrokompjuterike. Transistori mund t krahasohet me ndrprersin elektrik, i cili mund t jet i kyur apo i kyur. Nese prdoret n qarqet digjitale, transistori, sjellet si ndrpres elektrik i cili mund t jet i kyur ose i kyur, ose n terminologjin logjike t jep gjendjen 1 ose 0 . Qarkun e integruar mund ta krahasojm me tabeln elektrike kontrolluese n t ciln jan t gjith ndrpersit dhe komponentet tjera t qarkut si jan rezistort dhe kondensatort t montuara n mnyr kompakte mjaft mire t organizuar. Kjo pllak kontrolluese pastaj zvogloht p.sh n madhsi t nj pjese t pulls posatale , ashtu q secili ndrprers ka trashsi shum t vogl ( sa nj e milionta pjes e metrit ) kurse lidhjet n mes tyre t punuara n dy apo m shum nivele t nj rrjete t future n shtresen izoluese e cila e mbulon ndrprersit. Pr tabel kontrolluse ende nevojitet prtokzimi dhe furnizimi elektrik, si dhe kanalet hurse dhe ato dalse.Transistori prbhet nga tre elemente: baza, kolektori dhe emiteri.

Rryma e dobt e cila hyn n baz dhe del nga emiteri kontrollon rrymen shum m t forte n mes kolektorit dhe emiterit dhe n kt mnyr forcohet rryma. Shtresat punohen duke future


10

papastrti n silicin e pastr. Lloji i papastrtive sht i ndryshm n secilin nivel. P.sh., fosfori jep elektrone shtes prandaj kjo shtres sht me elektrizim negativ ( n ),kurse p.sh. bori, n t kundrtn, absorbon elektrone dhe prej ktu jep shtres t elektrizimit pozitiv (p).

Kjo tregon se vetit e prueshmris jan t kontrolluara dhe ato tregojn kah-jen e rrymes elektrike. Pr kt arsye transistort kan veti q t punojn si ndrprers elektrik.

Shumica e transistorve sot n prdorim, prbhen nga ifti i diodave shpin-n-shpin, pajisja q prbn elektodat positive dhe negative. Efekti i ndrprersi elektrik arrihet me ardhjen e impulsit elektrik nkontaktin n mes t diodave. N njrin nga dy tippet m t shpeshta t transistorit, transistori bipolar,rezistenca sht e vendosur n baz dhe elektronet t cilt hyjn n emiter barten deri te kontakti i polarizuar n mnyr inverze i bazs s kolektorit. Nj transistor i ktill mund t punoj si prforcues i fort, ose si nderprers i kyur-i shkyur. Transistori tjetr i rndsishm njihet me mrin MOSFET (Metal Oxyde Silicon Field Effect Transistor). Ky transistor sht shum racional n harxhimin e energjis elektrike, sepse rryma elektrike rrjedh vetm si kur sht ndrprersi ivendosur n pozitn ikyur. Kjo sht baz edhe e transistorit CMOS (com- Plementary Metal Oxyde Silicon), transistorit q do dit e m shum po e gjen zbatimin n t gjitha paoisjet elektronike. Transistort paraqesin komponentt kryesor n qarqet e integruara, pra munden q t forcojn sinjale, ose kyin shkyin rrymen elektrike. Numri i komponentve t cilin mund ta vendosim n nj ip t vetm po shtohet me progression gjeometrik. N vitin 1965, n nj qark t integruar mund t integroheshin dhjet transistor. N vitin 1980 ipi me 10.000 transistor ishte dukuri e zakonshme. Komponentt tjer: rezistort, kondensatort dhe diodat poashtu s bashku me transistort kyen n t njej-tin ip i cili mund t ket edhe 1.000.000 komponent. Pra dendsia e komponenteve sht nj lloj mase pr t treguar fuqin dhe kapacitetin e ipit. N varsi me numrin e porteve logjike, si dhe t numrit t funkcioneve t cilat mund ti kryejn, qarqet e integruara m tutje klasifikohn n qarqet me: shkall t ult t integrimit (small scale integration, SSI), me afr 10 kom-

onente

t mesm (Medium scale, MSI) me 64 deri n 1024 komponente t lart (large scale LSI ) me 1024 deri n 262.144 komponente dhe shum t lart t integrimt (very large scale VLSI ) me m shum se 262.144 komponente.


11

1.5. ANATOMIA E KOMPJUTERIT

Edhe pse kompjuteret do dit e m shum jan duke u prsosur,prej dits kur Bebixh zbuloi makinn e tij diferencijale, ata ende punojn n elementet themelore t njajta q ishin t parapara sipas projektit t tij. Kto ishin: programi, i cili e orienton kompjuterin pr kryrje t detyrs s caktuar; paisjet hyrse me ann e t cilave i fusim shenimet me kompju-ter (tastiera, shiriti magnetic,disqet magnetike, disqet optike etj.); njsia qendrore ecila i kryen instrukcionet eushqyera n kujtes; paisjet dalse pr prezentim t rezultateve t fituara (gypi katodik, ekrani, CRT ), shtypsi, vizatuesi etj.). Natyrisht q kompjutert e sotm kanedhe shum elemente t tjera, por n do rast, ato jan t ndrlidhura me funkcionet e lartprmendura. Bllok skema e kompjuterit bashkohor personal sht paraqitur n figurn e mposhtme:

Fig. 35. Bllok-skema e kompjuterit personal

Kjo n t vrtet sht bllok-skema e t gjith llojeve t kompjuterve dhe roli i njisive t caktuara t ksaj bllok-skeme sht si n vijim: Procesori qendror- prbhet nga njsia aritmetiko-logjike, njsia dirigjuese,

dhe memoria punuese e cila faktikisht jan pjest m t rndsishme t komjuterit.

Njsia aritmetiko-logjike, shrben pr kryerjen e operacioneve matematikore dhe logjike m t dhna hyrse.

Njsia dirigjuese shrben pr udhheqje me operacione t kompjuterit. Memoria punuese, sht e bazuar n gjysmprues dhe shrbem pr ruajtje tprkoh-shme gjat puns t t dhnave t cilat prpunohn nga njsia aritmetiko-logjike.

Pjest hyrse, shrbejn pr hyrje t t dhnave n kompjuter.

Pjest dalse, shrbajn pr prezentimin e t dhnave dalse, gjegjsisht pr prezen-timin e operacioneve t kryera.

Memoria e jashtme, shrben pr ruajtje afatgjate t t dhnave ose t programeve opera-tive.


12

N pjesn e mtejme t ktij kapitulli do t shqyrtohen bazat hardvarike t kompjuterit duke analizuar pjest kryesore dhe ndrlidhjen interactive n mes tyre.Do t fillohet prej elementeve q formojn brthamen e kompjuterit-pjesve me an t cilave ven-doset dhe prpunohet informacioni, si dhe t cilat mundsojn komunikimin me kompjuter. N fund do t kthehemi pakz dhe t shqyrtojm pjest t cilat mbshtesin dhe ndrlidhin kto pjes bazike, duke krijuar nga pjest e ndara nj system punues kohorent. Rndsia m e madhe n kt kapitull, I sht dhn pjess n t ciln shqyrtohet se si bhet vendosja e informacioneve n kompjuter. N ann tjetr nga ky kapitull do t kuptohet se: ka ndodh me rastin e aktivizimit t programit ? Ku shkojn t dhnat t cilat futen n kompjuter ? ka ndodh gjat ruajtjes s t dhnave ( ku i vndos ato kompjuteri dhe si mund t kthehen prap ?). Gjat tr kohs do t prdoren analogjit me njohurit t cilat q m pare dihen, n mnyr q t fitohet prshtypja reale se ka n t vrtet ndodh prbrenda n kompjuter. Pr detale teknike do t bhet fjal n kapitukt e ardhshm.

1.5.1. Procesori-pjesa qenndrore e kompjuterit

N brendin e secilit kompjuter gjendet pajisja me dimensione siprfaqsore t prafrta me nj pull postale. Kjo pajisje, quhet njsia qendrore procesorike (cen-tral processing unit ), ose shkurt CPU dhe paraqet trurin e kompjuterit, pjesn e cila lexon dhe ekzekuton instrukcionet programore, kryen kalkulimet si dhe mer vendime. Aty zhvillo-

hn operacionet aritmetike, logjike dhe kontrolluese. CPU poashtu realizon ruajtjen dhe rik-thimin e informacioneve n disk apo n mjedise tjera memoruese. Te kompjuteret personal, CPU njihet me emrin mikroprocesor dhe sht i realizuar nga qarku i integruar. Qarku i integruar ( Integrated Circuit-

IC),sht i ndrtuar si nj kompleks i transistorve dhe i qarqeve t tjera elektrike t prfshira n nj pllakz t vogl t kristalt gjysmpruese t silicit, e cila ndryshe quhet edhe ip (Chip).

Procesori (CPU) si dhe elementet e tjera t inte-gruara jan t ndrtuara N nj kuti t vogl t qeramilks me kmbza metalike anash. Kto kmbza kan funkcionin e ndrlidhjes s ipit t procesorit me tabeln e prbr nga qarqet me fije t qelqta t vendosura n brendi t kompjuterit dhe poashtu prcjellin impulset elektrike n ip dhe nga ipi. N brendi t kutis s qeramiks sht i vendosur vet ipi, nj pllakz e silicit me dimensione prej disa mm2. N kt siprfaqe t vogl jan t vendosur disa milion transistor t ndrlidhur funkc-ionalisht n mes veti. Lloji i procesorit (CPU) i cili prbn kompjuteri e prcakton fuqin e tij pr-punuese-shpejtsin e ekzekutimit t instrukcioneve t ndryshme. N ditt e sotme, procesort mund t ekzekutojn edhe disa dhjetra milion instruksione pr sekond ( MIPS-millions of instructions per second). Lloji i procesorit poashtu prcakton repertorin e in-struksioneve t cilat kompjuteri i kupton si dhe cilat programe mund t aktivizohen dhe t punojn n kompjuter.


