Arkitektura Dhe Organizimi i Kompjutereve - Dr.edmond Beqiri

R

TI I PR

IS

T SI ER UNIV

TI NI EN SIS

NES

UNI

TI

VE

TE

H

SI

AS ST ISH UDIORUMPR

UNIVERSITETI I PRISHTINËS FAKULTETI ELEKTROTEKNIK

Dr. Edmond Beqiri

ARKITEKTURA DHE ORGANIZIMI I KOMPJUTERËVE (Ligjërata të autorizuara 2003/2004)

Prishtinë, 2004

2

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Përmbajtja: 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 teknikës kompjuterike ................................................................................3 1.3. Mënyrat e llogaritjes ....................................................................................................3 1.4. Historiku i zhvillimit të hardverit kompjuterik .............................................................4 1.4.1. Paisjet mekanike që i paraprinë zbulimit të kompjuterit .........................................4 1.4.2. Kompjuterët e pare mekanik anolog dhe digjital ........................................................6 1.4.3. Kompjuterët e bazuar në gypa elektronikë .................................................................7 1.4.4. Kompjuterët e bazuar në transistorë dhe në qarqe të integruara ..............................8 Fig.343Transis- ..........................................................................................................................8 1.4.5. Kompjuterët e bazuar në teknologji mikroelektronike ...............................................9 1.5. ANATOMIA E KOMPJUTERIT ............................................................................... 11 1.5.1. Procesori-pjesa qenndrore e kompjuterit ................................................................. 12 1.5.2. Mikroprocesorët dhe mikrokompjuterët................................................................... 13 KLASIFIKIMI SIPAS FLYNN-IT ....................................................................................... 15 ARKITEKTURA E TIPIT SISD........................................................................................... 17 Njësia (pajisja) e kujtesës .................................................................................................. 23 Njësia aritmetike ............................................................................................................... 25 Njësia komanduese ........................................................................................................... 25 Arkitektura e tipit SIMD ....................................................................................................... 29 Kompjuterët matricorë ...................................................................................................... 29 Kompjuterët asociativë ..................................................................................................... 30 Arkitektura e tipit MISD ....................................................................................................... 33 Kompjuterët rrjedhës (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 të dobët ................................................................ 70 1.3. Sistemet multiprocesorike me lidhje të fortë................................................................... 73 1.4. Karakteristikat procesorike për multiprocesim........................................................... 77 Kreu II .................................................................................................................................. 80 2. Rrjetat ndërlidhëse te sistemet multiprocesorike................................................................ 80 2.1. Ndarja kohore ose mbledhësi i përbashkët .................................................................. 80 2.2. Krosbari- lidhja dhe memoria me shumë hyrje ........................................................... 85 2. 3. Rrjetat shumënivelëshe për multiprocesor ................................................................. 92 2.4. Performansat e rrjetave ndërlidhëse.............................................................................. 102 Kreu III .............................................................................................................................. 103 3. Organizimet memorike të multipocesorëve ..................................................................... 103 3. 1. Konfiguracionet memorike mbimbuluese (Interliving) ............................................ 103 3.2. Kesh-memoria e shumëfishtë e multiprocesorit ........................................................... 105

2

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

3

HARDVERI KOMPJUTERIK

1.1. Karakteristikat e sistemit kompjuterik

    

Sistemi kompjuterik përbëhet nga këto elemente teknike dhe fizike: Hardveri kompjuterik (hardware) që përfshinë të gjitha pajisjet për mbledhje, përpunim dhe ruajtje te informacioneve dh ekomunikim me to; Softveri kompjuterik (sofware), që përfshinë instruksionet dhe programet për udhëheqje me vetë sistemin kompjuterik dhe kryerje të aplikacioneve të ndryshme; Bazat e të dhënave ose depot e informacioneve në mediumin kompjuterik (në disk apo në shiritin magnetik) të cilave kompjuteri mund tu qaset drejtëpërsedrejti, ose në mediumin off-line (mikrofilmi ose letra e shtypur për përdorim manuel); Procedurat, ku përfshihen doracak ose instruksionet për përdorim të sistemit dh etë aplikacioneve të tij; Personeli punues, (operatorët kompjuterik, programerët dhe analitiket e sistemit). Në vazhdim do të shqyrtohen karakteristikat kryesore teknike të hardverit të sistemit bashkëkohor kompjuterik.

1.2. Zhvillimi i teknikës kompjuterike Lidhja në mes të kompjuterëve dhe informacioneve shpesh nënkuptohet, sidomos nga ana e atyre përsonave, puna e të cilëve është ngusht e lidhur me të arriturat në lëminë e komunikimit. Informacioni, në aspekt më të gjerë përfshinë të gjitha faktet, të komunikimit, të mësuara apo te mbajtura në mend. Teoria e informacionit është shkenca adekuate e cila merret me studimin e përpunimit dhe ruajtjes së shënimeve. Vetë fjala informatikë nënkupton shkencën e cila merret me studimin e informacioniot, por për shkak të lidhjes shumë të ngushtë me kompjuterët, të gjithë e nënkuptojnë se ajo paraqet shkencën me anë të së cilës kompjuterët përpunojnë dhe ruajnë informacionet. Kërkesa për sa më shumë informacione sidomos, informacione më të përbëra, si dhe shpenzimet e larta të pranimit të tyre në formë natyrore (joelektronike), krijoj kërkesat për zhvillim të shpejtë të kompjuterëve. Në botën e industrializuar qdo ditë e më shumë shkojmë drejtë një shoqërie të informacioneve të bazuar në teknologji mikroelektronike aplikimi i së cilës kursen kohën dh epunën. 1.3. Mënyrat e llogaritjes Mënyrat e llogaritjes kanë qenë preokopim i njeriut që nga kohërat më të lashta. Matematicientët e lashtë kanë lënë vepra të cilat ende jetojnë siq janë: p.sh. piramidat në Egjipt. Sistemet me të cilat janë shërbyer këta matematicient kanë qenë kryesisht analog ose digjital. Sistemi analog, siq tregon edhe vetë emri bazohet n]ë analogji në mes të dukurive teknike dhe atyre fizike . shembulli konkret është termometri në të cilin lexohet lartësia e temperaturës duke bërë analogji me ndryshimet adekuate në gjatësi të shtyllës së mërkurit. 3

4

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Pajisjet digjitale bazohen në numrimin e shifrave. Sistemi më i përdorur ai i numrave decimal, bazohet në dhjetë shifra dhe sipas të gjitha gjasave është zhvilluar nga zakoni që gjatë llogaritjes të përdoren dhjetë gishtat e duarve. Por edhe sistemet të cilat bazohen në cilindo numer mund të ofrojnë kryerjen e operacioneve matematikore në mënyrë të njëjtë si edhe me numra decimal. Sistemi i numraave binar përmban vetëm dy shifra (simbole) ato “1” dhe “0” dhe është bazë e punës së kompjuterëve bashkëkohor. Këto dy sisteme nuk paraqesin vetëm numra, por mund të paraqesin edhe pozitat e ndërprerësit “i kyçur “ dhe “ i shkyçur”. Poashtu mund të paraqesin edhe alternativa të tjera , siq janë ato “po” dhe “jo”. Matematicienti Xhorxh Bull përpiloji disiplinen e algjebres, të njohur si algjebra logjike (ose algjebra e Bulit) në të cilën marrdhënja në mes të një numri të madh elementesh mund të paraqitet si përbërje e mardhënjeve në mes rendeve me nga dy elemente. Me zhvillimin e kësj teorie u krijuan kushtet për zhvillimin e lëmit të informatikës dhe të kompjuterikës.

1.4. Historiku i zhvillimit të hardverit kompjuterik 1.4.1. Paisjet mekanike që i paraprinë zbulimit të kompjuterit Mekanizmi i parë digjital – abakusi, është zbuluar që në vitin 3000 para epokës sonë, ose edhe më herët. Edhe në ditet e sotme përdoret me sukses në shitoret tregtare të Kinës, Japonisë, Rusisë etj. Ky është një mekanizëm me sfera, për nga pamja i ngjajshëm me numëratorin e zakonshëm. Abakusi i shërben për kryerjen e katër operacioneve elementare llogaritëse: mbledhjes, zbritjes, shumëzimit dhe pjesëtimit. Përbëhet nga 11 shtiza të metalta në të cilat janë të vendosura shtatë sfera. Nëpër këto s htiza metalike kalon një shtyllë e drurit e cila i nadanë pesë sferat e poshtme ngas dy sfera të sipërme.

Fig. 1. Abakusi

Fig.2.Në kët grafikë të vitit 1507 mund të shihet përdorimi i abakusit

Shtizat metalike, në të vërtet janë nënjëmbëdhjetë vende dhjetore. Pesë sfera në pjesën e poshtme të shtizës kanë vlerën 1 , kurse dy sferat e epërme kanë vlerën 5. Sferat që mbesin në pozitën e poshtme nuk kanë vlerë ( zero ). Numri i sferave në pozitën e epërme pra paraqet vlerën e saktë. P.sh. në shtizën e dytë të anës së poshtme në figurën 1. është shifra 8 ( 3 . 1 + 1 . 5 = 8 ). Pas kësaj, deri më 1630 nuk ka pasur ndonjë zbulim të rëndësishëm. Në këtë vit shkenëctari gjerman Vilhelm Shikard ( Wilhelm Schickard) dhe projektet për makinën me 4

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

5

ndihmën e së cilës mundeshin të realizohen llogaritjet elementare matematikore, por nuk ka dëshmi se kjo makinë atëherë është realizuar, deri më 1960.

Fig.3. Makina e pare për llogaritje e realizuar më 1960 (majtas), sipas projekteve të Wilhelm Schickard-it (1592-1635 ) të punuara më 1530

Në vitin 1642 në Francë, Blez Paskali ( Blaise Pascal 1623 –1662 ) në moshën 19 vjeçare, për ti ndihmuar babait, të cilin e kishte tregtar dhe i cili kishte kokëçarje në llogaritje të sipërfaqes së tekstilit për shitje , zbuloi makinën digjitale e cila kishte mundësi të kryente mbledhje dhe zbritje të numrave,të cilin e pagëzoi me emrin Paskalina. Bartja prej një vendi dhjetor në tjetrin në këtë makinë është bër në mënyrë automatike, kurse shifrat janë shënuar me rrotullimin e 8 numëruesve.

Fig.4. Paskalina e njohur e Blez Paskalit

Fig.5. Blez Paskali

Në vitin 1672, Vilhelm Fon Lajbnic në Gjermani, tridhjetë vjetë para zbulimit të Paskalit, konstruktoi makinën digjitale e cila përveç mbledhjes dhe zbritjes kishte mundësi të kryente edhe operacionin e shumëzimit dhe pjestimit, si dhe të nxjerë rrënjen katrore të çfarëdo numri. Në vitin 1804, pra 132 vjetë më vonë, Zhakar (Jascquard) përdori i pari kartelet e perforuara në teknologjinë e tekstilit. Në bazë të vrimave të perforuara në kartele, makina zgjidhte ngjyrat të cilat duhej përdorur në vendet e caktuara gjatë prodhimit të pëlhurës. Nese kartelet lidheshin në shirit të pafundëm, makina fitonte mundësin që të prodhoj ndonjë ornament (vizatim) i cili përsëritet. Më 1835, çarls Bebixh (Charles Babbage), matematicient nga Kembrixhi, projektoi makinën e re, e cila edhepse kur nuk u përfundua, meret se është paraardhëse e kompjuterit bashkohor. Ky projekt kishte paisjet për hyrje dhe dalje në të cilat janë përdorë kartelet e perforuara. Përpos kësaj, Bebixh parashikoi edhe vendin për vendosjen e shenimeve – kujtesen (memorien) si dhe procesorin. 5

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

6

Me makinë dhe me kujtesë udhëheqnin kartelet në të cilin ishin të vendosura instruksionet të koduara në mënyrë numerike dhe të ruajtura ashtu të funksionojnë në momentin kur i nevoiten për punë procesorit. Pra kjo makinë i kishte të gjitha pjesët e kompjuterëve bashkëkohor: kujtesën, njësinë kontrolluese, njësinë aritmetiko-logjike, njësinë hyrëse dhe ate dalëse. Kujtesa kishte kapacitetin për ruajtjen e 50.000 shifrave. Njësia aritmetike kryente operacionin e mbledhjes ose atë të zbritjes në periodën prej 1 sekonde, kurse për shumëzimin e numrit 50-shifror me numrin tjetër 50-shifror duheshin përafërsisht 60 sekonda.

Fig.28.Çarls Bebixh (Charles Babbage, 1791-1871)

Fig.29. Makina analitike e Bebixhit

Hap të rëndësishëm në zhvillimin e kompjuterëve ka bër edhe shkencëtari Holerit (Hollerith) i cili konstruktoi makinën me kartele të perforuar ( fig. 25 ) dhe me impulse elektrike, me anën e së cilës u bëregjistrimi i popullësisë në Amerikë, me 1891. Deri atëherë regjistrimi i popullësisë bëhej me anë të disa kartuçeve në të cilat shënoheshin të gjitha shenimet të cilat ishin karakteristike për përsonin e caktuar, por për komunikimin e rezultateve të regjistrimit nevojitej një punë shumëvjeçare, Fig.30.Makina llogaritëse e shkenckështu që ai komunikohej edhe dhjetë vjetë më vonë. Në punën tarit Herman Hollerith (1860-1929) e regjistrimit angazhoheshin shumë njerëz të cilët me vite të tëra bënin klasifikimin e popullsis, sipas moshës, gjinisë dhe elementeve të tjera karakteristike.

1.4.2. Kompjuterët e pare mekanik anolog dhe digjital Në vitin 1915 spanjolli Leonardo Tores kombinoi teknikën e komjuterit elektromekanik me principet e programimit. Ai e prezentoi makinën e pare të aftë që të bie vendime dhe atë e ilustroi duke e përdorë për zgjedhjen e problemeve të thjeshta në shah. Gjashtëmbëdhjetë vjetë pas kësaj, në SHBA Vanover Bush e projektoi kompjuterin anolog të cilin e pagëzoi me emrin analizatori dif-erencial. Ky ishte kompjuteri I pare me aftësi që zhvillojë ekuacione. Dy vjetë më vonë në Angli Daglas Hartri u bashkua me Artur Portierin për të krijuar një kompjuter anolog. Hartri më vonë u bë shkencëtari i pare i cili i cili e përdori kompjuterin gjatë zgjedhjes së problemeve në teorin atomike.