13

1.5.2. Mikroprocesort dhe mikrokompjutert

N vitet e zhvillimit t mikroelektroniks, CPU sht shndruar n mikro-procesor, komponentet e s cils gjinden n nj ip t vetm. T gjitha pjest n ip duhet t komunikojn njera me tjetrn, e kjo arrihet me an t pruesve t quajtur bus, q paraqesin nj numr t caktuar t shtigjeve pruese t cilat formojn nj system komunikues intern, por edhe zgjerohen nprmjet gjilprave lidhse n tuf t pruesve paralel n mnyr q pajisjet e tjera ti furnizojn me informacione t domosdoshme pr pun. Mikrokompjutert pr dallim nga mikroprocesort, paraqesin nj system kom-plet brenda vetvetes. Prve funkcioneve t cilat i kryejn mikroprocesort, mikrokompjuteri prmban ipet kontrolluese t cilat sigurojn q sinjalet elektrike t rrjedhin pa pengesa dhe sipas rendit t parapar npr tr qarkun. ipet e tjera i prmbushin nevojat e kujtess pr i-mare dhe funkcionet hurse-dals. Mikrokompjutert zakonisht vendosn n pllak t shty-pur (kartele) me dimensione 20 x 30 cm. Mikrokompjuterit komplet n nj ip, sht reali-zuar n vitin 1976, kurndrmarrja INTEL arriti q n nj ip t kapacitetit 8 bit, t vendos 20.000 transistor. Mikroprocesort dhe mikrokomjutert vlersohen n baz t numrit t biteve pr informacionin e prpunuar n njsi t kohs. P.sh. nj mikroprocesor 8-bitsh sht i kufizuar me kuantitet t informacioneve t cilat mund ti prpunoj n vargun e dhn t in-struksioneve, e ato jan 256 shenja ( numra ose shnime t tjera ekuivalente ). Nga ana tjetr, mikroprocesori 16-bitsh sht shum m i fuqishm dhe mund t prpunoj prafrsisht 65.000 shenja n njsi t njejt t kohs, edhepse poashtu krkon edhe dhjet here m shum komponente n ip, afr 100.000. Mikroprocesort poashtu vlersohn edhe n baz t shpejtsis me an t s cils mund ta prpunojn informacionin. Njsit t cilat prdoren pr matje t shpejtsis s puns s mikroprocesorit jan pjes t sekonds t nevojshme pr tu prpunuar informacionet ele-mentare. N ditn e sotme, procesort mund t ekzekutojn edhe disa dhjetra milion in-struksione pr sekond (MIPS-millions of instructions per second). Mund t vrejm se, sa m e vogl t jet distanca t ciln duhet q ta kaloj sinjali, aq m e vogl do t jet edhe koha e prpunimt t informacionit. Faktori kryesor ktu sht koha e domosdoshme q ti qasemi informacionit n kujtes. Kshtu pra, rritja e dendsis s kompnenteve n ipin e dhn bn edhe rritjen e shpejtsis s puns. Miniaturizimi i sistemeve sht do dit m shum present edhe te kompjutert e mdhenj (mainframe), pasi q mjaft shum bazohn n numr t madh t mikro-procesorve. Si rezulltat, sht shtuar kapaciteti dhe sht zvogluar shpenzimi i energjis elektrike.

Dallimi n mes t minikompjuterve dhe mikrokompjuterve n koh t fondit sht br mjaft i paqart, pasi q gjat projektimit t mikrokompjuterve shtohn mjaft shum module, e nga ana tjetr prodhohen paisje shum t mira pr ndrlidhjen e kompjuterve t t dy kategorive. Mund t konstatohet se minikompjuteri sht makin e vogl, por me mundsi t mdha dhe kapacitet t madh t kujtess si dhe me disa karakter-istika specijale.

Sa pr krahasim, mikrokompjutert kan kapacitet m tvogl t t instaluar dhe pr kt shkak jan mjaft t lire. Njsia themelore prbhet nga paketa e pllakave me qarqet t shtypura t cilat prmbajn mikroprocesorin, disa ipe t kujtess dhe konektort hyrs-dals. Pajisje periferike (e jashtme) zakonisht sht tastiera, ekrani si dhe ndonj pajisje spe-ciale (shtypsi, modemi, sintajzeri digjital i zrit dhe i muziks, ngassit e diskut etj.) . Me lidhjen e mikroprocesorve n at mnyr q mund t komunikoj njri me tjetrin, fu-shveprimi i mikrokompjuterve mund t zgjrohet deri n pafund.


14

Nga t gjitha ato q u prmenden m lart, mund t konstatohet se mikroprocesor ( ang. Microprocessor ) quhet komponenti kryesor Brenda kompjuterit personal ( ang. Per-

sonal Computer , PC ) perms s cils komandoht komplet puna e tij.


15

KLASIFIKIMI SIPAS FLYNN-IT

Fig. 1

a-vektori i rrjedhs s instruksioneve

b-vektori i rrjedhs s t dhnave

SISD-Single Instruction stream Single Data Stream

MISD- Multiple Instruction stream Single Data Stream

SIMD- Single Instruction stream Multiple Data Stream

MIMD- Multiple Instruction stream Multiple Data Stream

ARKITEKTURA E TIPIT SISD

Baz e arkitekturs t tipit SISD sht vetm nj procesor n sistem, d.m.th sistemi sht uniprocesorik. N fig. 1 ky sistem mund t prezantohet me vektorin A=(1,1) dhe paraqitet me rrjedh njkahshe t instruksioneve dhe t t dhnave. Arkitektura e ktill shpesh nihet me emrtimin kompjuteri i Von Neumann-it.1

Instruksioni dhe t dhnat jan t vendosura n t njjtn mnyr n kujtes, q do t thot se n kujtes nuk dallohen fare instruksionet nga t dhenat. Ky tip i arkitekturs sht i paraqitur n fig. 2.

K U J T E S A

PROCESORI

Instruksioni RezultatiE dhna

Fig. 2. Kompjuteri i thjesht

Kompjuteri SISD prbhet nga 4 pjes funksionale (4 module): 1. Njsia aritmetike-logjike (ALU) 2. Njsia dirigjuese (CU) 3. Kujtesa (Memory) 4. Njsia hyrse-dalse (IO).

Njsia hyrse-dalse mundson komunikimin me shfrytzuesin (te kompjutert e gjen-eratave t para pr kt pun sht nevojitur operatori i kualifikuar enkas). T dhnat dhe in-struksionet shfrytzuesi i fut me an t tastiers (te kompjutert e par sht shfrytzuar tele-printeri). Rezultati vizuel, i prshtatur pr njeriun, realizohet me an t gypit katodik. Opera-cionet hyrse-dalse te kompjutert SISD (vetm nj procesor) jan nn kontrollin e procesorit, me an t regjistrave. Meqense nuk sht produktive q procesori t pret krkesn pr transmetim nga njsia H/D (IO), sht realizuar sinjalizimi i njsis H/D nprmes linjs ndrprerse. Linja ndrprerse sht e kyur n shtpizn e ipit t mikroprocesorit dhe sht e shnuar me shkronjat IRQ, NMI ose RESET. Disa procesor kan edhe disa dhjetra kyje t ktilla t prioriteteve t ndryshme. N secilin rast kur lajmrohet krkesa pr ndrprerje, vazhdon prfundimi i instruksionit n rrjedh.

1 M 1946 Von Neumann-i me bashkpuntort e tij pr t parn her e prezantuan kompjuterin me memorim (kujtes) t programeve


18

Pajisjet periferike

Njsia H/D

Njsia dirigjuese

Njsia qendrore procesorike

IO

CUALU

CPU=ALU+CU

Fig. 3. Kompjuteri i Von Neumann-it

Procesori pranon ndrprerjen dhe pastaj vazhdon aty ku ka mbetur para pranimit t ndrprerjes. M von sht futur nj procesor i veant i cili i kryen t gjitha punt n lidhje me procesin, q mund t shihet n figurn 4.

Edhe pse sht arritur nj prparim i dukshm, edhe sot nuk jan t prshtatura shpejtsit e procesorit dhe t pajisjeve H/D. Te gjeneratat e para ky problem sht zgjidhur me prdorimin e ndrmjetsuesit (angl. Buffer), mirpo edhe te kjo zgjedhje ka ekzistuar problemi i shpejtsis s peracioneve H/D. Problemi deri diku sht tejkaluar ashtu q prpunimi sht br me ndarje kohore. Ideja bazohet n at se procesori sht shum m i shpejt (disa qindra ose mijra her) se pajisjet H/D t cilat i shrben. N anan tjetr shfrytzuesit e drejtprdrejt t ktyre pajisjeve jan njerzit me mendim, perceptime dhe veprime t ngadalshme. Pr kt arsye sht e mundur q resurset e kompjuterit t ndrlidhen nga nj shfrytzues n tjetrin, kurse shfrytzuesi e ka prshtypjen se kompjuteri punon vetm pr t, sepse e ka prshtypjen q urdhrat q ia jep kompjuterit kryhen pothuaj se menjher. N t vrtet, secilit shfrytzues i ndahet vetm nj interval diskret kohor i cili n terminologjin telekomunikuese njihet me emrin timeshared.