6

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

7

Përafërsisht në kohë të njejtë ( 1936 ) në Gjermani Kanrad Zuse i pari ofroi disa ide themelore të llogaritjes automatike duke future në përdorim edhe sistemin e numrave binarë dhe pikën e levizshme dhjetore. Deri më 1941 ai përfundoi kalkulatorin e tij bartës Z2 dhe Z3 , si dhe zhvilloi gjuhën algoritmike PK, paraardhse të gjuhës progaramuese PL/I dhe ALGOL. Në vitin 1937 Klod Shanon dhe Xhorxh Shtibic, duke punuar ndaras në SHBA , arritën të zbulojnë qarqe elektro ndërprerëse të cilat punonin sipas ligjeve të algjebrës së Bulit, gjë qe rezultoi në përparimin e dukshum të zhvillimit të teknologjisë së kompjuterëve. Shtatë vjetë më vonë është 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 në laboratorin kompjuterik të Hardvardit me përmbajtje të IBM-it. 1.4.3. Kompjuterët e bazuar në gypa elektronikë Zbulimi i llambave elektronike nga ana e Fasadenit, De Foresit dhe të tjerëve në fillim të këtij Shekulli , filloi që të gjejë zbatimin edhe tek kompjuteret në fillim të viteve të dyzeta. Në vitin 1945, Xhon Fon Njumen, i lindur në Hungari, e i cili vepronte dhe punonte në SHBA, zhvilloi konceptin e programit të ruajtur, në bazë të të cilit urdhrat që duhej ti parashtrohen kompjuterit ruheshin Brenda në formë numerike.Si rezulltat i kësaj, vendimet logjike mund të kryheshin Brenda makinës, kurse urdhrat të modefikoheshin me kompjuterë gjatë përpunimit.Ky ishte një hap shumë i rëndësishëm, i cili kishte fig.32.Llamba elektronike

shumë ndikim nga Zbulimi i Bebixhit, Para 100 vjetësh dhe në kët bazë u ndërtua EDVAC (Electronik Descrete Variable Automatik Computer) në Pensilvani dhe EDSAC (Elektronic Delay Storage Automatic Calculator) në Kembrixh. Kompjuteri i parë plotësisht i elektronizuar ishte ENIAC, të cilin e projektuan Xhon Maushli dhe Presper Ekert. Ky kompjuter u krye më 1946 dhe çmimi i tij ishte afër 10 milion dollarë. Kishte 18000 llamba elektronike dhe ishte i rëndë 30 tonelata.

7

8

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Fig.33. Kompjuteri i parë elektronik-ENIAC Pas tij pasojnë kompjuterët gjithnjë e më të përsosur. Në vitin 1948, IBM prodhon kompjuterin POPPA, i cili përmbante bartjen e udhëheqjes me kusht, kurse në vitin 1949 kompjuteri EDSAC i pari aeeiti shpejtësi të mëdha të kujtesës duke u shërbyer me numra binarë. Gjatë viteve të pesëdhjeta u prodhuan kompjuterët SSEC , EDVAC, ILLIAC , MANIJAC, WIRLWIND, MADM dhe UNIVAC. Të gjithë këta kompjuter ishin me dimensione shumë të mëdha dhe me çmime tejet të larta. 1.4.4. Kompjuterët e bazuar në transistorë dhe në qarqe të integruara

Deri me zbulimin e transistorit dhe aplikimin e tij në teknologjinë kompjuterike, zhvillimi i kompjuterëve ishte relativisht i ngadalshëm. Kompjuterët ishin jo vetëm me çmim të lartë, por edhe kërkonin hapsirë të madhe. Në vitin 1948 Xhon Barden, Valter Braten dhe Vilijem Shokelli në laboratorët e Bellit në SHBA realizuan transistorin, i cili për shkak të dimensioneve të tija të vogla, si dhe fuqisë së vogël të nevojshme të furnizimit , menjiherë gjeti aplikimin në të gjitha paisjet elektronike. Në vitin 1951 në SHBA, në Vestern Elektrik, shkencëtarët për të parën here e realizuan përforcuesin (amplifikatorin ) në bazë të tranzistorit. Në vitin 1958 në SHBA,Kompania Ferçajlld, re-alizoi tranzistorin e rrafshët (planar) në të cilin si isolator është përdorur dioksidi i silicit. Në vitin 1959, prapë në SHBA, Teksas Instruments dhe Ferçajlld realizuan paketet e gjysmëpërçuesve me dy Fig.343Transisose më shumë transistorë bazës së silicit.Si rezultat, shpentorët zimet janë zvogëluar shumë si dhe është krijuar mundësia e futjes së më shumë komponenteve në një cope të silicit. Në 8

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

9

vitin 1964, Gordon Mur, shkenctari kryesor i firmës Ferçajlld, prognozoi se çdo vjetë do të dyfyishohët dendësia e komponenteve. Në vitin 1971, kompania INTEL në SHBA, prodhuesi më i madh momental i qarqeve të intergruara, realizoi mikroprocesorin e pare i cili njiherit ishte edhe njësi qendrore e kompjuterit ( CPU-Central Proccesor Unit ) ku funkcionet logjike dhe aritmetike zhvilloheshin në të njejtin çip, me dimensione më të vogla se gjysmë centimetri anash. Në vitin 1975 kompania e njejtë realizoi kompjuterin komplet në një pllakë të vetme (kartele elektronike). Një vit më vonë realizuan prodhimin e një kompjuteri tetë bitësh i cili përbënte rreth 20.000 transistorë në një çip të silicit.

1.4.5. Kompjuterët e bazuar në teknologji mikroelektronike Mikroelektronika është pjesë e elektronikës, e cila merret me levizjen egrimcave shumë të vogla me elektrizim negativ në brendi të atomit, të cilat quhen elektrone. Ajo përfshinë sjelljet e tyre në gazra, vacuum, përçues dhe gjysmëpërçues. Elektronet lëvizin në fushën elektrike, duke formuar kështu rrymën elektrike. Qarqet elektrike nëpër të cilat lëvizin elektronet përmbajnë komponentët të cilët mund të jenë active (transistorët) apo passive (rezistorët,kondensatorët, induktorët). Pa zhvillimin e kompjuterëve do të ishte e pamundur zhvillimi tejet i shpejtë i transistorëve.Me zavendësimin e gypave elektronike të mëdha dhe me efikasitet më të vogël, është hapur rruga kah miniaturizimi i kompjuterëve. Lidhja e numrit të madh të transistorëve dhe e komponenteve tjera passive, gjithmonë ka qenë e mundur, por është dashur që të pritet në zhvillim të ,metodave për përpunim dhe pastrim të silicit deri në shkallë të lejueshme të pastërtisë si dhe të teknikës e cila do të mundësonte që në kristal të silicit të futen shtresat e papastërtisë. Mu këto papastërti formojnë komponentet.Projekti i qarkut bartet në shtresa suksecive më përdorimin e shabllonave (maskave) të cilat së pari vizatohën në përmasa mjaftë të mëdha, e pastaj zvogëlohen shumëherë me anë të teknikës fotografike. Zhvillimi i fotografimit dhe i teknikave të ndryshme të miniaturizimit mundësoi edhe realizimin e tër kësaj. Me këtë është bër e mundur që në shtresa të holla ose vaferë të kristalit,zakonisht silicit, të futen disa qarqe të integruara. Këta vaferë, me diameter disa centimetra, prehen pastaj në copa katërkandëshe me gjatësi të brinjës përafërsisht 0,5 cm. Këto janë çipe, prej të cilave secila përmbanë nga një qark të integruar. Mu këto qarqe të integruara janë njisitë themelore të teknologjisë mikrokompjuterike. Transistori mund të krahasohet me ndërprersin elektrik, i cili mund të jetë i kyçur apo i çkyçur. Nese përdoret në qarqet digjitale, transistori, sjellet si ndërpres elektrik i cili mundë të jetë i kyçur ose i çkyçur, ose në terminologjinë logjike të jepë gjendjen “ 1 “ ose “ 0 “. Qarkun e integruar mund ta krahasojmë me tabelën elektrike kontrolluese në të cilën janë të gjithë ndërperësit dhe komponentet tjera të qarkut siç janë rezistorët dhe kondensatorët të montuara në mçnyrë kompakte mjaft mire të organizuar. Kjo pllakë kontrolluese pastaj zvogëlohët p.sh në madhësi të një pjese të pullës posatale , ashtu që secili ndërprerës ka trashësi shumë të vogël ( sa një e milionta pjesë e metrit ) kurse lidhjet në mes tyre të punuara në dy apo më shumë nivele të një rrjete të future në shtresen izoluese e cila e mbulon ndërprerësit. Për tabelë kontrolluse ende nevojitet përtokëzimi dhe furnizimi elektrik, si dhe kanalet hurëse dhe ato dalëse.Transistori përbëhet nga tre elemente: baza, kolektori dhe emiteri. Rryma e dobët e cila hynë në bazë dhe del nga emiteri kontrollon rrymen shumë më të forte në mes kolektorit dhe emiterit dhe në kët mënyrë forcohet rryma. Shtresat punohen duke future 9

10

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

papastërti në silicin e pastër. Lloji i papastërtive është i ndryshëm në secilin nivel. P.sh., fosfori jepë elektrone shtesë prandaj kjo shtresë është me elektrizim negativ ( n ),kurse p.sh. bori, në të kundërtën, absorbon elektrone dhe prej këtu jepë shtresë të elektrizimit pozitiv (p). Kjo tregon se vetitë e përçueshmërisë janë të kontrolluara dhe ato tregojnë kahjen e rrymes elektrike. Për kët arsye transistorët kanë veti që të punojnë si ndërprerës elektrik. Shumica e transistorëve sot në përdorim, përbëhen nga çifti i diodave shpinë-në-shpinë, pajisja që përbën elektodat positive dhe negative. Efekti i ndërprerësi elektrik arrihet me ardhjen e impulsit elektrik nëkontaktin në mes të diodave. Në njërin nga dy tippet më të shpeshta të transistorit, transistori bipolar,rezistenca është e vendosur në bazë dhe elektronet të cilët hyjnë në emiter barten deri te kontakti i polarizuar në mënyrë inverze i bazës së kolektorit. Një transistorë i këtillë mund të punojë si përforcues i fortë, ose si nderprerës i kyçur-i shkyçur. Transistori tjetër i rëndsishëm njihet me mrin MOSFET (Metal Oxyde Silicon Field Effect Transistor). Ky transistor është shumë racional në harxhimin e energjisë elektrike, sepse rryma elektrike rrjedhë vetëm si kur është ndërprerësi ivendosur në pozitën “ikyçur”. Kjo është bazë edhe e transistorit CMOS (comPlementary Metal Oxyde Silicon), transistorit që çdo ditë e më shumë po e gjenë zbatimin në të gjitha paoisjet elektronike. Transistorët paraqesin komponentët kryesorë në qarqet e integruara, pra munden që të forcojnë sinjale, ose kyçin – shkyçin rrymen elektrike. Numri i komponentëve të cilin mund ta vendosim në një çip të vetëm po shtohet me progression gjeometrik. Në vitin 1965, në një qark të integruar mund të integroheshin dhjetë transistorë. Në vitin 1980 çipi me 10.000 transistorë ishte dukuri e zakonshme. Komponentët tjerë: rezistorët, kondensatorët dhe diodat poashtu së bashku me transistorët kyçen në të njejtin çip i cili mund të ketë edhe 1.000.000 komponentë. Pra dendësia e komponenteve është një lloj mase për të treguar fuqinë dhe kapacitetin e çipit. Në varësi me numrin e porteve logjike, si dhe të numrit të funkcioneve të cilat mund ti kryejnë, qarqet e integruara më tutje klasifikohën në qarqet me:  shkallë të ulët të integrimit (small scale integration, SSI), me afër 10 komonente  të mesëm (Medium scale, MSI) me 64 deri në 1024 komponente  të lartë (large scale LSI ) me 1024 deri në 262.144 komponente dhe  shumë të lartë të integrimt (very large scale VLSI ) me më shumë se 262.144 komponente.

10

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

11

1.5. ANATOMIA E KOMPJUTERIT Edhe pse kompjuteret çdo ditë e më shumë janë duke u përsosur,prej ditës kur Bebixh zbuloi makinën e tij diferencijale, ata ende punojnë në elementet themelore të njajta që ishin të parapara sipas projektit të tij. Këto ishin: programi, i cili e orienton kompjuterin për kryrje të detyrës së caktuar; paisjet hyrëse me anën e të cilave i fusim shenimet me kompjuter (tastiera, shiriti magnetic,disqet magnetike, disqet optike etj.); njësia qendrore ecila i kryen instrukcionet eushqyera në kujtesë; paisjet dalëse për prezentim të rezultateve të fituara (gypi katodik, ekrani, CRT ), shtypësi, vizatuesi etj.). Natyrisht që kompjuterët e sotëm kanëedhe shumë elemente të tjera, por në çdo rast, ato janë të ndërlidhura me funkcionet e lartëpërmendura. Bllok – skema e kompjuterit bashkohor personal është paraqitur në figurën e mëposhtme:

Fig. 35. Bllok-skema e kompjuterit personal

Kjo në të vërtet është bllok-skema e të gjithë llojeve të kompjuterëve dhe roli i njisive të caktuara të kësaj bllok-skeme është si në vijim: Procesori qendror- përbëhet nga njësia aritmetiko-logjike, njësia dirigjuese, dhe memoria punuese e cila faktikisht janë pjesët më të rëndësishme të komjuterit.  Njësia aritmetiko-logjike, shërben për kryerjen e operacioneve matematikore dhe logjike më të dhëna hyrëse.  Njësia dirigjuese shërben për udhëheqje me operacione të kompjuterit.  Memoria punuese, është e bazuar në gjysmëpërçues dhe shërbem për ruajtje tëpërkohshme gjatë punës të të dhënave të cilat përpunohën nga njësia aritmetiko-logjike. Pjesët hyrëse, shërbejnë për hyrje të të dhënave në kompjuter.  Pjesët dalëse, shërbajnë për prezentimin e të dhënave dalëse, gjegjësisht për prezentimin e operacioneve të kryera.  Memoria e jashtme, shërben për ruajtje afatgjate të të dhënave – ose të programeve operative.

11

12

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Në pjesën e mëtejme të këtij kapitulli do të shqyrtohen bazat hardvarike të kompjuterit duke analizuar pjesët kryesore dhe ndërlidhjen interactive në mes tyre.Do të fillohet prej elementeve që formojnë bërthamen e kompjuterit-pjesëve me anë të cilave vendoset dhe përpunohet informacioni, si dhe të cilat mundësojnë komunikimin me kompjuter. Në fund do të kthehemi pakëz dhe të shqyrtojmë pjesët të cilat mbështesin dhe ndërlidhin këto pjesë bazike, duke krijuar nga pjesët e ndara një system punues kohorent. Rëndësia më e madhe në kët kapitull, I është dhënë pjesës në të cilën shqyrtohet se si bëhet vendosja e informacioneve në kompjuter. Në anën tjetër nga ky kapitull do të kuptohet se: Çka ndodh me rastin e aktivizimit të programit ?  Ku shkojnë të dhënat të cilat futen në kompjuter ?  Çka ndodhë gjatë ruajtjes së të dhënave ( ku i vndos ato kompjuteri dhe si mund të kthehen prapë ?). Gjatë tërë kohës do të përdoren analogjitë me njohuritë të cilat që më pare dihen, në mënyrë që të fitohet përshtypja reale se çka në të vërtet ndodhë përbrenda në kompjuter. Për detale teknike do të bëhet fjalë në kapitukt e ardhshëm.

1.5.1. Procesori-pjesa qenndrore e kompjuterit Në brendinë e secilit kompjuter gjendet pajisja me dimensione sipërfaqësore të përafërta me një pullë postale. Kjo pajisje, quhet njësia qendrore procesorike (central processing unit ), ose shkurt CPU dhe paraqet “trurin” e kompjuterit, pjesën e cila lexon dhe ekzekuton instrukcionet programore, kryen kalkulimet si dhe mer vendime. Aty zhvillohën operacionet aritmetike, logjike dhe kontrolluese. CPU poashtu realizon ruajtjen dhe rikthimin e informacioneve në disk apo në mjedise tjera memoruese. Te kompjuteret personalë, CPU njihet me emrin mikroprocesor dhe është i realizuar nga qarku i integruar. Qarku i integruar ( Integrated CircuitIC),është i ndërtuar si një kompleks i transistorëve dhe i qarqeve të tjera elektrike të përfshira në një pllakëz të vogël të kristaltë gjysmëpërçuese të silicit, e cila ndryshe quhet edhe çip (Chip). Procesori (CPU) si dhe elementet e tjera të integruara janë të ndërtuara Në një kuti të vogël të qeramilkës me këmbëza metalike anash. Këto “këmbëza” kanë funkcionin e ndërlidhjes së çipit të procesorit me tabelën e përbërë nga qarqet me fije të qelqta të vendosura në brendi të kompjuterit dhe poashtu përcjellin impulset elektrike në çip dhe nga çipi. Në brendi të kutisë së qeramikës është i vendosur vetë çipi, një pllakëz e silicit me dimensione prej disa mm2. Në këtë sipërfaqe të vogël janë të vendosur disa milionë transistorë të ndërlidhur funkcionalisht në mes veti. Lloji i procesorit (CPU) i cili përbën kompjuteri e përcakton fuqinë e tij përpunuese-shpejtësinë e ekzekutimit të instrukcioneve të ndryshme. Në ditët e sotme, procesorët mund të ekzekutojnë edhe disa dhjetëra milionë instruksione për sekondë ( MIPSmillions of instructions per second). Lloji i procesorit poashtu përcakton repertorin e instruksioneve të cilat kompjuteri i kupton si dhe cilat programe mund të aktivizohen dhe të punojnë në kompjuter.

12

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

13

1.5.2. Mikroprocesorët dhe mikrokompjuterët

Në vitet e zhvillimit të mikroelektronikës, CPU është shndëruar në mikroprocesor, komponentet e së cilës gjinden në një çip të vetëm. Të gjitha pjesët në çip duhet të komunikojnë njera me tjetrën, e kjo arrihet me anë të përçuesve të quajtur bus, që paraqesin një numër të caktuar të shtigjeve përçuese të cilat formojnë një system komunikues intern, por edhe zgjerohen nëpërmjet gjilpërave lidhëse në tufë të përçuesve paralelë në mënyrë që pajisjet e tjera ti furnizojnë me informacione të domosdoshme për punë. Mikrokompjuterët për dallim nga mikroprocesorët, paraqesin një system komplet brenda vetvetes. Përveç funkcioneve të cilat i kryejnë mikroprocesorët, mikrokompjuteri përmbanë çipet kontrolluese të cilat sigurojnë që sinjalet elektrike të rrjedhin pa pengesa dhe sipas rendit të paraparë nëpër tërë qarkun. Çipet e tjera i përmbushin nevojat e kujtesës primare dhe funkcionet hurëse-dalës. Mikrokompjuterët zakonisht vendosën në pllakë të shtypur (kartele) me dimensione 20 x 30 cm. Mikrokompjuterit komplet në një çip, është realizuar në vitin 1976, kurndërmarrja INTEL arriti që në një çip të kapacitetit 8 bitë, të vendosë 20.000 transistorë. Mikroprocesorët dhe mikrokomjuterët vlerësohen në bazë të numrit të biteve për informacionin e përpunuar në njësi të kohës. P.sh. një mikroprocesor 8-bitësh është i kufizuar me kuantitet të informacioneve të cilat mund ti përpunojë në vargun e dhënë të instruksioneve, e ato janë 256 shenja ( numra ose shënime të tjera ekuivalente ). Nga ana tjetër, mikroprocesori 16-bitësh është shumë më i fuqishëm dhe mund të përpunojë përafërsisht 65.000 shenja në njësi të njejtë të kohës, edhepse poashtu kërkon edhe dhjetë here më shumë komponente në çip, afër 100.000. Mikroprocesorët poashtu vlerësohën edhe në bazë të shpejtësisë me anë të së cilës mund ta përpunojnë informacionin. Njësitë të cilat përdoren për matje të shpejtësisë së punës së mikroprocesorit janë pjesë të sekondës të nevojshme për t’u përpunuar informacionet elementare. Në ditën e sotme, procesorët mund të ekzekutojnë edhe disa dhjetëra milionë instruksione për sekondë (MIPS-millions of instructions per second). Mund të vërejmë se, sa më e vogël të jetë distanca të cilën duhet që ta kalojë sinjali, aq më e vogël do të jetë edhe koha e përpunimt të informacionit. Faktori kryesor këtu është koha e domosdoshme që ti qasemi informacionit në kujtesë. Kështu pra, rritja e dendësisë së kompnenteve në çipin e dhënë bënë edhe rritjen e shpejtësisë së punës. Miniaturizimi i sistemeve është çdo ditë më shumë present edhe te kompjuterët e mëdhenjë (mainframe), pasi që mjaftë shumë bazohën në numër të madh të mikroprocesorëve. Si rezulltat, është shtuar kapaciteti dhe është zvogëluar shpenzimi i energjisë elektrike. Dallimi në mes të minikompjuterëve dhe mikrokompjuterëve në kohë të fondit është bër mjaftë i paqartë, pasi që gjatë projektimit të mikrokompjuterëve shtohën mjaft shumë module, e nga ana tjetër prodhohen paisje shumë të mira për ndërlidhjen e kompjuterëve të të dy kategorive. Mund të konstatohet se minikompjuteri është makinë e vogël, por me mundësi të mëdha dhe kapacitet të madh të kujtesës si dhe me disa karakteristika specijale. Sa për krahasim, mikrokompjuterët kanë kapacitet më tëvogël të të instaluar dhe për kët shkak janë mjaftë të lire. Njësia themelore përbëhet nga paketa e pllakave me qarqet të shtypura të cilat përmbajnë mikroprocesorin, disa çipe të kujtesës dhe konektorët hyrësdalës. Pajisje periferike (e jashtme) zakonisht është tastiera, ekrani si dhe ndonjë pajisje speciale (shtypësi, modemi, sintajzeri digjital i zërit dhe i muzikës, ngasësit e diskut etj.) . Me lidhjen e mikroprocesorëve në atë mënyrë që mund të komunikojë njëri me tjetrin, fushëveprimi i mikrokompjuterëve mund të zgjërohet deri në pafund.

13

14

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Nga të gjitha ato që u përmenden më lartë, mund të konstatohet se mikroprocesor ( ang. Microprocessor ) quhet komponenti kryesor Brenda kompjuterit personal ( ang. Personal Computer , PC ) perms së cilës komandohët komplet puna e tij.

14

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

15

KLASIFIKIMI SIPAS FLYNN-IT

a-vektori i rrjedhës së instruksioneve b-vektori i rrjedhës së të dhënave Fig. 1

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

15

ARKITEKTURA E TIPIT SISD Bazë e arkitekturës të tipit SISD është vetëm një procesor në sistem, d.m.th sistemi është uniprocesorik. Në fig. 1 ky sistem mund të prezantohet me vektorin A=(1,1) dhe paraqitet me rrjedhë njëkahëshe të instruksioneve dhe të të dhënave. Arkitektura e këtillë shpesh nihet me emërtimin kompjuteri i Von Neumann-it.1 Instruksioni dhe të dhënat janë të vendosura në të njëjtën mënyrë në kujtesë, që do të thotë se në kujtesë nuk dallohen fare instruksionet nga të dhenat. Ky tip i arkitekturës është i paraqitur në fig. 2.

K U JTE S A

E dhëna

Instruksioni

Rezultati

PROCESORI Fig. 2. Kompjuteri i thjeshtë

Kompjuteri SISD përbëhet nga 4 pjesë funksionale (4 module): 1. Njësia aritmetike-logjike (ALU) 2. Njësia dirigjuese (CU) 3. Kujtesa (Memory) 4. Njësia hyrëse-dalëse (IO). Njësia hyrëse-dalëse mundëson komunikimin me shfrytëzuesin (te kompjuterët e gjeneratave të para për këtë punë është nevojitur operatori i kualifikuar enkas). Të dhënat dhe instruksionet shfrytëzuesi i futë me anë të tastierës (te kompjuterët e parë është shfrytëzuar teleprinteri). Rezultati vizuel, i përshtatur për njeriun, realizohet me anë të gypit katodik. Operacionet hyrëse-dalëse te kompjuterët SISD (vetëm një procesor) janë nën kontrollin e procesorit, me anë të regjistrave. Meqenëse nuk është produktive që procesori të pret kërkesën për transmetim nga njësia H/D (IO), është realizuar sinjalizimi i njësisë H/D nëpërmes linjës ndërprerëse. Linja ndërprerëse është e kyçur në shtëpizën e çipit të mikroprocesorit dhe është e shënuar me shkronjat IRQ, NMI ose RESET. Disa procesorë kanë edhe disa dhjetra kyçje të këtilla të prioriteteve të ndryshme. Në secilin rast kur lajmërohet kërkesa për ndërprerje, vazhdon përfundimi i instruksionit në rrjedhë.

1 Më 1946 Von Neumann-i me bashkëpunëtorët e tij për të parën herë e prezantuan kompjuterin me memorim (kujtesë) të programeve

18

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Pajisjet periferike

Njësia H/D IO

ALU

Njësia dirigjuese CU

CPU=ALU+CU

Njësia qendrore procesorike

Fig. 3. Kompjuteri i Von Neumann-it

Procesori pranon ndërprerjen dhe pastaj vazhdon aty ku ka mbetur para pranimit të ndërprerjes. Më vonë është futur një procesor i veçantë i cili i kryen të gjitha punët në lidhje me procesin, që mund të shihet në figurën 4. Edhe pse është arritur një përparim i dukshëm, edhe sot nuk janë të përshtatura shpejtësitë e procesorit dhe të pajisjeve H/D. Te gjeneratat e para ky problem është zgjidhur me përdorimin e ndërmjetësuesit (angl. Buffer), mirëpo edhe te kjo zgjedhje ka ekzistuar problemi i shpejtësisë së peracioneve H/D. Problemi deri diku është tejkaluar ashtu që përpunimi është bërë me ndarje kohore. Ideja bazohet në atë se procesori është shumë më i shpejtë (disa qindra ose mijëra herë) se pajisjet H/D të cilat i shërben. Në anan tjetër shfrytëzuesit e drejtëpërdrejtë të këtyre pajisjeve janë njerëzit me mendim, perceptime dhe veprime të ngadalshme. Për këtë arsye është e mundur që resurset e kompjuterit të „ndërlidhen“ nga një shfrytëzues në tjetrin, kurse shfrytëzuesi e ka përshtypjen se kompjuteri punon vetëm për të, sepse e ka përshtypjen që urdhrat që ia jep kompjuterit kryhen pothuaj se menjëherë. Në të vërtetë, secilit shfrytëzues i ndahet vetëm një interval diskret kohor i cili në terminologjinë telekomunikuese njihet me emrin timeshared.