19

Kujtesa

1

2

3

4

5

6

7

8

Kujtesa

Kujtesa

Kujtesa

Kujtesa

Kujtesa

CPU

CPU

CPU

CPU

CPU

Pjesa e thjeshtdirigjuese me ndrprerje

Pjesa dirigjuese me instruksione ndrmjetsuese

Procesori H/Dme kujtes lokale

PajisjetH/D

Pjesadirigjuese

Pjesadirigjuese

ProcesoriH/D

PajisjetH/D

PajisjetH/D

PajisjetH/D

PajisjetH/D

PajisjetH/D

Fig. 4. Spirala H/D

Prparim i dukshm sht arritur me prdorimin e sistemit me ndrprerje. Baza e ktij sistemi sht se pajisja H/D shrbehet vetm kur kjo krkohet nprmes linjs s veant-linjs s ndrprerjes. Vet arkitektura e njsis procesorike sht e punuar ashtu q ekzistojn linjat ndrprerse me prparsi t ndryshme dhe kshtu bhet pr-punimi sipas rndsis. T gjitha kto teknika e kan ngadalsuar dukshm punn e procesorit, meqense secila ndrprerje e ka kushtzuar nj procedur t veant t ku-jtimit t gjendjes t regjistrave, ashtu q puna t mund t vazhdohet aty ku ka qen e ndrprer.

Te gjenerata e dyt e kompjuterve pr operacione H/D jan prdorur njsi t veanta (angl. data channel), t cilat kan vepruar njkohsisht me njsin qendrore procesorike.

Zhvillimi i teknologjis VLSI dhe paraqitja e mikroprocesorve mundsuan q edhe pajisjet periferale t bhen kompjuter me karakteristika t kompjuterve pr prdorim t prgjithshm (fig.4).

Pozicioni 1. Udhheqja me pajisjen H/D bhet drejtprdrejt me rendin e sin-jaleve dirigjuese t cilat i gjeneron CPU.

Pozicioni 2. Udhheqjen me pajisjen H/D ende e bn CPU, por nprmes pa-jisjes s thjesht e cila gjeneron sinjalet dirigjuese vetm ather kur krkohet nga CPU. CPU-ja n mnyr periodike e kontakton pajisjen udhheqse dhe kontrollon se a sht kryer bartja H/D.

Pozicioni 3. Pajisja dirigjuese i lajmron procesorit kur sht e prgatitur pr t pranuar instruksionin e ri. N kt mnyr procesori kryen punn e vet deri n momentin kur pajisja H/D e krkon ndrprerjen.

Pozicioni 4. sht futur nnsistemi i ri DMA (Direct Memory Access) i cili mundson bartjen e bllokut t t dhnave n mes kujtess dhe pajisjes H/D. Gjat ksaj kohe CPU nuk merr pjes as nuk sht e penguar n asnj moment gjat bartjes s bllokut t t dhnave.


20

Pozicioni 5. Procesori me ndihmn e instruksioneve speciale H/D prcakton rendin e aktiviteteve kah procesi, gj q mundson mesregjistrin me instruk-sione speciale q sht n prbrje t pajisjes dirigjuese.

Pozicioni 6. Pajisja dirigjuese bhet kompjuter me bashksin e instruksioneve t prshtatura punve me njsin H/D.

Pozicioni 7. Puna e procesorve periferik sht kooperative me CPU-n, kshtu q operacionet H/D mund t konsiderohen si nj lloj t puns s kompjuterve n rrjet.

Pozicioni 8. Niveli i ndrlikueshmris s pocesorit H/D sht i njejt me nivelin e ndrlikueshmris s CPU-s. N kt rast ekziston mundsia e shtimit t pajisjeve t reja me mdrlikueshmri dhe me nivel t pavarsis s ndryshme.

Kto prmirsime kan sjell deri te paralelizmi i caktuar i kryerjes s operacioneve te makinat njprocesorike.

Paralelizmi arrihet me an t: Futjes s m shm njsive funksionale t ngjashme, Futjes s prpunimit rrjedhs jasht CPU-s, Prshtatjes s operacioneve t procesorit me ato H/D, Shfrytzimit t sistemit hierarkik t kujtess, Shfrytzimit t konfiguracioneve t baraspeshuara, Multiprogramimit dhe shfrytzimit t prpunimit me ndarje kohore.

Me prdorimin e disa blloqeve t njjta (t cilat punojn njkohsisht) n nj trsi funksionale, s pari sht realizuar kodi i njsis aritmetike-logjike (ALU). ALU mund t prbhet nga: pajisjet pr mbledhje, dy shumzues, pajisjes pr pjestim, dy pajisjeve pr ink-rementim, njsis pr mbledhje t numrave me presje t lvizshme, njsis pr bledhje me presje statike, njsis pr zhvendosje, njsis pr ekzekutim t operacioneve logjike, njsis pr degzim. Nj pajisje e veant sht shprndarsi (scoreboard) i cili kontrollon q gjat puns t mos vjen deri te konflikti, gjegjsisht prcjell modulet e caktuara.

PP0PP1PP2PP3PP4PP5PP6PP7PP8PP9

KUJTESA

PROCESORT H/D (PP)

24 regjistra

Mbledhsishumzuesi 1shumzuesi 2pjestuesimbledhsi c.Inkremnenti 1inkrementi 2degzimizhvendosjaoperacionet e Bool-it

Njsit funksionale

rendi i instruksioneve

renditsi

1/2 e kanalit

H/D

Fig. 5. Njsit funksionale t shumfishta

Te gjeneratat e vonshme ALU shpesh sht e organizuar si struktur rrjedhse (angl. Pipeline).

Prpunimi rrjedhs jasht CPU-s bhet n mekanizmin parasigurimit t instruksioneve dhe t dhnave. Kryerja e instruksioneve (mbledhja, dekodimi, sigurimi i operandit, kryerja e


21

operacioneve aritmetike dhe fitimi i rezultateve) kryhet me an t segmenteve me nivel t lart t paralelizmit. Prshtatja (puna e prnjhershme) e procesorit dhe e pajisjeve H/D realizohet me an t pajisjeve dhe kanalave t veanta dirigjuese H/D-kompjuterve special (procesort H/D). Me rndsi t veant ka qen zgjidhja e problemit t bartjes sa m t shpejt t numrit t madh t t dhnave nga procesi n kujtes kryesore. Pr kt qllim sht zhvilluar teknika e qasjes s drejtprdrejt n kujtes (bartja DMA).

Regjistrat

Procesori

Kujtesa ndihmse

Kujtesa kryesore (RAM)

Njsia (ngassi) e diskut t fiksuarCCD, kujtesa bubble

Njsia (ngassi) e diskut t ndryshueshm

Njsia (ngassi) e diskut CD ose DVD

Keshi (Cashe) i Hard diskut

Fig. 6. Hierarkia e kujtess

Me shfrytzimin e sistemit hierarkik t kujtess sht munduar q t sigurohet problemi i mosprshtatshmris n shpejtsi t komponentve t caktuar, sepse CPU punon m shum se 1000 her m shpejt se kujtesa. Kompromisi sht arritur ashtu q n korniz t procesorit sht realizuar kujtesa e shpejt regjistr dhe kesh (ang. Cashe) e kapacitetit t vogl.

Multiprogramimi dhe prpunimi me ndarje kohore (multiprogramming and time shar-ing) jan shfrytzuar pr prpunim sa m t shpejt dhe sipas mundsis me sa m shum shfrytzues. N qoft se bhet vrojtimi n kt sistem, do t vrehet se duke pritur t dhnat nga pajisjet e ngadalshme H/D, CPU sht i pashfrytzuar. Pr t mos ndodh kjo, aktivizohet nj proces i ri i cili rrjedh paralelisht me proceset e kaluara (multiprogramming).

Kur shqyrtohet raporti i shpejtsive t komponentve t kompjuterit, ather shpesh mund t konstatohet se shpejtsia e tr sistemit sht e barabart me shpejtsin e kompo-nentit m t ngadalshm n at sistem. Meqense shpejtsia e puns s njsive H/D sht e rendit disa milisekonda, ather fitohet prshtypja se nuk ekziston dobi e madhe q shpejtsia e puns s procesorit sht disa nanosekonda. Pr kt qllim shum autor prdorin kon-ceptin e lshueshmris (ang. Bandwith), gjegjsisht numrin e operacioneve n njsi t kohs,


22

t komponentve t sistemit apo t sistemit n trsi. N kt kontekst pr procesorin prdoret numri i milionve t instruksioneve pr sekond (MIPS-Million Instructions Per Second).

0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 1

0000 0000

Adresa Adresa

S SM M

Shj Shj

Lj

La

a) b)

0001 0001

0002 0002

001F 001F

01F 01F

Shj Sinjali shkruaj joaktiv Lj Sinjali lexo joaktiv

Sha Sinjali shkruaj aktiv La Sinjali lexo aktiv

Fig. 7. Operacioni i leximit

Lshueshmria e kujtess matet me numrin e fjalve pr sekond. Problemi i lshueshmris s kujtess mund t shpjegohet si n vijim:

- cikli i procesorit tp=57ns,

- cikli i kujtess tk=456 ns. - Kujtesa sht tet-bitshe, kurse gjatsia e fjals sht 64-bitshe, kshtu q pr nj

fjal nevojiten 8tp. Lshueshmria teorike sht - Bm=8x8/456 ns,

q d.t.th. rreth 140 MB/s.

Realisht llogaritja bhet me formuln K

BkBs , gjegjsisht Bs=140/8=49.5 MB/s.

Duke e shikuar sistemin si trsi mund t vrehen probleme t lshueshmris n mes t procesorit dhe t kujtess (zgjidhet me prdorimin e kesh kujtess) dhe lshueshmria n mes t kujtess dhe pajisjeve H/D. Ky problem rregullohet me prdorimin e komponentit t ri n mes t kujtess dhe pajisjeve t ngadalshme H/D (me veti t kompjuterit) me detyr q t prfshij dhe udhheq me t dhnat nga pajisjet H/D dhe n pajisjet H/D, n njrn an, dhe t procesorit dhe kujtess, n ann tjetr. Realisht pr sistemin si trsi, zgjidhje e mir do t jet nse sht

Bk=Bp+Bd

N t cilin rast Bk paraqet lshueshmrin e kujtess, Bp-lshueshmrin e procesorit dhe Bd-lshueshmrin e kanalit H/D.