18

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

19

Kujtesa

CPU

Kujtesa

Pajisjet H/D

8

Procesori H/D me kujtesë lokale

Pajisjet H/D

7 Kujtesa

CPU

1

2 Kujtesa

Kujtesa

CPU

Pjesa dirigjuese

Pajisjet H/D

CPU

6

Procesori H/D

Pajisjet H/D

3 Kujtesa

Pjesa dirigjuese me instruksione ndërmjetësuese

Pajisjet H/D

5

Pjesa e thjeshtë dirigjuese me ndërprerje

CPU Pajisjet H/D

Pjesa dirigjuese

4 Fig. 4. Spirala H/D

Përparim i dukshëm është arritur me përdorimin e sistemit me ndërprerje. Baza e këtij sistemi është se pajisja H/D shërbehet vetëm kur kjo kërkohet nëpërmes linjës së veçantë-linjës së ndërprerjes. Vetë arkitektura e njësisë procesorike është e punuar ashtu që ekzistojnë linjat ndërprerëse me përparësi të ndryshme dhe kështu bëhet përpunimi sipas rëndësisë. Të gjitha këto teknika e kanë ngadalësuar dukshëm punën e procesorit, meqenëse secila ndërprerje e ka kushtëzuar një procedurë të veçantë të kujtimit të gjendjes të regjistrave, ashtu që puna të mund të vazhdohet aty ku ka qenë e ndërprerë. Te gjenerata e dytë e kompjuterëve për operacione H/D janë përdorur njësi të veçanta (angl. data channel), të cilat kanë vepruar njëkohësisht me njësinë qendrore procesorike. Zhvillimi i teknologjisë VLSI dhe paraqitja e mikroprocesorëve mundësuan që edhe pajisjet periferale të bëhen kompjuterë me karakteristika të kompjuterëve për përdorim të përgjithshëm (fig.4).  Pozicioni 1. Udhëheqja me pajisjen H/D bëhet drejtpërdrejtë me rendin e sinjaleve dirigjuese të cilat i gjeneron CPU.  Pozicioni 2. Udhëheqjen me pajisjen H/D ende e bënë CPU, por nëpërmes pajisjes së thjeshtë e cila gjeneron sinjalet dirigjuese vetëm atëherë kur kërkohet nga CPU. CPU-ja në mënyrë periodike e kontakton pajisjen udhëheqëse dhe kontrollon se a është kryer bartja H/D.  Pozicioni 3. Pajisja dirigjuese i lajmëron procesorit kur është e përgatitur për të pranuar instruksionin e ri. Në këtë mënyrë procesori kryen punën e vet deri në momentin kur pajisja H/D e kërkon ndërprerjen.  Pozicioni 4. Është futur nënsistemi i ri DMA (Direct Memory Access) i cili mundëson bartjen e bllokut të të dhënave në mes kujtesës dhe pajisjes H/D. Gjatë kësaj kohe CPU nuk merr pjesë as nuk është e penguar në asnjë moment gjatë bartjes së bllokut të të dhënave. 19

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

20

Pozicioni 5. Procesori me ndihmën e instruksioneve speciale H/D përcakton rendin e aktiviteteve kah procesi, gjë që mundëson mesregjistrin me instruksione speciale që është në përbërje të pajisjes dirigjuese.  Pozicioni 6. Pajisja dirigjuese bëhet kompjuter me bashkësinë e instruksioneve të përshtatura punëve me njësinë H/D.  Pozicioni 7. Puna e procesorëve periferikë është kooperative me CPU-në, kështu që operacionet H/D mund të konsiderohen si një lloj të punës së kompjuterëve në rrjet.  Pozicioni 8. Niveli i ndërlikueshmërisë së pocesorit H/D është i njejtë me nivelin e ndërlikueshmërisë së CPU-së. Në këtë rast ekziston mundësia e shtimit të pajisjeve të reja me mdërlikueshmëri dhe me nivel të pavarësisë së ndryshme. Këto përmirësime kanë sjellë deri te paralelizmi i caktuar i kryerjes së operacioneve te makinat njëprocesorike. Paralelizmi arrihet me anë të:  Futjes së më shmë njësive funksionale të ngjashme,  Futjes së përpunimit rrjedhës jasht CPU-së,  Përshtatjes së operacioneve të procesorit me ato H/D,  Shfrytëzimit të sistemit hierarkik të kujtesës,  Shfrytëzimit të konfiguracioneve të baraspeshuara,  Multiprogramimit dhe shfrytëzimit të përpunimit me ndarje kohore. 

Me përdorimin e disa blloqeve të njëjta (të cilat punojnë njëkohësisht) në një tërësi funksionale, së pari është realizuar kodi i njësisë aritmetike-logjike (ALU). ALU mund të përbëhet nga: pajisjet për mbledhje, dy shumëzues, pajisjes për pjesëtim, dy pajisjeve për inkrementim, njësisë për mbledhje të numrave me presje të lëvizshme, njësisë për bledhje me presje statike, njësisë për zhvendosje, njësisë për ekzekutim të operacioneve logjike, njësisë për degëzim. Një pajisje e veçantë është shpërndarësi (scoreboard) i cili kontrollon që gjatë punës të mos vjen deri te konflikti, gjegjësisht përcjellë modulet e caktuara. Njësitë funksionale PROCESORËT H/D (PP)

1/2 e kanalit H/D

PP0 PP1 PP2 PP3 PP4 PP5 PP6 PP7 PP8 PP9

K U J T E S A

24 regjistra

Mbledhësi shumëzuesi 1 shumëzuesi 2 pjesëtuesi mbledhësi c. Inkremnenti 1 inkrementi 2 degëzimi zhvendosja operacionet e Bool-it

rendi i instruksioneve

renditësi

Fig. 5. Njësitë funksionale të shumëfishta

Te gjeneratat e vonshme ALU shpesh është e organizuar si strukturë rrjedhëse (angl. Pipeline). Përpunimi rrjedhës jasht CPU-së bëhet në mekanizmin parasigurimit të instruksioneve dhe të dhënave. Kryerja e instruksioneve (mbledhja, dekodimi, sigurimi i operandit, kryerja e 20

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

21

operacioneve aritmetike dhe fitimi i rezultateve) kryhet me anë të segmenteve me nivel të lartë të paralelizmit. Përshtatja (puna e përnjëhershme) e procesorit dhe e pajisjeve H/D realizohet me anë të pajisjeve dhe kanalave të veçanta dirigjuese H/D-kompjuterëve special (procesorët H/D). Me rëndësi të veçantë ka qenë zgjidhja e problemit të bartjes sa më të shpejtë të numrit të madh të të dhënave nga procesi në kujtesë kryesore. Për këtë qëllim është zhvilluar teknika e qasjes së drejtpërdrejtë në kujtesë (bartja DMA). Procesori Regjistrat

Kujtesa ndihmëse

Kujtesa kryesore (RAM)

Keshi (Cashe) i Hard diskut Njësia (ngasësi) e diskut të fiksuar CCD, kujtesa bubble

Njësia (ngasësi) e diskut të ndryshueshëm

Njësia (ngasësi) e diskut CD ose DVD

Fig. 6. Hierarkia e kujtesës

Me shfrytëzimin e sistemit hierarkik të kujtesës është munduar që të sigurohet problemi i mospërshtatshmërisë në shpejtësi të komponentëve të caktuar, sepse CPU punon më shumë se 1000 herë më shpejtë se kujtesa. Kompromisi është arritur ashtu që në kornizë të procesorit është realizuar kujtesa e shpejtë regjistër dhe kesh (ang. Cashe) e kapacitetit të vogël. Multiprogramimi dhe përpunimi me ndarje kohore (multiprogramming and time sharing) janë shfrytëzuar për përpunim sa më të shpejtë dhe sipas mundësisë me sa më shumë shfrytëzues. Në qoftë se bëhet vrojtimi në këtë sistem, do të vërehet se duke pritur të dhënat nga pajisjet e ngadalshme H/D, CPU është i pashfrytëzuar. Për të mos ndodhë kjo, aktivizohet një proces i ri i cili rrjedhë paralelisht me proceset e kaluara (multiprogramming). Kur shqyrtohet raporti i shpejtësive të komponentëve të kompjuterit, atëherë shpesh mund të konstatohet se shpejtësia e tërë sistemit është e barabartë me shpejtësinë e komponentit më të ngadalshëm në atë sistem. Meqenëse shpejtësia e punës së njësive H/D është e rendit disa milisekonda, atëherë fitohet përshtypja se nuk ekziston dobi e madhe që shpejtësia e punës së procesorit është disa nanosekonda. Për këtë qëllim shumë autorë përdorin konceptin e lëshueshmërisë (ang. Bandwith), gjegjësisht numrin e operacioneve në njësi të kohës,

21

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

22

të komponentëve të sistemit apo të sistemit në tërësi. Në këtë kontekst për procesorin përdoret numri i milionëve të instruksioneve për sekond (MIPS-Million Instructions Per Second). a) S

b) 01F

M

Adresa 0000

01F

M

Adresa 0000 Shj Lj

0001 0002

001F

S 0 1 1 0 0 1 1 1

Shj

0001 0002

0 1 1 0 0 1 1 1

001F

0 1 1 0 0 1 1 1

Shj – Sinjali “shkruaj” joaktiv

Lj – Sinjali “lexo” joaktiv

Sha – Sinjali “shkruaj” aktiv

La – Sinjali “lexo” aktiv

La

Fig. 7. Operacioni i leximit

Lëshueshmëria e kujtesës matet me numrin e fjalëve për sekondë. Problemi i lëshueshmërisë së kujtesës mund të shpjegohet si në vijim: - cikli i procesorit tp=57ns, - cikli i kujtesës tk=456 ns. - Kujtesa është tetë-bitëshe, kurse gjatësia e fjalës është 64-bitëshe, kështu që për një fjalë nevojiten 8tp. Lëshueshmëria teorike është - Bm=8x8/456 ns, që d.t.th. rreth 140 MB/s. Bk Realisht llogaritja bëhet me formulën Bs  , gjegjësisht Bs=140/8=49.5 MB/s. K Duke e shikuar sistemin si tërësi mund të vërehen probleme të lëshueshmërisë në mes të procesorit dhe të kujtesës (zgjidhet me përdorimin e kesh kujtesës) dhe lëshueshmëria në mesë të kujtesës dhe pajisjeve H/D. Ky problem rregullohet me përdorimin e komponentit të ri në mes të kujtesës dhe pajisjeve të ngadalshme H/D (me veti të kompjuterit) me detyrë që të përfshijë dhe udhëheqë me të dhënat nga pajisjet H/D dhe në pajisjet H/D, në njërën anë, dhe të procesorit dhe kujtesës, në anën tjetër. Realisht për sistemin si tërësi, zgjidhje e mirë do të jetë nëse është

Bk=Bp+Bd Në të cilin rast Bk paraqet lëshueshmërinë e kujtesës, Bp-lëshueshmërinë e procesorit dhe Bdlëshueshmërinë e kanalit H/D. Teknika e përpunimit me ndarje kohore është e bazuar në ndarjen e kohëve fikse ose të ndryshueshme për përpunim. Në këtë mënyrë në intervalin kohor të kufizuar, më shumë programe i shfrytëzojnë resurset e kompjuterit dhe në jetën e rëndomtë (për shkak të shpejtësisë 22

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

23

së CPU-së), fitohet përshtypja e punës së përnjëhershme të më shumë shfrytëzuesve në të njëjtin sistem.

Njësia (pajisja) e kujtesës Njësia e kujtësës ka për detyrë që instruksionet dhe të dhënat, gjegjësisht rezultatet e përpunimit t’i ruaj për punë të mëtejme. Instruksionet dhe të dhënat janë kod numerik. Në kujtesë mund të shënohet dhe nga kujtesa mund të lexohet. Leximi nga kujtesa fillon kur në regjistrin e adresuar – M, vendoset adresa dhe gjenerohet sinjali „lexo“. Pas kohës së qasjes (disa dhjetra ns) përmbajtja e adresës së specifikuar vendoset në regjistrin e të dhënave të kujtesës - S. Procesi i shkruarjes (shënimit) në kujtesë fillon kur në regjistrin e adresuar – M, bartet adresa, kurse e dhëna e cila kujtohet në atë adresë vendoset në regjistrin e të dhënave të kujtesës - S. Pasi që njësia dirigjuese të gjenerojë sinjalin komandues „shkruaj“, e dhëna shkruhet në lokacionin e specifikuar të kujtesës, si në figurën e mëposhtme.

a)

b)

S 1 1 0 1 1 1 0 0

002

M

Adresa 0000

002

M

Adresa 0000 Shj Lj

0001 0002

S 1 1 0 1 1 1 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0

0001 0002

1 1 0 1 1 1 0 0

. . .

. . .

. . .

. . .

001F

0 1 1 0 0 1 1 1

001F

0 1 1 0 0 1 1 1

Shj – Sinjali “shkruaj” joaktiv

Lj – Sinjali “lexo” joaktiv

Sha – Sinjali “shkruaj” aktiv

La – Sinjali “lexo” aktiv

Sh a La

Fig. 8. Operacioni i shkrimit (shënimit)

Meqenëse ka kërkesa të vazhdueshme për kapacitet sa më të madh të kujtesës disponuese, janë kërkuar edhe rrugët për krijimin e një kujtese të tillë.

23

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

24 Adresa e fjalës në kujtesë

Adresa e bllokut

Adresa e fjalës në bllok

Regjistri i adresave

Regjistri i adresës për faqen 0 Regjistri i adresës për faqen 1 Regjistri i adresës për faqen 2 . . .

Re g j is tri i a d re s ë s p ë r fa q e n 9

Përshtatja e pasuksesshme

Adresa e faqes

Adresa e faqes

Blloku 0 (512 fjalë) Blloku 1 (512 fjalë) Blloku 2 (512 fjalë)

Adresa e fjalës në faqe

Faqja 0 (512 fjalë) Funksionet e pasqyrimit dhe zhvendosjes së faqeve

Faqja 1 (512 fjalë) Faqja 2 (512 fjalë) . . .

Pajisjet për përshtatje

. . .

Blloku 49 (512 fjalë) Blloku 50 (512 fjalë)

Faqja 49 (512 fjalë) Faqja 50 (512 fjalë)

KUJTESA SEKONDARE (disku)

KUJTESA kryesore (RAM)

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

Teknikisht nuk ka qenë e mundur që të zgjerohet kujtesa punuese (nën komandën e drejtpërdrejtë të procesorit), kështu që qysh atëherë është menduar në organizimin hierarkik të kujtesës. Kështu flitet për kujtesën punuese me kapacitet të vogël dhe shpejtësi të madhe dhe kujtesë.n dytësore me kapacitet të madh dhe me qasje me kohëzgjatje më të madhe. Kujtesat e para kanë qenë të realizuara në formë të timpaneve rrotulluese. Gjenerata e ardhshme ka qenë me bërthama ferite e më vonë me elemente gjysëmpërçuese. Teknologjia me elemente gjysëmpërçuese mundësoi zhvillimin e kujtesës së quajtur RAM (Random Access Memory – kujtesë me qasje të drejtpërdrejtë) në të cilën koha e qasjes nuk varet nga ajo se në cilin vend gjendet e dhëna. Sot, për kujtesë punuese kryesisht përdoren kujtesat gjysëmpërçuese, sepse janë të shpejta, me çmim të ulët dhe kanë kapacitet të madh. Disqet magnetike përdoren si kujtesë dytësore. Përparimi i teknologjisë mundësoi përparimin e kujtesave e me këtë edhe të performanseve të kompjuterit. Përveç kësaj është futur edhe koncepti i kujtesës virtuele. Koncepti i kujtesës virtuele bazohet në faktin se ekzistojnë dy nivele të kujtesës: parësor (me kapacitet më të vogël, e shpejtë dhe e shtrenjtë) dhe ai dytësor (me kapacitet më të madh, më e ngadalshme dhe jo e shtrenjtë). Programi kompjuterik, që të dy këto kujtesa i trajton si një kujtesë të përbashkët të kapacitetit më të madh, por me shpejtësi të përafërt me shpejtësinë e kujtesës parësore. Për t’u arritur kjo, përdoret teknika e veçantë, e paraqitur në figurën 9. Kujtesa është e ndarë në madhësi fikse, gjegjësisht në faqe. Madhësia e faqes është shpesh 512 fjalë. Secila faqe e ka regjistrin e adresuar të faqes, i cili përmban adresën e bllokut të informacioneve të cilat momentalisht e zëjnë faqen. Adresa e fjalës në kujtesë i ka 24

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

25

dy komponente: adresën e bllokut dhe adresën e fjalës në bllok. Qasja fjalës së caktuar në kujtesë, fillon me krahasimin e adresës dhe të gjitha regjistrave të faqeve. Në rastet e përputhjes, lejohet qasja. Blloku mund të jetë i vendosur në secilën faqe, prandaj adresa e bllokut transformohet në adresë të faqes. Në qoftë se nuk arrihet përputhshmëria në mes të adresës së bllokut dhe përmbajtjes së regjistrave të adresuara të faqeve, thirren funksionet e pasqyrimit faqësor dhe të zhvendosjes, kështu që blloku i kërkuar bartet në kujtesën kryesore, kurse stacioni joaktiv (ai që më së paku përdoret) kthehet në kujtesën dytësore. Përmirësimi i mëtejmë është arritur me përdorimin e kesh-kujtesës, pjesë e cila e ka kohën e qasjes të përafërt me ciklin e procesorit. Ky mekanizëm ka treguar rezultate të mira praktike. Për organizimin e kujtesës do të bëhet fjalë në kapitullin e ardhshëm.

Njësia aritmetike Njësia aritmetike përbëhet nga pajisjet për kryerjen e operacioneve aritmetike. Në të shumtën e rasteve këto pajisje bëjnë vetëm mbledhje de zhvendosje, ndërsa operacionet e tjera kryhen me veprime iterative me anë të mbledhjes. Kësht, p.sh. operacioni i zbritjes realizohet me mbledhjen e të zbritshmit me komplementin e numrit. Shumëzimi realizohet me përsëritje programore të numrit të nevojshëm të mbledhjeve. Pjesëtimi realizohet si zbritje dhe zhvendosje. Në operacionet aritmetike marrin pjesë regjistri A i cili përmban një operand dhe më vonë rezultatin. Njësisë i shtohen edhe regjistrat e përgjithshëm dhe përveç mbledhësve dhe pajisjes për zhvendosje, lajmërohen edhe një ose më shumë pajisje për mbledhje të numrave me presje të lëvizshme, pajisjet për shumëzim, degëzim etj. Arkitekturat e reja kanë disa pajisje të njëjta aritmetike-logjike të cilat punojnë njëkohësisht. Në kapitujt e ardhshëm do të bëhen sqarime më të detalizuara. Njësia komanduese Njësia komanduese gjeneron sinjalet komanduese për udhëheqje kohore dhe për komandim me njësitë e tjera. Ajo i pranon instruksionet të cilat i dekodon dhe në pajtim me rëndësinë e tyre, gjeneron sinjale të cilat shkaktojnë sjellje të caktuar të pjesëve të caktuara të kompjuterit. Kryerja e instruksioneve bëhet në hapa elementar. Operandët të cilët marrin pjesë në operacione vendosen në regjistra të cilët janë pjesë përbërëse të njësisë aritmetike. Kryerja e operacioneve aritmetike realizohet me kryerjen e operacioneve logjike, meqenëse pajisjet elementare digjitale kryejnë operacione logjike. Karakteristikat e njësisë komanduese ndikojnë drejtpërdrejtë në çmimin dhe performanset e secilit kompjuter. Shpejtësia e kryerjes së programeve drejtpërdrejtë varet nga instruksionet bazike, prandaj është shumë e rëndësishme si të zgjedhet bashkësia bazike i instruksioneve. Zgjedhja gjatë konstruktimit të procesorit të ri niset nga llogaria statike. Instruksionet që përdoren më shpesh, gjithsesi duhet të përfshihen në bashkësinë e instruksioneve dhe sipas mundësisë trajtohen si mikroinstruksione. Në qoftë se shikohet më thellë, duhet nisur nga zgjedhja e gjuhës së lartë programore, dhe në bazë të kërkesave të asaj gjuhe programore zgjedhet bashkësia më e përshtatshme e instruksioneve (operacioneve primitive) me anë të të cilave mund të realizohen kërkesat. Në trajtim mund të jetë edhe opcioni i gjerësisë së punëve të cilat kompjuteri i kryen në punën dhe në rethinën e vetë. P.sh. në qoftë se dëshirohet kompjuteri për llogaritje statike me saktësi të lartë, atëherë ai duhet të ketë edhe bashkësinë e caktuar të instruksioneve. Secili instruksion, në të vërtetë paraqet një rend të kryerjes së mikroinstruksioneve (mikrooperacioneve) të mikroprogramit. Formati i mikroinstruksionit mund të jetë i 25

26

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

ndryshëm, por në përgjithësi mund të merret se i ka së paku dy pjesë: pjesën operacionale (disa dhjetra bitë) dhe pjesën komanduese (rreth dhjetë bitë). Pjesa operacionale e mikroinstruksionit i ka fushat për kryerjen e operacioneve, bashkësinë e regjistrave, ndërlidhjen e mbledhësve etj. Pjesa komanduese e instruksionit duhet që të ketë së paku dy fusha: kushtin e kërcimit dhe adresën e kërcimit. Ë të vendosura në kujtesën mikroprogramore. Kujtesa mikroprogramore në fillim është realizuar si matricë nga diodat, e më vonë si kujtesë bipolare. Mund të konstatohet se bmikroprogramimi është treguar si një metodë e mirë e realizimit të njësisë komanduese, e cila edhe sot përdoret. Përveç kësaj ai paraqet edhe një urë lidhëse në mes përkrahjes hardverike dhe softverike. Me ndryshimin e përmbajtjes së kujtesës mikroprogramore mund të ndërrohet bashkësia e instruksioneve, e më këtë edhe mënyra e funksionimit të tërë kompjuterit. Kjo do të thotë se shfrytëzuesi është në gjendje që vetë të ndërrojë arkitekturën e kompjuterit (në qoftë se ai di të ndërrojë përmbajtjen e kujtesës mikroprogramore). Si shembull i realizimit të njësisë mikroprogramore mund të shërbejë ilustrimi në figurën 10. Organizimi i këtillë i njësisë kontrolluese është i njohur me emrin skema e Wilkes-it. Instruksioni nga regjistri I Regjistri i adresлs sл kujteses mikroprogramore

Adresa e instruksionit tл ardhshлm

n linja MATRICA A

MATRICA B

D E K O D E R I

Takti ALU, regjistrat udhлheqja

Linja 2

n

Fig. 10. Njësia komanduese e multiprogramuar

Pjesët kryesore janë:  Regjistri i adresës, përmbajtja e të cilit përcakton adresën e kujtesës mikroprogramore (përmbajtja varet nga kodi operacional-përmbajtja e regjistrit të instruksionit dhe përmbajtja e matricës së mikroprogramuar B që përcakton adresën e ardhshme t mikroinstruksionit); n  Dekoderi (dekodimi i adresës, gjegjësisht zgjedhja e një nga linjat 2 );  Matrica nga diodat A (përcaktohen rrugët e të dhënave dhe të aksioneve);  Matrica nga diodat B (përcaktohet adresa e mikroinstruksionit të ardhshëm). Në vazhdim do të bëhet shpjegimi i shkurtuar i funksionimit të njësisë kontrolluese të paraqitur në figurë. Adresa në regjistrin e adresave dekodohet ashtu që është i mundësuar njëri nga rreshtat e matricave A dhe B. P.sh. në figurë është mundësuar rreshti i pestë, gjegjësisht kombinacioni 11000 në matricën A dhe 0100 në matricën B. Në qoftë se supozojmë se „1“ paraqet nivelin e tensionit 5V, kurse „0“ nivelin e tensionit 0V, këto gjendje drejtohen kah njësia aritmetike, njësia logjike, regjistrat komandues dhe të gjitha pajisjet e tjera që i aktivizojnë apo nuk i aktivizojnë. Të gjitha aktivitetet janë të përshtatura me sinjal të udhëheqjes kohore. 26

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

27

27

Arkitektura e kompjuterëve e tipit SIMD

29

Arkitektura e tipit SIMD Arkitektura e tipit SIMD është e përshkruar me vektorin A=(1,M) në fig. 1 dhe karakteristikë kryesore e ka rrjedhën e instruksionit – rrjedhën e shumëfisht të të dhënave. Në apektin konstruktiv, kemi të bëjmë me më shumë procesorë të cilët kryejnë të njëjtat instruksione në të dhënat e ndryshme. Paraqitja e thjeshtësuar është bërë në figurën e mëposhtme. KUJTESA E TЛ DHЛNAVE TЛ DHЛNAT

REZULTATET PROCESORI PROCESORI PROCESORI instruksioni Kujtesa programore udhлheqja Fig. 11. Modeli i arkitekturës SIMD

Edhe ky tip i kompjuterëve krijon numër të madh të moduleve të njëjta me nivele të ndryshme të ndërlikueshmërisë. Ky tip i arkitekturës shfrytëzohet në zgjedhjen e problemeve të përbëra me shkallë të paralelizmit, të përbërë në të dhënat dhe operacionet. Kompjuterët e këtij tipi zakonisht përdoren kur kemi të bëjmë me përpunim të numrit shumë të madh të të dhënave, si te vektorët, matricat, përpunimi i fotografive dhe modeleve, grafika kompjuterike etj. Kompjuterët me arkitekturë SIMD mund të klasifikohen në 3 grupe:  Kompjuterë matricorë,  Kompjuterë asociativë dhe  Kompjuterë përmbledhës. Në tekstin e mëtejmë do të përshkruhet shkurtimisht kompjuterët matricorë dhe asociativë.

Kompjuterët matricorë Kompjuterët matricorë (angl. Parallel processor) bazohen në më shumë elemente procesore (deri në disa dhjetra mij elemente) me kujtesë të shtuar e cila përmban vetëm të

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

30

dhënat, kujtesën programore, njësinë qendrore komanduese dhe rrjetin gjegjës ndërlidhës (fig.12). Kujtesa programore Elementi procesor 1

R R J E T I

Kujtesa e tл dhлnave 1

Njлsia qendrore komanduese Elementi procesor 2 . . .

Elementi procesor N

N D Л R L I D H E S

Kujtesa e tл dhлnave 2 . . .

Kujtesa e tл dhлnave N

Instruksionet dhe tл dhлnat

H/D

KUJTESA PЛRMBLEDHЛSE

Fig. 12. Kompjuteri matricor

Elementet e procesit lidhen në një strukturë të rregullt. Shembull për këto lidhje janë:    

Lidhja me katër, gjashtë ose tetë elemente fqinje Lidhja e përzier plotësisht (lidhja indirekte e cilit do element nëpërmjet atyre të cilët janë të lidhur drejtpërdrejtë). Lidhja me ndërlidhjet e afërta n-kubike, Lidhja nëpërmes kujtesave lokale të cilat janë të ndërlidhura me rrjet ndërlidhës.

Shpejtësia e përpunimit bazohet në faktin se njësia komanduese përcjellë instruksionin në të gjitha elementet procesore (procesorët). Njësia komanduese, gjegjësisht kompjuteri është e organizuar edhe për lidhje me kompjuterët tjerë. Të gjithë elementet procesore kryejnë instruksionin e njëjtë, por në të dhënat e ndryshme. Të dhënat merren nga kujtesa lokale e të dhënave e cilat i është bashkangjitur secilit element procesor, kurse secili element procesor interpreton instruksionin në mënyrë të përcaktuar në njësinë komanduese multiprogramore në nivel të elementit procesor. Renditja e këtillë nuk nënkupton se të gjithë elementet procesore duhet të janë aktive.

Kompjuterët asociativë Karakteristikë kryesore e këtij lloji të kompjuterëve është jutesa asociative. Dallimi në mes të RAM kujtesës klasike është në atë se qasja deri te e dhëna definohet në bazë të vetë vetisë së të dhënës apo të pjesës së saj. Pra, qasja në kujtesë nuk është sekvenciale sipas adresave.