Teknika e prpunimit me ndarje kohore sht e bazuar n ndarjen e kohve fikse ose t ndryshueshme pr prpunim. N kt mnyr n intervalin kohor t kufizuar, m shum pro-grame i shfrytzojn resurset e kompjuterit dhe n jetn e rndomt (pr shkak t shpejtsis


23

s CPU-s), fitohet prshtypja e puns s prnjhershme t m shum shfrytzuesve n t njjtin sistem.

Njsia (pajisja) e kujtess

Njsia e kujtss ka pr detyr q instruksionet dhe t dhnat, gjegjsisht rezultatet e prpunimit ti ruaj pr pun t mtejme. Instruksionet dhe t dhnat jan kod numerik. N kujtes mund t shnohet dhe nga kujtesa mund t lexohet. Leximi nga kujtesa fillon kur n regjistrin e adresuar M, vendoset adresa dhe gjenerohet sinjali lexo. Pas kohs s qasjes (disa dhjetra ns) prmbajtja e adress s specifikuar vendoset n regjistrin e t dhnave t kujtess - S.

Procesi i shkruarjes (shnimit) n kujtes fillon kur n regjistrin e adresuar M, bartet adresa, kurse e dhna e cila kujtohet n at adres vendoset n regjistrin e t dhnave t kujtess - S. Pasi q njsia dirigjuese t gjeneroj sinjalin komandues shkruaj, e dhna shkruhet n lokacionin e specifikuar t kujtess, si n figurn e mposhtme.

0 1 1 0 0 1 1 1

0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0

0 1 1 0 0 1 1 1

1 1 0 1 1 1 0 01 1 0 1 1 1 0 0

0000 0000

Adresa Adresa

S SM M

Shj

ShaLj

La

a) b)

0001 0001

0002

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0002

001F 001F

002 002

Shj Sinjali shkruaj joaktiv Lj Sinjali lexo joaktiv

Sha Sinjali shkruaj aktiv La Sinjali lexo aktiv

Fig. 8. Operacioni i shkrimit (shnimit)

Meqense ka krkesa t vazhdueshme pr kapacitet sa m t madh t kujtess dis-ponuese, jan krkuar edhe rrugt pr krijimin e nj kujtese t till.


24

Adresa efjals n kujtes

Adresa e bllokut

Adresa e faqes

Regjistri i adress pr faqen 0



Regj is tri i adres s pr faqen 9

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Pajisjet pr prshtatje

Blloku 0 (512 fjal) Faqja 0 (512 fjal)





Prshtatja e pasuksesshme

Adresa e faqes

Adresa e fjals n bllok

Adresa e fjals n faqe

Funksionet epasqyrimit dhezhvendosjes

s faqeve

KUJTESA SEKONDARE(disku)

KUJTESA kryesore(RAM)

Regjistri i adresave

Fig. 9. Ndrlidhja e RAM-it dhe e diskut

Teknikisht nuk ka qen e mundur q t zgjerohet kujtesa punuese (nn komandn e drejtprdrejt t procesorit), kshtu q qysh ather sht menduar n organizimin hierarkik t kujtess. Kshtu flitet pr kujtesn punuese me kapacitet t vogl dhe shpejtsi t madhe dhe kujtes.n dytsore me kapacitet t madh dhe me qasje me kohzgjatje m t madhe. Kujtesat e para kan qen t realizuara n form t timpaneve rrotulluese. Gjenerata e ardhshme ka qen me brthama ferite e m von me elemente gjysmpruese.

Teknologjia me elemente gjysmpruese mundsoi zhvillimin e kujtess s quajtur RAM (Random Access Memory kujtes me qasje t drejtprdrejt) n t ciln koha e qasjes nuk varet nga ajo se n cilin vend gjendet e dhna. Sot, pr kujtes punuese kryesisht prdoren kujtesat gjysmpruese, sepse jan t shpejta, me mim t ult dhe kan kapacitet t madh. Disqet magnetike prdoren si kujtes dytsore. Prparimi i teknologjis mundsoi prparimin e kujtesave e me kt edhe t performanseve t kompjuterit. Prve ksaj sht futur edhe koncepti i kujtess virtuele.

Koncepti i kujtess virtuele bazohet n faktin se ekzistojn dy nivele t kujtess: parsor (me kapacitet m t vogl, e shpejt dhe e shtrenjt) dhe ai dytsor (me kapacitet m t madh, m e ngadalshme dhe jo e shtrenjt). Programi kompjuterik, q t dy kto kujtesa i trajton si nj kujtes t prbashkt t kapacitetit m t madh, por me shpejtsi t prafrt me shpejtsin e kujtess parsore. Pr tu arritur kjo, prdoret teknika e veant, e paraqitur n figurn 9.

Kujtesa sht e ndar n madhsi fikse, gjegjsisht n faqe. Madhsia e faqes sht shpesh 512 fjal. Secila faqe e ka regjistrin e adresuar t faqes, i cili prmban adresn e bllokut t informacioneve t cilat momentalisht e zjn faqen. Adresa e fjals n kujtes i ka


25

dy komponente: adresn e bllokut dhe adresn e fjals n bllok. Qasja fjals s caktuar n kujtes, fillon me krahasimin e adress dhe t gjitha regjistrave t faqeve. N rastet e prputhjes, lejohet qasja. Blloku mund t jet i vendosur n seciln faqe, prandaj adresa e bllokut transformohet n adres t faqes. N qoft se nuk arrihet prputhshmria n mes t adress s bllokut dhe prmbajtjes s regjistrave t adresuara t faqeve, thirren funksionet e pasqyrimit faqsor dhe t zhvendosjes, kshtu q blloku i krkuar bartet n kujtesn kryesore, kurse stacioni joaktiv (ai q m s paku prdoret) kthehet n kujtesn dytsore.

Prmirsimi i mtejm sht arritur me prdorimin e kesh-kujtess, pjes e cila e ka kohn e qasjes t prafrt me ciklin e procesorit. Ky mekanizm ka treguar rezultate t mira praktike. Pr organizimin e kujtess do t bhet fjal n kapitullin e ardhshm.

Njsia aritmetike

Njsia aritmetike prbhet nga pajisjet pr kryerjen e operacioneve aritmetike. N t shumtn e rasteve kto pajisje bjn vetm mbledhje de zhvendosje, ndrsa operacionet e tjera kryhen me veprime iterative me an t mbledhjes. Ksht, p.sh. operacioni i zbritjes realizohet me mbledhjen e t zbritshmit me komplementin e numrit. Shumzimi realizohet me prsritje programore t numrit t nevojshm t mbledhjeve. Pjestimi realizohet si zbritje dhe zhvendosje. N operacionet aritmetike marrin pjes regjistri A i cili prmban nj operand dhe m von rezultatin. Njsis i shtohen edhe regjistrat e prgjithshm dhe prve mbledhsve dhe pajisjes pr zhvendosje, lajmrohen edhe nj ose m shum pajisje pr mbledhje t numrave me presje t lvizshme, pajisjet pr shumzim, degzim etj. Arkitekturat e reja kan disa pajisje t njjta aritmetike-logjike t cilat punojn njkohsisht. N kapitujt e ardhshm do t bhen sqarime m t detalizuara.

Njsia komanduese

Njsia komanduese gjeneron sinjalet komanduese pr udhheqje kohore dhe pr komandim me njsit e tjera. Ajo i pranon instruksionet t cilat i dekodon dhe n pajtim me rndsin e tyre, gjeneron sinjale t cilat shkaktojn sjellje t caktuar t pjesve t caktuara t kompjuterit. Kryerja e instruksioneve bhet n hapa elementar. Operandt t cilt marrin pjes n operacione vendosen n regjistra t cilt jan pjes prbrse t njsis aritmetike. Kryerja e operacioneve aritmetike realizohet me kryerjen e operacioneve logjike, meqense pajisjet elementare digjitale kryejn operacione logjike. Karakteristikat e njsis komanduese ndikojn drejtprdrejt n mimin dhe performanset e secilit kompjuter. Shpejtsia e kryerjes s programeve drejtprdrejt varet nga instruksionet bazike, prandaj sht shum e rndsishme si t zgjedhet bashksia bazike i instruksioneve. Zgjedhja gjat konstruktimit t procesorit t ri niset nga llogaria statike. Instruksionet q prdoren m shpesh, gjithsesi duhet t prfshihen n bashksin e instruksioneve dhe sipas mundsis trajtohen si mikroinstruksione.

N qoft se shikohet m thell, duhet nisur nga zgjedhja e gjuhs s lart programore, dhe n baz t krkesave t asaj gjuhe programore zgjedhet bashksia m e prshtatshme e instruksioneve (operacioneve primitive) me an t t cilave mund t realizohen krkesat. N trajtim mund t jet edhe opcioni i gjersis s punve t cilat kompjuteri i kryen n punn dhe n rethinn e vet. P.sh. n qoft se dshirohet kompjuteri pr llogaritje statike me saktsi t lart, ather ai duhet t ket edhe bashksin e caktuar t instruksioneve.