30

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

31

Pajisja ndлrlidhлse hyrлse-dalлse

Kujtesa asociative

Kujtesa programore

Njлsia komanduese

Njлsia aritmetike-logjike

Fig. 13. Kompjuteri asociativ

Elementet kryesore të këtij kompjuteri janë të paraqitura në figurën e mësipërme dhe përbëhen nga:  Kujtesa asociative, ALU, njësia komanduese, kujtesa programore,  Pajisja hyrëse-dalëse. Meqenëse arkitektura e këtyre kompjuterëve të specializuar është drejtpërdrejtë e varur nga kujtesa (kujtesa asociative), atëherë do të paraqesim organizimin e kësaj kujtese. Te ky lloj i kujtesës janë të mundshëm operacionet e kërkimit paralel dhe krahasimit paralel. Shembull i krahasimit: i barabartë, jo i barabartë, më i vogël se, më i madh se, jo më i madh se, jo më i vogël se, vlera minimale, vlera maksimale, i ardhshmi më i madh, i ardhshmi më i vogël, vlerë ndërkufitare, nuk është vlerë ndërkufitare. Baza hardverike e kujtesës asociative është bit-celula, e cila përveç vetisë së kujtimit të 1 bitdhe të sinjalit „lexo-shkruaj“, e ka edhe loikën e krahasimit me fjalën kyçe, gjegjësisht me regjistrin e të dhënave. Përveç kësaj, secilës fjalë i është bashkangjitur elementi procesor, i cili mund të jetë me nivel të ndryshëm të ndërlikueshmërisë. Për shembull: kujtesa asociative i ka n-fjalë, dhe secila fjalë përmban të dhënat për studentët, si të dhënat personale, të dhënat mbi vitin e studimit, mbi notën mesatare etj. Në qoftë se kërkohet e dhëna e caktuar, atëherë duhet që të dihet e ashtuquajtura fjala kyçe (me qëllim të krahasimit). Kërkimi i asocuar në lidhje me të dhënën se sa studentë e kanë notën mesatare më të lartë se 9, jep rezultat të menjëhershëm, pa marr parasysh se sa studentë të tillë janë në regjistër. Fjala në bazë të cilës bëhet kërkimi në fushën e kujtesës quhet fjala kyçe dhe është e vendosur në regjistrin e të dhënave. Në regjistrin e rezultateve të kërkimit (numri i bitëve është i barabartë me numrin e lokacioneve në kujtesë) janë të vendosura të gjitha njësitë që në fillim të kërkimit. Kërkimi fillon me gjenerimin e impulsit të kërkimit. Impulsi i parë shkakton krahasimin e bitit të parë të secilës fjalë me bitin e parë të fjalës kyçe dhe në qoftë se ato nuk përputhen, në regjistrin e rezultateve, në vendin e parë vendoset „0“.

31

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

32 H/D

Njлsia komanduese

1 1 1 0 1 0 1 1

E dhлna

1 1 0 0 0 0 1 1

maska

1 0 0 1 0 1 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

Pлrputhja e shumлfishtл

0 1 0 1 0

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

H/D

KUJTESA

Rezultati i kлrkimit

Zgjedhja e fjalлs

Elementet e procesit

Fig. 14. Kërkimi asociativ

Me anë të impulsit të dytë inicohet krahasimi i bitit të dytë të fjalës me bitin e dytë të fjalës kyçe dhe në rast të mos përshtatjes, shënohet „0“ në pozicionin e dytë të regjistrit të rezultateve. Në këtë mënyrë, në të gjithë bitet e regjistrit të rezultateve, në të cilët nuk ka përputhje. Pas realizimit të procesit në regjistrin e rezultateve të kërkimit do të shënohet „1“ për të gjitha fjalët që kanë përmbajtje të njëjtë me fjalën kyçe. Në rastin e përputhjes së shumëfishtë, pajisja për zgjidhje tregon në fjalën e parë e cila e plotëson kriterin. Në fig. 14, këto janë fjalët 2, 4 dhe 7.

32

Arkitektura e kompjuterëve e tipit MISD

33

Arkitektura e tipit MISD Arkitektura e tipit MISD është karaktersitike për shkak të rrjedhës së njëfishtë të të dhënave dhe rrjedhës së shumëfishtë të instruksioneve. Në fig.1 ky tip i arkitekturës paraqitet me vektorin A=(N,1) dhe paraqet rrjedhë të shumëfishtë të instruksioneve dhe rrjedhë të njëfshtë të të dhënave. Kompjuterët e këtij lloji janë:  Kompjuterët rrjedhës (angl. Pipeline) dhe  Fushat sistolike. Ky tip i arkitekturës është paraqitur me fig. 15.

KUJTESA E d h л n a

instruksioni

ELEMENTET PROCESORE

R e z u l t a t i

Fig. 15. Arkitektura e tipit MISD.

Kompjuterët rrjedhës (Pipeline) Te kompjuterët rrjedhës elementi themelor procesor ndahet në shumë segmentesegmente procesore. Në këtë mënyrë funksioni zbërthehet në disa nënfunksione të cilët mund të kryhen paralelisht, sepse të gjithë segmentët janë njëkohësisht aktiv. Në kompjuterin e këtillë, koha e përpunimit të n-fjalëve është: Tn=To+Mts+(n-1)ts Koha e përpunimit të një fjale Te=Tn/n ku janë: 

  

To+Mts koha e paraqitjes së rezultatit të parë në dalje të strukturës rrjedhëse, (pas paraqitjes së rezultatit të parë, në çdo interval kohor ts lajmërohet rezultat i ri); M – numri i segmenteve rrjedhëse të cilët janë të ndërlidhur në mes veti; To – koha që nevojitet për strukturimin dhe ndërlidhjen e segmenteve rrjedhëse; Ts – koha e përpunimit në një segment.

Për përpunimin e numrit të fjalëve që anon kah vlera pa kufi, duhet përafërsisht aq kohë sa zgjatë përpunimi në një segment. Në literaturë principi i kompjuterëve rrjedhës shpjegohet mjaftë thjeshtë, duke e krahasuar fizikisht me ujësjellësin. Karakteristikat e arkitekturës rrjedhëse janë: 1. Pajisja kryesore shpërndahet në disa segmente rrjedhëse, kurse rezultati i veprimit të segmenteve rrjedhëse është i barabartë me rezultatin e veprimit të pajisjes bazë; 2. hyrja në segmentin rrjedhës është dalje nga segmenti paraprak rrjedhës, gjegjësisht ndryshimi i vlerave hyrëse dhe dalëse është mënyra e vetme e bëshkëveprimit të segmenteve rrjedhëse;

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

34

3. duhet tentuar që koha e përpunimit në një segment të është e barabartë në të gjithë segmentët, kështu që për përshtatje eventuale të shpejtësive të përpunimit në segmente, në konstruksionin në mes segmenteve vendosen mesregjistrat. Zbërthimi i përpunimit klasik të një instruksioni për t’u kryer përpunimi rrjedhës bëhet duke u koncentruar në marrje të instruksioneve, dekodim, sigurim të operandëve dhe ekzekutim të instruksioneve. Modeli i përpunimit rrjedhës është paraqitur në fig. 16.

Mbledhja e instruksioneve

Moduli 4

Moduli 3

Moduli 2

Moduli 1

Sigurimi i operandeve

Dekodimi i instruksioneve

Ekzekutimi i instruksioneve

Fig. 16. Modeli i përpunimit rrjedhës

Te përpunimi klasik, koha e përgjithshme e përpunimit do të ishte e barabartë me shumën e kohëve të përpunimit në segmentet e veçanta. Te mënyra rrjedhëse e përpunimit në një moment bëhet përpunimi paralel i më shumë instruksioneve që mund të shihet në diagramin e mëposhtëm të realizimit të instruksioneve. Moduli

Ekzekutimi i instruksioneve

1

2

3

1

2

3

4

1

2

3

4

2

3

4

Sigurimi i operandeve Dekodimi i instruksioneve Mbledhja e instruksioneve

1 0

1

2

3

4

5

4

6

7

Koha (t)

Fig. 17. Diagrami i ekzekutimit të instruksionit

Në shembullin e paraqitur në figurë (në momentin kohor të paraqitur me shigjetë), përnjëherë përpunohen 3 instruksione: instruksioni i parë është në fazën e sigurimit të operandëve (segmenti i tretë rrjedhës), instruksioni i dytë dekodohet (segmenti i dytë rrjedhës) dhe funksioni i tretë është mbledhjes (segmenti i parë rrjedhës). Për tërë përpunimin shpenzohen 7 njësi kohore. Me përpunim klasik për të njëjtën gjë ishte dashur 4x4=16 nj1si kohore (4 instruksione x 4 cikle). Te konstruksioni i procesorit në njësinë komanduese zakonisht vendoset struktura rrjedhëse. Segmentët rrjedhës janë:  Segmenti për marrje të instruksioneve,  Segmenti për dekodim të instruksioneve,  Regjistrat për parasigurim të instruksioneve,  Segmenti i njësisë ekzekutive.

34

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

Segmenti rrjedhлs 1 Mbledhja e instruksioneve

35

Segmenti rrjedhлs 2 Segmenti rrjedhлs 3

Segmenti rrjedhлs 4

Dekodimi

Njлsia ekzekutive

MBLEDHЛSI INTERN

Fig. 18. Kujtesa në kompjuterin rrjedhës.

Arkitektura sistolike

35

36

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

36

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

37

Kapitulli III Kujtesa (Memoria) Memoria ose kujtesa e kompjuterit ka aftësinë të mbajë mend sasinë e caktuar të të dhënave. Të dhënat janë të shënuara në formë të bitëve. Biti është njësia elementare për informatat dhe i përgjigjet shifrës 0 ose 1, një impulsi (0-nuk ka impuls dhe 1-ka impuls). Ekzistojnë dy lloje të memorieve: memoria qendrore (memoria e punës, primare) dhe memoria e jashtme (eksterne, sekondare). Si memorie qendrore, kryesore përdoret memoria RAM, e cila është memorie me qasje të lirë (rastit, direkte) e realizuar përmes komponenteve elektronike gjysëmpërçuese. Në të të dhënat mund të shënohen dhe të lexohen sa herë që dëshirojmë. Të dhënat në RAM do të qëndrojnë derisa kompjuteri është i kyçur, prandaj nëse kompjuteri çkyçet ose i ndërpritet furnizimi me rrymë të dhënat që gjenden në RAM do të humben (fshihen) në mënyrë të pakthyeshme. Memoriet e jashtme janë memorie me kapacitet të memorimit relativisht të madh, shërbejnë për ruajtjen masovike të të dhënave dhe informatave për një kohë të pacaktuar. Memoriet e jashtme posedojnë edhe njësitë për udhëheqje me memorien, leximin dhe shkruarjen e të dhënave. Memorie të jashtme janë: hard disqet, disketat, shiritat magnetik, CD disqet, DVD disku. Në përbërje të kompjuterit gjindet edhe memoria fikse ROM e cila përdoret për ruajtje të përhershme të të dhënave. Në të të dhënat mund të shënohen vetëm një herë dhe mund të lexohen sa herë që duam. Për shkak të harmonizimit të shpejtësisë në mes procesorit dhe memories RAM si dhe në mes memories RAM dhe memories së jashtme nevojitet një memorie ndërmjetësuese e quajtur kesh memorie. Kjo është memorie e përkohshme e ngjajshme me RAM memorien. Gjithashtu kemi edhe memorien virtuele e cila trajtohet si memorie me kapacitet më të madh por me shpejtësi të përafërt me memorien qendrore. Me shfrytëzimin e sitemit hierarkik të memories është mundësuar që të sigurohet problemi i mospërshtatshmërisë në shpejtësinë e komponentave të caktuar, sepse CPU punon më shumë se 1000 herë më shpejt se memoria.

1. HIERARKIA E MEMORIES 1.1. Funksionimi i memories së kompjuterit

37

38

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Meqenësë memoria teknikisht paraqet nje formë të mediumeve elektronike, përdoret si medium i përkohshëm për ruajtje të të dhënave. Nëse procesori qendror i kompjuterit (CPU) duhet vazhdimisht që t’i qaset diskut për të gjetur të dhënat që i nevojiten ai do të punojë shumë ngadalë. Kur informacioni ruhet në memorie, CPU-ja mund më shpesh dhe më shpejt t’i qaset atij. Shumica e formave të memorieve janë realizuar si mediume të përkohshme të të dhënave.

Fig. 1. Hierarkia e kujtesës Si që shihet nga fig.1. me shfrytëzimin hierarkik të kujtesës është mundësuar që të sigurohet problemi i mospërshtatshmërisë në shpejtësi të komponentëve të caktuar, sepse CPU punon më shumë se 1000 herë më shpejtë se kujtesa. Shumica e të dhënave që vijnë nga mediumet e përhershme (permanent storage) si nga hard disku ose nga tastatura së pari shkojnë në RAM memorien. Atëherë CPU-ja i ruan ato të dhëna që i nevojiten për qasje, shpeshherë në cache (kesh memorie), dhe mban instruksionet speciale ne regjistër. Të gjitha komponentet në kompjuter si CPU-ja, disku dhe sistemi operativ punojnë si një ekip dhe memoria është njëra prej pjesëve më të rëndësishme të këtij ekipi. Prej momentit kur ndizet kompjuteri e deri kur fiket CPU-ja është vazhdimisht duke e përdorur memorien. Le të shohim në vazhdim: - Ndizet kompjuteri. - Kompjuteri plotëson të dhënat nga ROM memoria dhe kryen një power-on self test (POST) për të qenë i sigurtë se të gjitha komponentet janë duke funksionuar ashtu siç duhet. Si pjesë e këtij testi, njësia kontrolluese kontrollon të gjitha adresat e memories 38

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

-

-

-

-

39

me një operacion read/write (lexo/shkruaj) për të siguruar se nuk ka gabime në çipin e memories. Kur kompjuterit i urdhërohet që të përdorë ndonjë pjesë të programit të caktuar, ai së pari kërkon programin në hard disk dhe atë e kopjon në memorie. Ky proces quhet aktivizim i programit dhe paraqet plotësim të memories me program (loading a program). Pas plotësimit të memories me program, procesori mundet që shumë më shpejtë të lexojë instruksionet e caktuara nga memoria (RAM) sa herë që ka nevojë. Plotësimi i programit në memorie (RAM) nuk paraqet bartje të programit nga hard disku në memorie, por krijohet një kopje ekuivalente e programit nga hard disku në RAM. Programi origjinal mbetet në disk i gatshëm që të aktivizohet sa herë që kemi nevojë. Programi i parë të cilin e aktivizojmë (plotësojmë në RAM) nga hard disku gjatë lëshimit të kompjuterit është sistemi operativ. Pra puna e parë të cilën e bën procesori me kyçje të kompjuterit, është kërkimi dhe plotësimi i memories me program të sistemit operativ. Me rastin e shkyçjes së kompjuterit nga tensioni elektrik, paraqitet një problem, sepse e tërë përmbajtja fshihet përgjithmonë, pra e tërë përmbajtja e dokumentit të formuar gjatë kësaj kohe do të humbet. Kjo poashtu nënkupton se nuk mund të mbështetemi në memorie dhe t’i kthehemi punës për të vazhduar me dokumentin në ndonjë ditë tjetër. Pra, paraqitet nevoja për ruajtjen e të dhënave të cilat do të na nevojiten më vonë si dhe për vendosjen e tyre në hapësirë të caktuar në të cilën do të ruhen për një kohë më të gjatë. Kur ne e inçizojmë një fajll dhe e mbyllim aplikacionin, fajlli ruhet në paisje specifike dhe atëherë fajlli dhe aplikacioni janë fshirë nga RAM-i.