Secili instruksion, n t vrtet paraqet nj rend t kryerjes s mikroinstruksioneve (mikrooperacioneve) t mikroprogramit. Formati i mikroinstruksionit mund t jet i


26

ndryshm, por n prgjithsi mund t merret se i ka s paku dy pjes: pjesn operacionale (disa dhjetra bit) dhe pjesn komanduese (rreth dhjet bit). Pjesa operacionale e mikroinstruksionit i ka fushat pr kryerjen e operacioneve, bashksin e regjistrave, ndrlidhjen e mbledhsve etj. Pjesa komanduese e instruksionit duhet q t ket s paku dy fusha: kushtin e krcimit dhe adresn e krcimit. t vendosura n kujtesn mikroprogramore. Kujtesa mikroprogramore n fillim sht realizuar si matric nga diodat, e m von si kujtes bipolare.

Mund t konstatohet se bmikroprogramimi sht treguar si nj metod e mir e realizimit t njsis komanduese, e cila edhe sot prdoret. Prve ksaj ai paraqet edhe nj ur lidhse n mes prkrahjes hardverike dhe softverike. Me ndryshimin e prmbajtjes s kujtess mikroprogramore mund t ndrrohet bashksia e instruksioneve, e m kt edhe mnyra e funksionimit t tr kompjuterit. Kjo do t thot se shfrytzuesi sht n gjendje q vet t ndrroj arkitekturn e kompjuterit (n qoft se ai di t ndrroj prmbajtjen e kujtess mikroprogramore). Si shembull i realizimit t njsis mikroprogramore mund t shrbej ilustrimi n figurn 10. Organizimi i ktill i njsis kontrolluese sht i njohur me emrin skema e Wilkes-it.

Regjistri i adresss kujteses mikroprogramore

Adresa e instruksionit t ardhshm

MATRICA A MATRICA B

Takti

ALU, regjistratudhheqja

Linja 2n

DEKODERI

Instruksioni nga regjistri I

n linja

Fig. 10. Njsia komanduese e multiprogramuar

Pjest kryesore jan: Regjistri i adress, prmbajtja e t cilit prcakton adresn e kujtess

mikroprogramore (prmbajtja varet nga kodi operacional-prmbajtja e regjistrit t instruksionit dhe prmbajtja e matrics s mikroprogramuar B q prcakton adresn e ardhshme t mikroinstruksionit);

Dekoderi (dekodimi i adress, gjegjsisht zgjedhja e nj nga linjat 2n); Matrica nga diodat A (prcaktohen rrugt e t dhnave dhe t aksioneve); Matrica nga diodat B (prcaktohet adresa e mikroinstruksionit t ardhshm).

N vazhdim do t bhet shpjegimi i shkurtuar i funksionimit t njsis kontrolluese t paraqitur n figur.

Adresa n regjistrin e adresave dekodohet ashtu q sht i mundsuar njri nga rreshtat e matricave A dhe B. P.sh. n figur sht mundsuar rreshti i pest, gjegjsisht kombinacioni 11000 n matricn A dhe 0100 n matricn B. N qoft se supozojm se 1 paraqet nivelin e tensionit 5V, kurse 0 nivelin e tensionit 0V, kto gjendje drejtohen kah njsia aritmetike, njsia logjike, regjistrat komandues dhe t gjitha pajisjet e tjera q i aktivizojn apo nuk i aktivizojn. T gjitha aktivitetet jan t prshtatura me sinjal t udhheqjes kohore.


27

Arkitektura e kompjuterve e tipit SIMD 29

Arkitektura e tipit SIMD

Arkitektura e tipit SIMD sht e prshkruar me vektorin A=(1,M) n fig. 1 dhe karakteristik kryesore e ka rrjedhn e instruksionit rrjedhn e shumfisht t t dhnave. N apektin konstruktiv, kemi t bjm me m shum procesor t cilt kryejn t njjtat instruksione n t dhnat e ndryshme. Paraqitja e thjeshtsuar sht br n figurn e mposhtme.

KUJTESA E T DHNAVE

PROCESORI

Kujtesa programore

PROCESORI

instruksioni

PROCESORI

udhheqja

T DHNAT REZULTATET

Fig. 11. Modeli i arkitekturs SIMD

Edhe ky tip i kompjuterve krijon numr t madh t moduleve t njjta me nivele t ndryshme t ndrlikueshmris. Ky tip i arkitekturs shfrytzohet n zgjedhjen e problemeve t prbra me shkall t paralelizmit, t prbr n t dhnat dhe operacionet. Kompjutert e ktij tipi zakonisht prdoren kur kemi t bjm me prpunim t numrit shum t madh t t dhnave, si te vektort, matricat, prpunimi i fotografive dhe modeleve, grafika kompjuterike etj. Kompjutert me arkitektur SIMD mund t klasifikohen n 3 grupe:

Kompjuter matricor, Kompjuter asociativ dhe Kompjuter prmbledhs.

N tekstin e mtejm do t prshkruhet shkurtimisht kompjutert matricor dhe asociativ.

Kompjutert matricor

Kompjutert matricor (angl. Parallel processor) bazohen n m shum elemente procesore (deri n disa dhjetra mij elemente) me kujtes t shtuar e cila prmban vetm t


30

dhnat, kujtesn programore, njsin qendrore komanduese dhe rrjetin gjegjs ndrlidhs (fig.12).

Kujtesa programore

Elementi procesor 1 Kujtesa e t

dhnave 1

RRJETI

NDRLIDHES

H/D

Kujtesa e tdhnave 2

Kujtesa e tdhnave N

KUJTESA PRMBLEDHSE

Elementi procesor 2

.

.

....

Elementi procesor N

Instruksionet dhe t dhnat

Njsia qendrorekomanduese

Fig. 12. Kompjuteri matricor

Elementet e procesit lidhen n nj struktur t rregullt. Shembull pr kto lidhje jan:

Lidhja me katr, gjasht ose tet elemente fqinje Lidhja e przier plotsisht (lidhja indirekte e cilit do element nprmjet atyre t cilt

jan t lidhur drejtprdrejt). Lidhja me ndrlidhjet e afrta n-kubike, Lidhja nprmes kujtesave lokale t cilat jan t ndrlidhura me rrjet ndrlidhs.

Shpejtsia e prpunimit bazohet n faktin se njsia komanduese prcjell instruksionin n t gjitha elementet procesore (procesort). Njsia komanduese, gjegjsisht kompjuteri sht e organizuar edhe pr lidhje me kompjutert tjer. T gjith elementet procesore kryejn instruksionin e njjt, por n t dhnat e ndryshme. T dhnat merren nga kujtesa lokale e t dhnave e cilat i sht bashkangjitur secilit element procesor, kurse secili element procesor interpreton instruksionin n mnyr t prcaktuar n njsin komanduese multiprogramore n nivel t elementit procesor. Renditja e ktill nuk nnkupton se t gjith elementet procesore duhet t jan aktive.

Kompjutert asociativ

Karakteristik kryesore e ktij lloji t kompjuterve sht jutesa asociative. Dallimi n mes t RAM kujtess klasike sht n at se qasja deri te e dhna definohet n baz t vet vetis s t dhns apo t pjess s saj. Pra, qasja n kujtes nuk sht sekvenciale sipas adresave.


31

Kujtesa programore

Pajisja ndrlidhse hyrse-dalse

Njsia komanduese

Kujtesaasociative

Njsia aritmetike-logjike

Fig. 13. Kompjuteri asociativ

Elementet kryesore t ktij kompjuteri jan t paraqitura n figurn e msiprme dhe prbhen nga:

Kujtesa asociative, ALU, njsia komanduese, kujtesa programore, Pajisja hyrse-dalse.

Meqense arkitektura e ktyre kompjuterve t specializuar sht drejtprdrejt e varur nga kujtesa (kujtesa asociative), ather do t paraqesim organizimin e ksaj kujtese. Te ky lloj i kujtess jan t mundshm operacionet e krkimit paralel dhe krahasimit paralel. Shembull i krahasimit: i barabart, jo i barabart, m i vogl se, m i madh se, jo m i madh se, jo m i vogl se, vlera minimale, vlera maksimale, i ardhshmi m i madh, i ardhshmi m i vogl, vler ndrkufitare, nuk sht vler ndrkufitare.

Baza hardverike e kujtess asociative sht bit-celula, e cila prve vetis s kujtimit t 1 bitdhe t sinjalit lexo-shkruaj, e ka edhe loikn e krahasimit me fjaln kye, gjegjsisht me regjistrin e t dhnave. Prve ksaj, secils fjal i sht bashkangjitur elementi procesor, i cili mund t jet me nivel t ndryshm t ndrlikueshmris.

Pr shembull: kujtesa asociative i ka n-fjal, dhe secila fjal prmban t dhnat pr studentt, si t dhnat personale, t dhnat mbi vitin e studimit, mbi notn mesatare etj. N qoft se krkohet e dhna e caktuar, ather duhet q t dihet e ashtuquajtura fjala kye (me qllim t krahasimit).

Krkimi i asocuar n lidhje me t dhnn se sa student e kan notn mesatare m t lart se 9, jep rezultat t menjhershm, pa marr parasysh se sa student t till jan n regjistr. Fjala n baz t cils bhet krkimi n fushn e kujtess quhet fjala kye dhe sht e vendosur n regjistrin e t dhnave. N regjistrin e rezultateve t krkimit (numri i bitve sht i barabart me numrin e lokacioneve n kujtes) jan t vendosura t gjitha njsit q n fillim t krkimit. Krkimi fillon me gjenerimin e impulsit t krkimit. Impulsi i par shkakton krahasimin e bitit t par t secils fjal me bitin e par t fjals kye dhe n qoft se ato nuk prputhen, n regjistrin e rezultateve, n vendin e par vendoset 0.