Prej kësaj mund të përfundojmë se gjithçka që hapet, plotësohet, vendoset në RAM. Kjo don të thotë se vendosen në hapësirën e mediumeve të përkohshme (temporary storage area) dhe procesori mund t’u qaset informacioneve më lehtë. Procesori kërkon të dhënën që i nevojitet nga RAM-i, e përpunon dhe shkruan të dhënën e re prapa në RAM sipas një cikli kontinual (vazhdueshëm). Ky organizim i të dhënës në mes RAM-it dhe procesorit në shumicën e kompjuterave ndodh milion herë në çdo sekondë. Kur aplikacioni mbyllet e dhëna dhe fajllat shoqërues zakonisht fshihen nga RAM-i për të bërë vend për të dhënën e re. Nëse ndryshimet e fajllave nuk inçizohen në paisjet e mediumeve të përhershme (permanent storage device) para se të fshihen nga RAM-i , ata do të humbasin.

1.2. Shpejtësia e nevojshme Një pyetje e zakonshme në lidhje me kompjuterin është se :”Pse një kompjuteri i nevojiten aq shumë sisteme të memories?”. Një kompjuter tipik ka: - Niveli 1 dhe niveli 2 i kesh memories. - Kujtesa kryesore RAM. - Kujtesa virtuele. - Hard disku. 39

40

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Pse kaq shumë?. Procesorit, CPU-së i nevojitet që lehtë dhe shpejtë t’u qaset të dhënave. Nëse procesori nuk mund ta pranojë të dhënën që i nevojitet ai do të ndalet dhe do të presë. Procesorët modern e kanë shpejtësinë rreth disa gigaherca dhe mund të punojë me sasi të madhe të të dhënës – bilion bajta për sekondë. Problemi qëndron në atë se kjo memorie që ka CPU-në me disa gigaherc është shumë shtrenjtë. Dizajnerët e kompjuterit e kanë zgjedhur problemin e kushtimit me “shtresimin” (tiering) e memories - duke përdorur memorien e shtrenjtë me kapacitet më të vogël dhe memorien më pak të shtrenjtë me kapacitet më të madh. Forma më e lirë e memories që përdoret sot është hard disku. Hard disqet janë me kapacitet te madh dhe jo të shtrenjtë të mediumeve të përhershme. Niveli tjetër i hierarkisë së memories quhet kujtesë virtuele – virtual memory. Niveli tjetëri hierarkisë është RAM memoria. Në sistemin kompjuterik RAM-i vetë nuk është i mjaftueshëm për shpejtësinë e procesorit. Prandaj përdoret kesh memoria. Kjo memorie zvogëlon kohën e pritjes së procesorit për marrjen e shënimeve nga memoria qendrore, pra zvogëlon numrin e të ashtuquajturave gjendje të pritjes (wait states). Pra shpejtësia e punës së memories është faktor i rëndësishëm për vlerësimin e mundësive të kompjuterit. Këtu duhet cekur dy madhësi. Njëra është koha e qasjes (access time) e cila është koha prej momentit kur në hyrje të memories paraqitet adresa e të dhënës së dëshiruar deri në momentin kur e dhëna e dëshiruar paraqitet në dalje të memories. Kjo kohë është e rendit të nanosekondave (p.sh. 60ns, 70ns, etj). Madhësia tjetër është cikli i memories (cycle time) që paraqet kohën e nevojshme që shënimi të lexohet nga memoria dhe përsëri të shkruhet në të. Pasi instruksionet kryhen për numër të plotë të cikleve të memories tentohet që koha e zgjatjes së ciklit të memories të jetë sa më e shkurtër.

1.3. Procesori – pjesa qendrore e kompjuterit Në brendinë e secilit kompjuter gjendet paisja me dimensione sipërfaqësore të përafërta me një pullë postale. Kjo paisje quhet njësia qendrore procesorike (central processing unit) ose shkurt CPU dhe paraqet “trurin” e kompjuterit, pjesën e cila lexon dhe ekzekuton instruksionet kryen kalkulime si dhe merr vendime. Aty zhvillohen operacione aritmetike, logjike dhe kontrolluese. CPU poashtu realizon ruajtjen dhe rikthimin e informacioneve në disk apo në mjedise tjera memoruese. Te kompjuterët personalë, CPU njihet me emrin mikroprocesor dhe është i realizuar nga qarku i integruar. Qarku i integruar është i ndërtuar si një kompleks i transistorëve dhe i qarqeve tjera elektrike të përfshira në një pllakëz të vogël të kristaltë gjysëmpërçuese të silicit, e cila ndryshe quhet edhe çip. Procesori është i vendosur brenda shtëpizës së njohur me emrin shtëpiza sistemore ose njësia sistemore së bashku me paisje dhe vegla të ndryshme për ruajtje të informacioneve Përbrenda shtëpizës sistemore, mikroprocesori së bashku me memorien dhe qarqet tjera ndihmëse është i vendosur në pllakën themelore të kompjuterit. Kjo pllakë ndryshe quhet edhe pllaka amë (Motherboad), sepse në të ashtuquajturat sllote që gjenden mbi te, vendosen 40

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

41

edhe pllaka tjera, përmes së cilave mikroprocesori komunikon me memorien periferike dhe njesitë periferike të kompjuterit. Detyrat kryesore të CPU-së janë: 1) Përpunimi i të dhënave. Me përpunim e të dhënave nënkuptohet kryaerja e operacioneve aritmetike logjike, operacionit të zhvendosjes, operacionit të kërkimit, operacionit të renditjes etj. 2) Mbikqyrja dhe harmonizimi i veprimeve të pjesëve të sistemit. Gjatë përpunimit të të dhënave të dhënat lëvizin prej një njësie të sistemit në njësinë tjetër, kryhen lexime dhe operacione tjera dhe për këta kujdeset CPU ashtu që sistemi të veproj i harmonizuar. Fuqia e CPU-së (fuqia e mikroprocesorit) është aftësia e përpunimit të të dhënave. Fuqia e mikroprocesorit varet nga tre faktorë të rëndësishëm: frekuenca e taktit (Clock), sasia e bitëve të cilët menjëherë mund t’i përpunoj dhe arkitektura e ndërtimit të CPU-së. Në CPU të dhënat përpunohen në takte, një operacion elementar i caktuar kryhet brenda një takti, prandaj CPU posedon një orë që numëron taktet. Numri i takteve për një sekondë paraqet frekuencën e taktit dhe matet me Hz (hercë). Tentohet të ndërtohet CPU me frekuencën e taktit më të madhe sepse frekuenca më e madhe do të thotë kryerja e numrit më të madh të operacioneve elementare për sekondë, p.sh. CPU me frekuencën e taktit prej 500 MHz do të thotë se mund të kryej 500 milion operacione elementare për një sekondë. Numri i bitëve të cilët CPU mund t’i përpunoj menjëherë paraqet faktorin e dytë më të rëndësishëm. Për shembull një procesor 16-bitësh mund të operojë me dy bajta në të njëtën kohë pasi (1 byte=8 bita) kështu që (2 byte=16 bita), dhe një procesor 64-bitësh operon njëkohësisht me 8 bajta. Faktori i tretë është arkitektura e ndërtimit të CPU-ve. Te PC kompjuterët e gjeneratave më të reja janë përdorur edhe arkitektura të cilat janë përdorur edhe te kompjuterët e mëdhenj dhe superkompjuterët, si p.sh. arkitektura Pipeline (rrjedhja e ujit në gyp) e cila arkitekturë mundëson një shkallë të paralelizimit në përpunimin e të dhënave. Si njësi për matjen e fuqisë së CPU-së merret numri i operacioneve elementare që mund të kryhen brenda një kohe të caktuar. Përdoren njësitë MIPS dhe MFLOPS. Njësia MIPS do të thotë milijon instrukcione (operacione elementare) për sekondë, pra kompjuteri me fuqinë 10 MIPS-a (Mega Instruction Per Second) do të thotë se ka fuqinë që për një sekondë të kryejë 10 milion instruksione (operacione elementare). Njësia MFLOPS (Mega Floting operation per second) do të thotë milijon operacione me numra me presje të lëvizshme për një sekondë. Njësia MIPS është më univerzale dhe më e përdorur.

41

42

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

2. KESH MEMORIA 2.1. Si punon kesh memoria? Kjo memorie përdoret për të shpejtuar punën e njësisë qendrore duke ruajtur sipas ndonjë algoritmi përmbajtje që më së shpejti shfrytëzohen nga ana e kompjuterit. Shfrytëzimi i kesh memories zvoglon kohën e pritjes së procesorit për marrjen e shënimeve nga memoria qendrore. Pra, gjatë përpunimit të të dhënave në CPU të dhënat merren nga memorja RAM dhe shpeshehrë ndodh që të dhënat në memorien RAM të merren nga ndonjë memorie e jashtme. Për shkak të harmonizimit të shpejtësisë në mes CPU-së dhe memories RAM si dhe në mes RAM-it dhe memories së jashtme (sepse CPU punon në kohë më të shkurtë se sa koha e qasjes në memorien RAM dhe koha e qasjes së RAM-it është më e vogël se kohët e qasjeve të memorieve të jashtme) nevojitet një memorie ndërmjetësuese e quajtur kesh memorie. Kjo memorie është memorie e përkohëshme e ngjajshme me RAM memorien. Kemi dy nivele të kesh memories: Niveli 1 – level 1 është në të djathtë të CPU-së, është shumë i vogël, normal midis 2 KB dhe 64 KB. Niveli 2 – level 2 i kesh memories i përket kartelës së memories e vendosur në afërsi të CPU-së. Niveli 2 ka lidhje të drejtpërdrejtë me CPU-në. Qarku i integruar në pllakën amë, kontroller L2 rregullon përdorimin e nivelit 2 nga CPU-ja. Mvarësisht nga CPU-ja niveli 2 është prej 256 KB deri 2MB. Performancat e larta të CPU-së e kanë nivelin 2 të kesh memories të ndërtuar në çip të vetin në CPU. Kështu madhësia e nivelit 2 është faktori determinues për performancat e CPU-së. Kesh sistemi çfaqet në çdo kompjuter në forma të ndryshme. Ka kesh memorie, kesh të hardverit dhe softverit të diskut, kesh të faqeve e tjera. Memoria virtuele bile është një formë e kesh memories.

2.2. Një shembull i thjeshtë Kesh sistemi është një teknologji e bazuar në nënsistemin e memories në kompjuter. Qëllimi kryesor i kesh sistemit është që të shpejtojë punën e kompjuterit. Për të kuptuar idenë e një kesh sistemi, le të marrin një shembull të një punëtori që punon në bibliotekë. Le të jetë punëtori në tavolinën e tij. Ai është aty për të dhënë librin që e kërkojmë. Së pari fillojmë me punëtorin pa përdorimin e kesh sistemit. Arrin klienti i parë. Ai pyet për librin “Moby dick”. Punëtori shkon e merr librin dhe ia sjell klientit. Më vonë klienti vjen dhe e kthen librin. Punëtori shkon në dhomën e librave dhe e vendos librin në raft. Le të supozojmë se edhe klienti i ardhshëm e kërkon librin “Mobi dick”(punëtori e sheh klientin se është duke ardhur). Atëherë punëtori shkon përsëri në dhomë dhe kërkon librin dhe ia sjell klientit. Sipas këtij modeli, punëtori ka të bëjë një udhëtim rro42

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

43

tull të sjellë çdo libër-bile edhe ata libra që kërkohen më shumë. A ka ndonjë mënyrë që të përmirësojë performancat e punëtorit?. Po, ka një mënyrë – të vendosim një kesh sistem te punëtori. Le të marri punëtori një pako që nxen 10 libra (në termin kmpjuterik, punëtori tash ka një kesh sistem – 10 libra). Në këtë pako, punëtori vendos librat që i kërkojnë më shumë, maksimum deri më 10 libra. Le të shohim përparësinë e shembullit tash me kesh sistemin. Dita fillon. Pakoja është e zbrazët. Arrin klienti i parë dhe kërkon librin “Mobi dick”. Punëtori shkon në dhomë dhe ia sjell klientit librin. Më vonë vjen klienti dhe e kthen librin. Punëtori tash nuk shkon në dhomën e librave por e vendos librin në pako (së pari sheh a është plot pakoja). Vjen klienti i ardhshëm dhe kërkon librin “Mobi dick”. Punëtori nuk shkon më në dhomën e librave por sheh në pakon e tij a është ai libër dhe ia jep klientit. Kështu klienti është i shërbyer më shpejt dhe më me efikasitet. Çka ndodh nëse klienti kërkon libër që nuk është në pako. Së pari punëtori sheh në pakon e tij por ajo kohë është shumë e vogël në krahasim me atë kur shkon në dhomë të librave. Prej këtij shembulli mund të shohim disa fakte të rëndësishme në lidhje me kesh sistemin:  Teknologjia e kesh sistemit është përdorimi i tipit të memories së shpejtë por të vogël për të përshpejtuar një tip të memories së ngadalshme por të madhe.  Kur përdorim kesh sistemin, duhet të kontrollohet nëse ikona është aty. Nëse është atëherë kjo quhet “cashe hit” (keshi ndodhet) e nëse jo quhet “cashe miss” (mungon keshi) dhe kompjuteri duhet të presë një udhëtim të madh më të ngadalshëm se hapësira e memories.  Kesh sistemi ka madhësi që është më e vogël se hapësira e mediumeve të mëdhaja.  Është e mundshme që të kemi disa lloje të kesh memories. Në këtë shembull, pakoja paraqet tipin e shpejtë por të vogël të memories, kurse dhoma e librave tipin e ngadalshëm por të madh të memories. Ky është niveli i parë i kesh memories. Mund të kemi edhe një tezgë qe nxen 100 libra të lënë mënjanë. Atëherë punëtori së pari kontrollon pakon, tezgën e pastaj dhomën e librave. Ky është niveli i dytë i kesh memories.