32

H/D

H/D

Njsia komanduese

E dhna

maska

KUJTESA

Rezultati i krkimit

Zgjedhja e fjals

Elementet e procesit

Prputhja eshumfisht

1 1 0 0 0 0 1 1

1 0 0 1 0 1 1 10

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1 1 1 0 0 0 1 1

1 1 1 1 1 0 1 1

1 1 1 0 1 0 1 1

1 1 1 0 1 0 1 1

1 1 1 0 1 0 1 1

1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 1 0 1 0 1 1

Fig. 14. Krkimi asociativ

Me an t impulsit t dyt inicohet krahasimi i bitit t dyt t fjals me bitin e dyt t fjals kye dhe n rast t mos prshtatjes, shnohet 0 n pozicionin e dyt t regjistrit t rezultateve. N kt mnyr, n t gjith bitet e regjistrit t rezultateve, n t cilt nuk ka prputhje. Pas realizimit t procesit n regjistrin e rezultateve t krkimit do t shnohet 1 pr t gjitha fjalt q kan prmbajtje t njjt me fjaln kye. N rastin e prputhjes s shumfisht, pajisja pr zgjidhje tregon n fjaln e par e cila e plotson kriterin. N fig. 14, kto jan fjalt 2, 4 dhe 7.

Arkitektura e kompjuterve e tipit MISD 33

Arkitektura e tipit MISD

Arkitektura e tipit MISD sht karaktersitike pr shkak t rrjedhs s njfisht t t dhnave dhe rrjedhs s shumfisht t instruksioneve. N fig.1 ky tip i arkitekturs paraqitet me vektorin A=(N,1) dhe paraqet rrjedh t shumfisht t instruksioneve dhe rrjedh t njfsht t t dhnave. Kompjutert e ktij lloji jan:

Kompjutert rrjedhs (angl. Pipeline) dhe Fushat sistolike.

Ky tip i arkitekturs sht paraqitur me fig. 15.

KUJTESAE

dhna

Rezultati

instruksioni

ELEMENTETPROCESORE

Fig. 15. Arkitektura e tipit MISD.

Kompjutert rrjedhs (Pipeline)

Te kompjutert rrjedhs elementi themelor procesor ndahet n shum segmente-segmente procesore. N kt mnyr funksioni zbrthehet n disa nnfunksione t cilt mund t kryhen paralelisht, sepse t gjith segmentt jan njkohsisht aktiv. N kompjuterin e ktill, koha e prpunimit t n-fjalve sht:

Tn=To+Mts+(n-1)ts

Koha e prpunimit t nj fjale Te=Tn/n ku jan:

To+Mts koha e paraqitjes s rezultatit t par n dalje t strukturs rrjedhse, (pas paraqitjes s rezultatit t par, n do interval kohor ts lajmrohet rezultat i ri);

M numri i segmenteve rrjedhse t cilt jan t ndrlidhur n mes veti; To koha q nevojitet pr strukturimin dhe ndrlidhjen e segmenteve

rrjedhse; Ts koha e prpunimit n nj segment.

Pr prpunimin e numrit t fjalve q anon kah vlera pa kufi, duhet prafrsisht aq koh sa zgjat prpunimi n nj segment. N literatur principi i kompjuterve rrjedhs shpjegohet mjaft thjesht, duke e krahasuar fizikisht me ujsjellsin.

Karakteristikat e arkitekturs rrjedhse jan: 1. Pajisja kryesore shprndahet n disa segmente rrjedhse, kurse rezultati i veprimit t

segmenteve rrjedhse sht i barabart me rezultatin e veprimit t pajisjes baz; 2. hyrja n segmentin rrjedhs sht dalje nga segmenti paraprak rrjedhs, gjegjsisht

ndryshimi i vlerave hyrse dhe dalse sht mnyra e vetme e bshkveprimit t segmenteve rrjedhse;


34

3. duhet tentuar q koha e prpunimit n nj segment t sht e barabart n t gjith segmentt, kshtu q pr prshtatje eventuale t shpejtsive t prpunimit n segmente, n konstruksionin n mes segmenteve vendosen mesregjistrat.

Zbrthimi i prpunimit klasik t nj instruksioni pr tu kryer prpunimi rrjedhs bhet duke u koncentruar n marrje t instruksioneve, dekodim, sigurim t operandve dhe ekze-kutim t instruksioneve. Modeli i prpunimit rrjedhs sht paraqitur n fig. 16.

Mbledhja einstruksioneve

Moduli 1 Moduli 2 Moduli 3 Moduli 4

Dekodimi iinstruksioneve

Sigurimi ioperandeve

Ekzekutimi iinstruksioneve

Fig. 16. Modeli i prpunimit rrjedhs

Te prpunimi klasik, koha e prgjithshme e prpunimit do t ishte e barabart me shumn e kohve t prpunimit n segmentet e veanta. Te mnyra rrjedhse e prpunimit n nj moment bhet prpunimi paralel i m shum instruksioneve q mund t shihet n dia-gramin e mposhtm t realizimit t instruksioneve.


Moduli

Koha (t)0 1 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4

1 2 3 4

1 2 3 4

1 2 3 4

Dekodimi iinstruksioneve

Sigurimi ioperandeve

Ekzekutimi iinstruksioneve

Fig. 17. Diagrami i ekzekutimit t instruksionit

N shembullin e paraqitur n figur (n momentin kohor t paraqitur me shigjet), prnjher prpunohen 3 instruksione: instruksioni i par sht n fazn e sigurimit t oper-andve (segmenti i tret rrjedhs), instruksioni i dyt dekodohet (segmenti i dyt rrjedhs) dhe funksioni i tret sht mbledhjes (segmenti i par rrjedhs). Pr tr prpunimin shpenzohen 7 njsi kohore. Me prpunim klasik pr t njjtn gj ishte dashur 4x4=16 nj1si kohore (4 in-struksione x 4 cikle). Te konstruksioni i procesorit n njsin komanduese zakonisht vendoset struktura rrjedhse. Segmentt rrjedhs jan:

Segmenti pr marrje t instruksioneve, Segmenti pr dekodim t instruksioneve, Regjistrat pr parasigurim t instruksioneve, Segmenti i njsis ekzekutive.


35


Segmenti rrjedhs 1

Segmenti rrjedhs 2

Segmentirrjedhs 3

MBLEDHSI INTERN

Segmentirrjedhs 4

Dekodimi Njsia

ekzekutive

Fig. 18. Kujtesa n kompjuterin rrjedhs.

Arkitektura sistolike


36


37

Kapitulli III

Kujtesa (Memoria)

Memoria ose kujtesa e kompjuterit ka aftsin t mbaj mend sasin e caktuar t t

dhnave. T dhnat jan t shnuara n form t bitve. Biti sht njsia elementare pr in-

formatat dhe i prgjigjet shifrs 0 ose 1, nj impulsi (0-nuk ka impuls dhe 1-ka impuls).

Ekzistojn dy lloje t memorieve: memoria qendrore (memoria e puns, primare) dhe

memoria e jashtme (eksterne, sekondare).

Si memorie qendrore, kryesore prdoret memoria RAM, e cila sht memorie me qasje t

lir (rastit, direkte) e realizuar prmes komponenteve elektronike gjysmpruese. N t t

dhnat mund t shnohen dhe t lexohen sa her q dshirojm. T dhnat n RAM do t

qndrojn derisa kompjuteri sht i kyur, prandaj nse kompjuteri kyet ose i ndrpritet

furnizimi me rrym t dhnat q gjenden n RAM do t humben (fshihen) n mnyr t

pakthyeshme.

Memoriet e jashtme jan memorie me kapacitet t memorimit relativisht t madh, shrbejn pr ruajtjen masovike t t dhnave dhe informatave pr nj koh t pacaktuar. Memoriet e jashtme posedojn edhe njsit pr udhheqje me memorien, leximin dhe shkruar-jen e t dhnave. Memorie t jashtme jan: hard disqet, disketat, shiritat magnetik, CD disqet, DVD disku.

N prbrje t kompjuterit gjindet edhe memoria fikse ROM e cila prdoret pr ruajtje t

prhershme t t dhnave. N t t dhnat mund t shnohen vetm nj her dhe mund t

lexohen sa her q duam.

Pr shkak t harmonizimit t shpejtsis n mes procesorit dhe memories RAM si dhe n

mes memories RAM dhe memories s jashtme nevojitet nj memorie ndrmjetsuese e qua-

jtur kesh memorie. Kjo sht memorie e prkohshme e ngjajshme me RAM memorien.

Gjithashtu kemi edhe memorien virtuele e cila trajtohet si memorie me kapacitet m t

madh por me shpejtsi t prafrt me memorien qendrore.

Me shfrytzimin e sitemit hierarkik t memories sht mundsuar q t sigurohet problemi

i mosprshtatshmris n shpejtsin e komponentave t caktuar, sepse CPU punon m shum

se 1000 her m shpejt se memoria.

1. HIERARKIA E MEMORIES

1.1. Funksionimi i memories s kompjuterit


38

Meqens memoria teknikisht paraqet nje form t mediumeve elektronike, prdoret si

medium i prkohshm pr ruajtje t t dhnave. Nse procesori qendror i kompjuterit (CPU)

duhet vazhdimisht q ti qaset diskut pr t gjetur t dhnat q i nevojiten ai do t punoj

shum ngadal. Kur informacioni ruhet n memorie, CPU-ja mund m shpesh dhe m shpejt

ti qaset atij. Shumica e formave t memorieve jan realizuar si mediume t prkohshme t t

dhnave.

Fig. 1. Hierarkia e kujtess

Si q shihet nga fig.1. me shfrytzimin hierarkik t kujtess sht mundsuar q t siguro-

het problemi i mosprshtatshmris n shpejtsi t komponentve t caktuar, sepse CPU

punon m shum se 1000 her m shpejt se kujtesa.

Shumica e t dhnave q vijn nga mediumet e prhershme (permanent storage) si nga hard disku ose nga tastatura s pari shkojn n RAM memorien. Ather CPU-ja i ruan ato t dhna q i nevojiten pr qasje, shpeshher n cache (kesh memorie), dhe mban instruksionet speciale ne regjistr. T gjitha komponentet n kompjuter si CPU-ja, disku dhe sistemi operativ punojn si nj ekip dhe memoria sht njra prej pjesve m t rndsishme t ktij ekipi. Prej momentit kur ndizet kompjuteri e deri kur fiket CPU-ja sht vazhdimisht duke e prdorur memorien.

Le t shohim n vazhdim:

- Ndizet kompjuteri.

- Kompjuteri plotson t dhnat nga ROM memoria dhe kryen nj power-on self test

(POST) pr t qen i sigurt se t gjitha komponentet jan duke funksionuar ashtu si

duhet. Si pjes e ktij testi, njsia kontrolluese kontrollon t gjitha adresat e memories


39

me nj operacion read/write (lexo/shkruaj) pr t siguruar se nuk ka gabime n ipin e

memories.

- Kur kompjuterit i urdhrohet q t prdor ndonj pjes t programit t caktuar, ai s

pari krkon programin n hard disk dhe at e kopjon n memorie. Ky proces quhet ak-

tivizim i programit dhe paraqet plotsim t memories me program (loading a program).

Pas plotsimit t memories me program, procesori mundet q shum m shpejt t

lexoj instruksionet e caktuara nga memoria (RAM) sa her q ka nevoj. Plotsimi i

programit n memorie (RAM) nuk paraqet bartje t programit nga hard disku n memo-

rie, por krijohet nj kopje ekuivalente e programit nga hard disku n RAM. Programi

origjinal mbetet n disk i gatshm q t aktivizohet sa her q kemi nevoj.

- Programi i par t cilin e aktivizojm (plotsojm n RAM) nga hard disku gjat

lshimit t kompjuterit sht sistemi operativ. Pra puna e par t ciln e bn procesori

me kyje t kompjuterit, sht krkimi dhe plotsimi i memories me program t sistemit

operativ.

- Me rastin e shkyjes s kompjuterit nga tensioni elektrik, paraqitet nj problem, sepse e

tr prmbajtja fshihet prgjithmon, pra e tr prmbajtja e dokumentit t formuar

gjat ksaj kohe do t humbet. Kjo poashtu nnkupton se nuk mund t mbshtetemi n

memorie dhe ti kthehemi puns pr t vazhduar me dokumentin n ndonj dit tjetr.

- Pra, paraqitet nevoja pr ruajtjen e t dhnave t cilat do t na nevojiten m von si dhe

pr vendosjen e tyre n hapsir t caktuar n t ciln do t ruhen pr nj koh m t

gjat. Kur ne e inizojm nj fajll dhe e mbyllim aplikacionin, fajlli ruhet n paisje

specifike dhe ather fajlli dhe aplikacioni jan fshir nga RAM-i.

Prej ksaj mund t prfundojm se gjithka q hapet, plotsohet, vendoset n RAM. Kjo

don t thot se vendosen n hapsirn e mediumeve t prkohshme (temporary storage area)

dhe procesori mund tu qaset informacioneve m leht. Procesori krkon t dhnn q i nevo-

jitet nga RAM-i, e prpunon dhe shkruan t dhnn e re prapa n RAM sipas nj cikli kontin-

ual (vazhdueshm). Ky organizim i t dhns n mes RAM-it dhe procesorit n shumicn e

kompjuterave ndodh milion her n do sekond. Kur aplikacioni mbyllet e dhna dhe fajllat

shoqrues zakonisht fshihen nga RAM-i pr t br vend pr t dhnn e re. Nse ndryshimet

e fajllave nuk inizohen n paisjet e mediumeve t prhershme (permanent storage device)

para se t fshihen nga RAM-i , ata do t humbasin.

1.2. Shpejtsia e nevojshme

Nj pyetje e zakonshme n lidhje me kompjuterin sht se :Pse nj kompjuteri i nevojiten

aq shum sisteme t memories?. Nj kompjuter tipik ka:

- Niveli 1 dhe niveli 2 i kesh memories.

- Kujtesa kryesore RAM.

- Kujtesa virtuele.

- Hard disku.


40

Pse kaq shum?. Procesorit, CPU-s i nevojitet q leht dhe shpejt tu qaset t dhnave.

Nse procesori nuk mund ta pranoj t dhnn q i nevojitet ai do t ndalet dhe do t pres.

Procesort modern e kan shpejtsin rreth disa gigaherca dhe mund t punoj me sasi t

madhe t t dhns bilion bajta pr sekond. Problemi qndron n at se kjo memorie q ka

CPU-n me disa gigaherc sht shum shtrenjt.

Dizajnert e kompjuterit e kan zgjedhur problemin e kushtimit me shtresimin (tiering) e

memories - duke prdorur memorien e shtrenjt me kapacitet m t vogl dhe memorien m

pak t shtrenjt me kapacitet m t madh.

Forma m e lir e memories q prdoret sot sht hard disku. Hard disqet jan me ka-

pacitet te madh dhe jo t shtrenjt t mediumeve t prhershme.

Niveli tjetr i hierarkis s memories quhet kujtes virtuele virtual memory.

Niveli tjetri hierarkis sht RAM memoria.

N sistemin kompjuterik RAM-i vet nuk sht i mjaftueshm pr shpejtsin e

procesorit. Prandaj prdoret kesh memoria. Kjo memorie zvoglon kohn e pritjes s

procesorit pr marrjen e shnimeve nga memoria qendrore, pra zvoglon numrin e t ashtu-

quajturave gjendje t pritjes (wait states).

Pra shpejtsia e puns s memories sht faktor i rndsishm pr vlersimin e mundsive

t kompjuterit. Ktu duhet cekur dy madhsi. Njra sht koha e qasjes (access time) e cila

sht koha prej momentit kur n hyrje t memories paraqitet adresa e t dhns s dshiruar

deri n momentin kur e dhna e dshiruar paraqitet n dalje t memories. Kjo koh sht e

rendit t nanosekondave (p.sh. 60ns, 70ns, etj). Madhsia tjetr sht cikli i memories (cycle

time) q paraqet kohn e nevojshme q shnimi t lexohet nga memoria dhe prsri t shkru-

het n t. Pasi instruksionet kryhen pr numr t plot t cikleve t memories tentohet q koha

e zgjatjes s ciklit t memories t jet sa m e shkurtr.

1.3. Procesori pjesa qendrore e kompjuterit

N brendin e secilit kompjuter gjendet paisja me dimensione siprfaqsore t prafrta

me nj pull postale. Kjo paisje quhet njsia qendrore procesorike (central processing unit)

ose shkurt CPU dhe paraqet trurin e kompjuterit, pjesn e cila lexon dhe ekzekuton instruk-

sionet kryen kalkulime si dhe merr vendime. Aty zhvillohen operacione aritmetike, logjike

dhe kontrolluese. CPU poashtu realizon ruajtjen dhe rikthimin e informacioneve n disk apo

n mjedise tjera memoruese.

Te kompjutert personal, CPU njihet me emrin mikroprocesor dhe sht i realizuar nga

qarku i integruar. Qarku i integruar sht i ndrtuar si nj kompleks i transistorve dhe i

qarqeve tjera elektrike t prfshira n nj pllakz t vogl t kristalt gjysmpruese t silicit,

e cila ndryshe quhet edhe ip.

Procesori sht i vendosur brenda shtpizs s njohur me emrin shtpiza sistemore ose njsia sistemore s bashku me paisje dhe vegla t ndryshme pr ruajtje t informacioneve Prbrenda shtpizs sistemore, mikroprocesori s bashku me memorien dhe qarqet tjera ndihmse sht i vendosur n pllakn themelore t kompjuterit. Kjo pllak ndryshe quhet edhe pllaka am (Motherboad), sepse n t ashtuquajturat sllote q gjenden mbi te, vendosen


41

edhe pllaka tjera, prmes s cilave mikroprocesori komunikon me memorien periferike dhe njesit periferike t kompjuterit. Detyrat kryesore t CPU-s jan:

1) Prpunimi i t dhnave. Me prpunim e t dhnave nnkuptohet kryaerja e operacioneve

aritmetike logjike, operacionit t zhvendosjes, operacionit t krkimit, operacionit t ren-

ditjes etj.

2) Mbikqyrja dhe harmonizimi i veprimeve t pjesve t sistemit. Gjat prpunimit t t

dhnave t dhnat lvizin prej nj njsie t sistemit n njsin tjetr, kryhen lexime dhe

operacione tjera dhe pr kta kujdeset CPU ashtu q sistemi t veproj i harmonizuar.

Fuqia e CPU-s (fuqia e mikroprocesorit) sht aftsia e prpunimit t t dhnave.

Fuqia e mikroprocesorit varet nga tre faktor t rndsishm: frekuenca e taktit (Clock),

sasia e bitve t cilt menjher mund ti prpunoj dhe arkitektura e ndrtimit t CPU-s.

N CPU t dhnat prpunohen n takte, nj operacion elementar i caktuar kryhet brenda

nj takti, prandaj CPU posedon nj or q numron taktet. Numri i takteve pr nj sekond

paraqet frekuencn e taktit dhe matet me Hz (herc). Tentohet t ndrtohet CPU me fre-

kuencn e taktit m t madhe sepse frekuenca m e madhe do t thot kryerja e numrit m t

madh t operacioneve elementare pr sekond, p.sh. CPU me frekuencn e taktit prej 500

MHz do t thot se mund t kryej 500 milion operacione elementare pr nj sekond.

Numri i bitve t cilt CPU mund ti prpunoj menjher paraqet faktorin e dyt m t

rndsishm. Pr shembull nj procesor 16-bitsh mund t operoj me dy bajta n t njtn

koh pasi (1 byte=8 bita) kshtu q (2 byte=16 bita), dhe nj procesor 64-bitsh operon

njkohsisht me 8 bajta.

Faktori i tret sht arkitektura e ndrtimit t CPU-ve. Te PC kompjutert e gjeneratave

m t reja jan prdorur edhe arkitektura t cilat jan prdorur edhe te kompjutert e mdhenj

dhe superkompjutert, si p.sh. arkitektura Pipeline (rrjedhja e ujit n gyp) e cila arkitektur

mundson nj shkall t paralelizimit n prpunimin e t dhnave.

Si njsi pr matjen e fuqis s CPU-s merret numri i operacioneve elementare q mund t

kryhen brenda nj kohe t caktuar. Prdoren njsit MIPS dhe MFLOPS. Njsia MIPS do t

thot milijon instrukcione (operacione elementare) pr sekond, pra kompjuteri me fuqin 10

MIPS-a (Mega Instruction Per Second) do t thot se ka fuqin q pr nj sekond t kryej

10 milion instruksione (operacione elementare). Njsia MFLOPS (Mega Floting operation

per second) do t thot milijon operacione me numra me presje t lvizshme pr nj sekond.

Njsia MIPS sht m univerzale dhe m e prdorur.


42

2. KESH MEMORIA

2.1. Si punon kesh memoria?

Kjo memorie prdoret pr t shpejtuar punn e njsis qendrore duke ruajtur sipas ndonj

algoritmi prmbajtje q m s shpejti shfrytzohen nga ana e kompjuterit. Shfrytzimi i kesh

memories zvoglon kohn e pritjes s procesorit pr marrjen e shnimeve nga memoria qen-

drore.

Pra, gjat prpunimit t t dhnave n CPU t dhnat merren nga memorja RAM dhe

shpeshehr ndodh q t dhnat n memorien RAM t merren nga ndonj memorie e jashtme.

Pr shkak t harmonizimit t shpejtsis n mes CPU-s dhe memories RAM si dhe n mes

RAM-it dhe memories s jashtme (sepse CPU punon n koh m t shkurt se sa koha e qas-

jes n memorien RAM dhe koha e qasjes s RAM-it sht m e vogl se koht e qasjeve t

memorieve t jashtme) nevojitet nj memorie ndrmjetsuese e quajtur kesh memorie. Kjo

memorie sht memorie e prkohshme e ngjajshme me RAM memorien.

Kemi dy nivele t kesh memories:

Niveli 1 level 1 sht n t djatht t CPU-s, sht shum i vogl, normal midis 2 KB

dhe 64 KB.

Niveli 2 level 2 i kesh memories i prket kartels s memories e vendosur n afrsi t

CPU-s. Niveli 2 ka lidhje t drejtprdrejt me CPU-n. Qarku i integruar n pllakn am,

kontroller L2 rregullon prdorimin e nivelit 2 nga CPU-ja. Mvarsisht nga CPU-ja niveli 2

sht prej 256 KB deri 2MB. Performancat e larta t CPU-s e kan nivelin 2 t kesh memo-

ries t ndrtuar n ip t vetin n CPU. Kshtu madhsia e nivelit 2 sht faktori determinues

pr performancat e CPU-s.

Kesh sistemi faqet n do kompjuter n forma t ndryshme. Ka kesh memorie, kesh t

hardverit dhe softverit t diskut, kesh t faqeve e tjera. Memoria virtuele bile sht nj form

e kesh memories.

2.2. Nj shembull i thjesht

Kesh sistemi sht nj teknologji e bazuar n nnsistemin e memories n kompjuter. Ql-

limi kryesor i kesh sistemit sht q t shpejtoj punn e kompjuterit. Pr t kuptuar iden e

nj kesh sistemi, le t marrin nj shembull t nj puntori q punon n bibliotek. Le t jet

puntori n tavolinn e tij. Ai sht aty pr t dhn librin q e krkojm. S pari fillojm me

puntorin pa prdorimin e kesh sistemit.

Arrin klienti i par. Ai pyet pr librin Moby dick. Puntori shkon e merr librin dhe ia

sjell klientit. M von klienti vjen dhe e kthen librin. Puntori shkon n dhomn e librave dhe

e vendos librin n raft. Le t supozojm se edhe klienti i ardhshm e krkon librin Mobi

dick(puntori e sheh klientin se sht duke ardhur). Ather puntori shkon prsri n dhom

dhe krkon librin dhe ia sjell klientit. Sipas ktij modeli, puntori ka t bj nj udhtim rro-


43

tull t sjell do libr-bile edhe ata libra q krkohen m shum. A ka ndonj mnyr q t

prmirsoj performancat e puntorit?.

Po, ka nj mnyr t vendosim nj kesh sistem te puntori. Le t marri puntori nj pako q nxen 10 libra (n termin kmpjuterik, puntori tash ka nj kesh sistem 10 libra). N kt pako, puntori vendos librat q i krkojn m shum, maksimum deri m 10 libra. Le t shohim prparsin e shembullit tash me kesh sistemin. Dita fillon. Pakoja sht e zbrazt. Arrin klienti i par dhe krkon librin Mobi dick.

Puntori shkon n dhom dhe ia sjell klientit librin. M von vjen klienti dhe e kthen librin.

Puntori tash nuk shkon n dhomn e librave por e vendos librin n pako (s pari sheh a sht

plot pakoja). Vjen klienti i ardhshm dhe krkon librin Mobi dick. Puntori nuk shkon m

n dhomn e librave por sheh n pakon e tij a sht ai libr dhe ia jep klientit. Kshtu klienti

sht i shrbyer m shpejt dhe m me efikasitet.

ka ndodh nse klienti krkon libr q nuk sht n pako. S pari puntori sheh n pakon

e tij por ajo koh sht shum e vogl n krahasim me at kur shkon n dhom t librave.

Prej ktij shembulli mund t shohim disa fakte t rndsishme n lidhje me kesh sistemin:

Teknologjia e kesh sistemit sht prdorimi i tipit t memories s shpejt por t

vogl pr t prshpejtuar nj tip t memories s ngadalshme por t madhe.

Kur prdorim kesh sistemin, duhet t kontrollohet nse ikona sht aty. Nse sht ather

kjo quhet cashe hit (keshi ndodhet) e nse jo quhet cashe miss (mungon keshi) dhe

kompjuteri duhet t pres nj udhtim t madh m t ngadalshm se hapsira e memories.

Kesh sistemi ka madhsi q sht m e vogl se hapsira e mediumeve t mdhaja.

sht e mundshme q t kemi disa lloje t kesh memories. N kt shembull, pakoja

paraqet tipin e shpejt por t vogl t memories, kurse dhoma e librave tipin e ngadalshm

por t madh t memories. Ky sht niveli i par i kesh memories. Mund t kemi edhe nj

tezg qe nxen 100 libra t ln mnjan. Ather puntori s pari kontrollon pakon, tezgn

e pastaj dhomn e librave. Ky sht niveli i dyt i kesh memories.

2.3. Keshi i kompjuterit

Kur mikroprocesori i qaset memories kryesore RAM-it, i qaset pr kohn 60 nanose-

konda. Kjo sht shum shpejt por m e ngadalshme se nj mikroprosesor tipik. Mikro-

procesori mund t ket dy cikle kohor t shkurtr nga dy nanosekonda.

Tash ndrtojm nj memorie speciale t vogl por t shpejt (rreth 30 nanosekonda). Kjo

sht dy her m e shpejt s sa qasja e memories kryesore. Ky quhet niveli 2 i keshit. Tash

ndrtojm nj memorie edhe m t vogl por m t shpejt. N kt mnyr, qasja n kt

memorie do t bhet me shpejtsin e mikroprocesorit e jo me shpejtsin e busit t memo-

ries. Ky sht niveli 1 i kesh memories. Ka shum nnsisteme n kompjuter ku mund t ven-

dosim kesh midis tyre pr t prmirsuar performancat e tyre.

Kesh memoria n mes t memorieve t jashtme dhe RAM memorieve realizohet

nprmjet t programve t quajtur drejtues (Drivers) t cilt nj pjes t RAM memories e

shpallin pr memorie kesh.

Ja nj list t sistemeve t keshit:


44

L1 cache qasja e memories me shpejtsin e mikroprocesorit (10 nanosekonda, 4 KB

deri 16 KB n madhsi).

L2 cache qasja e memories e tipit SRAM (rreth 20 deri 30 nanosekonda, 128 KB

deri 512 KB).

Memoria kryesore qasja e memories e tipit RAM (rreth 60 nanosekonda, 32 MB deri

128 MB).

Hard disku mekanik, i ngadalshm (rreth 12 milisekonda, 1 GB deri 10 GB)

Internet i pabesueshm ngadal (midis 1 sekonde dhe tre dit, madhsia e pa-

kufizuar).

Pra niveli 1 L1 keshon L2 i cili keshon memorien kryesore, e cila mund t prdoret pr t

keshuar nnsisteme si disku e kshtu me rradh.

3. RAM MEMORIA

3.1. Si punon RAM memoria?

Random access memory (kujtesa s cils i qasemi drejtprdrejt) ose RAM m s miri

sht e njohur si memorie e kompjuterit. N t vendosen prkohsisht programet dhe t

dhnat. RAM-i konsiderohet si kujtes q i qasemi drejtprdrejt (random access) sepse ne

mund ti qasemi cilsdo qeli t memories direkt nese e dim rreshtin dhe shtylln q priten n

kt qeli

RAM-i sht memorie me qasje t lir (rastit, direkte), n te t dhnat mund t shnohen dhe t lexohen sa her q dshirojm. T dhnat n RAM do t qndrojn deri sa kompjuteri sht i kyur, prandaj, nse

arkitektura dhe organizimi i kompjutereve - dr.edmond beqiri

Documents