2.3. Keshi i kompjuterit Kur mikroprocesori i qaset memories kryesore RAM-it, i qaset për kohën 60 nanosekonda. Kjo është shumë shpejt por më e ngadalshme se një mikroprosesor tipik. Mikroprocesori mund të ketë dy cikle kohorë të shkurtër nga dy nanosekonda. Tash ndërtojmë një memorie speciale të vogël por të shpejtë (rreth 30 nanosekonda). Kjo është dy herë më e shpejtë së sa qasja e memories kryesore. Ky quhet niveli 2 i keshit. Tash ndërtojmë një memorie edhe më të vogël por më të shpejt. Në këtë mënyrë, qasja në këtë memorie do të bëhet me shpejtësinë e mikroprocesorit e jo me shpejtësinë e busit të memories. Ky është niveli 1 i kesh memories. Ka shumë nënsisteme në kompjuter ku mund të vendosim kesh midis tyre për të përmirësuar performancat e tyre. Kesh memoria në mes të memorieve të jashtme dhe RAM memorieve realizohet nëpërmjet të programëve të quajtur drejtues (Drivers) të cilët një pjesë të RAM memories e shpallin për memorie kesh. Ja një listë të sistemeve të keshit: 43

44 

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

L1 cache – qasja e memories me shpejtësinë e mikroprocesorit (10 nanosekonda, 4 KB deri 16 KB në madhësi).  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 ngadalshëm (rreth 12 milisekonda, 1 GB deri 10 GB)  Internet – i pabesueshëm ngadal (midis 1 sekonde dhe tre ditë, madhësia e pakufizuar).

Pra niveli 1 L1 keshon L2 i cili keshon memorien kryesore, e cila mund të përdoret për të keshuar nënsisteme si disku e kështu me rradhë.

3. RAM MEMORIA 3.1. Si punon RAM memoria? Random access memory (kujtesa së cilës i qasemi drejtpërdrejt) ose RAM më së miri është e njohur si memorie e kompjuterit. Në të vendosen përkohësisht programet dhe të dhënat. RAM-i konsiderohet si kujtesë “që i qasemi drejtpërdrejt” (random access) sepse ne mund t’i qasemi cilësdo qeli të memories direkt nese e dimë rreshtin dhe shtyllën që priten në këtë qeli RAM-i është memorie me qasje të lirë (rastit, direkte), në te të dhënat mund të shënohen dhe të lexohen sa herë që dëshirojmë. Të dhënat në RAM do të qëndrojnë deri sa kompjuteri është i kyçur, prandaj, nëse kompjuteri çkyçet ose i ndërpritet furnizimi me rrymë të dhënat që gjenden në RAM do të humben (fshihen) në mënyrë të pa kthyeshme. Ngjajshëm sikurse edhe te mikroprocesori çipi i memories është një qark i integruar ku në të janë vendosur me miliona tranzistorë dhe kodenzatorë. Praktikisht, RAM-i trajtohet si një tërësi kompakte e hapësirave për vendosje të të dhënave. Për përfytyrim më të mirë, RAM-i mund të krahasohet më bashkësinë e kutive postale përbrenda ndërtesës së Postës. Secila kuti postale në këtë rast do të përmbante nga një karakter (shkronjë, numër, shenjë e pikësimit, etj) dhe i gjithë koleksioni i kutive numërohet në mënyrë sekuenciale. Në literaturëm kompjuterike kuititë postale quhen bajtë (bytes) kurse numrat e tyre rendor quhen adresa të memories (memory adresses). 44

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

45

Sikurse edhe çipi i CPU-së, çipet e memories vendosin dhe transmetojnë informacionin në mënyrë elektronike. Dërgimi i instruksioneve nga memoria në CPU në të vërtetë paraqet transmetim (bartje) të impulseve elektronike. Te RAM memoria dinamike DRAM –Dynamic random access memory një transistor dhe një kodensator se bashku kriojnë një qeli të memories cell memory, që prezenton një bit të vetëm të të dhënës. Bartës i informatës është kodensatori, pra ai mban bitin e informatës 0 ose 1. Kodensatori është si një “kovë” “bucket” e vogël e aftë për të mbajtur elektronet. Për të vënë “1” në qelinë e memories ajo, pra “kova” mbushet me elektrone. Për “0” ajo zbrazet. Problemi është se ekziston një vrimë dhe kodenzatori zbrazet shpejt. Kështu që memoria dinamike të punojë duhet që kontrolluesi i memories të mbajë të gjitha kodensatorët që janë në gjendjen “1” para se ata të shkarkohen. Pra memoriet dinamike duhet të kenë qarqet për freskim. Operacioni i freskimit ndodh mijra herë për sekondë. Gjatë leximit të shënimeve bëhet edhe shkruarja e sërishme e shënimeve që lexohen. Pra bëhet edhe freskimi i shënimeve. Te memoria statike static RAM - SRAM element memorik për ruajtjen e bitit të informatës është bistabili ose flip-flopi. Bistabili paraqet lidhjen e dy tranzistorëve, ku baza e njërit tranzistor është e lidhur në kolektorin e tranzistorit tjetër. Themi se memoria është statike pasi gjendja “1” ose “0” logjike në bistabil nuk do të ndërrojë, përpos në rastet kur këtë e shkakton ndonjë sinjal në hyrje të bistabilit ose ndërprerja e furnizimit, për ndryshim nga memoria dinamike ku për t’u ruajtur përmbajtja e memories duhet bërë freskimin e kohëpaskohshëm të saj. Kjo e bënë memorien statike më të shpejtë se memorien dinamike. Mirëpo memoriet dinamike kanë numër më të vogël tranzistorësh për elemente memorike dhe kjo mundëson kapacitet më të madh të memories. Kështu, memoria statike është më e shtrenjtë dhe më e shpejtë kurse ajo dinamike më e lirë dhe më e ngadalshme. Memoria statike përdoret te kesh memoria.

3.2. Modulet e memories Çipet e memories janë vetë të vlefshëm si një pjesë e një kartele që quhet modul. Ne mund të shohim memorien të listuar si 8x32 ose 4x16. Këto numra paraqesin numrin e çipave të shumëzuar me kapacitetin e çdo çipi individual dhe madhësia është në megabita. Marrim rezultatin dhe e pjestojmë me tetë dhe do te kemi numrin e megabajtëve në këtë modul. Për shembull, 4x32 do të thotë se moduli ka katër 32 – megabit. Shumëzojmë 4 me 32 dhe kemi 128 megabit. Duke e ditur se një bajt ka 8 bita atëherë rezultatin tonë 128 e pjesëtojmë me 8. Rezultati përfundimtar është 16 megabajt. DIMM SIMM SODIMM Fig.2. Llojet e moduleve të memories SIMM Single – In line Memory Module është modul i memories 72 pinësh dhe kapacitet 256 MB.

45

46

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

DIMM Dual – In line Memory Module është 168 pinësh dhe kapacitet prej 8MB deri 128 MB modul. Ekziston edhe RIMM Rambus – In line Memory Module që për nga madhësia dhe moduli është e krahasueshme me konfiguracionin e DIMM-it vetëm se përdor një bus special për rritjen e shpejtësisë. SODIMM Small Outline Dual – In line Memory Module është 144 pinësh dhe kapaciteti sillet prej 16 MB deri 512 MB.

3.3. Kontrollimi i gabimeve Shumica e sitemeve kanë memorie kontrolluese që kontrollon gabimet gjatë fillimit dhe bazohen ne të. Çipi i memories për kontrollimin e gabimeve ndërtohet duke përdorur metodën që njihet si paritet. Mënyra se si punon kjo metodë është e thjeshtë. Le të shohim së pari paritetin çift. Kur 8 bitat në një bajt e pranojnë të dhënën, çipi kërkon numrin total të 1-shit. Nëse numri total i 1-shit është tek, atëherë biti i paritetit e ka vlerën “1”. Nëse numri total është çift, atëherë biti i paritetit ka vlerën “0”. Kur e dhëna lexohet prap, numri total kërkon përsëri dhe e krahason me bitin e paritetit. Nëse numri total është tek dhe biti i paritetit është “1”, atëherë e dhëna merret se është e vlefshme dhe dërgohet në CPU. Por nëse numri total është tek dhe biti i paritetit është “0” atëherë ka ndodh gabim diku në 8 bitat dhe e dhëna largohet. Pariteti tek punon në të njëtën mënyrë por tash biti i paritetit merr vlerën “1” kur numri total i 1-shit në 8 bitat është çift. Problemi i paritetit është se ai i zbulon gabimet por nuk i përmirëson ata. Nëse një bajt i të dhënës nuk është sikurse biti i paritetit atëherë e dhëna largohet dhe sistemi provon përsëri. Kompjuterëve në rastet kritike u nevojitet një nivel i lartë i tolerancës së gabimit. Në kohët e fundit shumica kanë një formë të kontrollimit të gabimit që njihet si gabimkorrigjim i kodit (error – correction code) ose ECC. Sikurse edhe te pariteti, ECC përdor bitat të kujdesen për të dhënën në çdo bajt. Dallimi është se ECC përdor disa bita për kontrollimin e gabimit – se sa, mvaret nga gjerësia e bus-it në vend të një biti. ECC përdor algoritëm special, jo vetëm që detekton bitin e gabimit por edhe i rregullon ata. ECC gjithashtu detekton edhe rastet kur mungon një bit i të dhënës. Këto mungesa janë shumë të rralla dhe nuk rregullohen as bile edhe me ECC. Sot, shumica e kompjuterëve përdorin çipin e memories që njihet me emrin joparitet. Këto nuk kanë ndonjë tip të kontrollimit të gabimit por bazohen në memorien kontrolluese për detektimin e gabimit.

3.4. Tipet e RAM memories SRAM – Static Random Access Memory – RAM memoria statike përdor tranzistorët zakonisht katër deri gjashtë, për çdo qeli të memories por nuk përdor kodenzatorët. Shpejtësia e kësaj memorie mund të jetë prej disa ns në rast kur përdoret për kesh aplikacione të shpejta 46

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

47

dhe deri më 200 ns për aplikacione me fuqi të ulët. 95% e aplikacioneve përdorin teknologjinë CMOS për dendësi të lartë dhe për fuqi të ulët të shpenzimit. Memoriet kesh të shpejta mund të konstruktohen me teknologjinë BiCMOS, e cila është një teknologji hibride që përdor tranzistorët bipolar për ekstra ngasës dhe shpejtësi. Një rast special është memoria me përmbajtje të adresuar CAM – Conttent Addresable Memory. Në këtë teknologji memoria përbën një vektor të bistabilave në të cilin çdo rresht lidhet me një komparator të të dhënës. Memoria është e adresuar duke prezentuar të dhënën në të. Të gjithë komparatorët do të kontrollojnë nëse regjistrat korrespondues të RAM-it e mbajnë të dhënën e njëjtë. CAM-i do përgjigjet me adresën e rreshtit që i korrespondon e dhëna origjinale. Aplikacioni kryesor i kësaj teknologjie është tabelat e shpejta “lookup”. Këta përdoren shpesh në rrjetat “router”. DRAM – Dynamic Random Access Memory – RAM memoria dinamike ka qelinë e memories më një çift tranzistorësh dhe kodenzatorësh duke u rifreskuar vazhdimisht. FPM DRAM – Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory – është formë origjinale e DRAM-it. Kjo memorie pret gjatë tërë procesit të vendosjes së bitit të të dhënës nga shtylla dhe rreshti dhe atëherë lexon bitin para se të fillojë me bitin tjetër. EDO DRAM – Extended Data – Out DRAM nuk pret tërë procesin. Por, së shpejti pasi vendoset adresa e bitit të parë, EDO DRAM fillon të kërkojë bitin e ardhshëm. Është rreth pesë përqind më e shpejtë se FPM. SDRAM – Synchronous DRAM ka performansa më të mira, pasi qëndron në rreshtin duke e mbajtur bitin e kërkesës dhe duke e zhvendosur shpejtë nëpër shtyllë, duke lexuar secilin bit që kalon. Ideja është që koha që i nevojitet të dhënës nga CPU-ja të jetë sekuencë. SDRAM është rreth pesë përqind më e shpejtë se EDO RAM dhe është formë më e rëndomtë sot. DDR SDRAM – Double Data Rate Synchronous DRAM – memoria dinamike RAM me shpejtësi dyfish të sinkronizur të të dhënës, është si SDRAM vetëm se ka shpejtësi më të madhe. RDRAM – Rambus DRAM është memorie që përdor modul të memories RIMM. Te kjo memorie kemi qasje të menjëhershme, shpejtësi të lartë. Credit Card Memory – kredit kartela e memories është formë më vehte e DRAM memories që vendoset në sllot të veçantë për përdorim te kompjuterët e tipit notebook. PCMCIA Memory card - është formë tjetër më vehte e DRAM-it dhe kjo do të punojë te çdo kompjuter i tipit notebook sistemi i të cilit do t’i përshtatet konfiguracionit të kartelës. CMOS RAM - është memorie e kapacitetit të vogël që përdoret nga kompjuteri dhe paisje tjera të kujtesës si hard disku. Kjo memorie përdor bateri të vogël për të siguruar fuqinë që i nevojitet për të mbajtë përmbajtjen e memories. VRAM – Video RAM njihet edhe si multiport DRAM. Është një tip i RAM memories që përdoret për video adapterët. Termi multiport vjen nga ajo se VRAM- i ka dy porta të pavarura të qasjes e jo një, duke lejuar që CPU-ja dhe procesori grafik t’i qasen RAM-it njëkohësisht. VRAM-i është vendosur në kartelën grafike. Sot shumica e këtyre janë të shtrenjta dhe në vend të tyre përdoren kartelat grafike të sinkronizuara SGRAM (synchronous graphics RAM). Performansa është gati e njëjtë vetëm se SGRAM-i është më e lirë.

47

48

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

3.5. Sa RAM na nevojitet? RAM-i është një faktor shumë i rëndësishëm për performansat e kompjuterit. Nëse sistemi jonë reagon ngadalë kur i qaset hard diskut, atëherë neve na nevojitet më shumë RAM. Nëse e kemi të instaluar Windows 95/98 nevojitet minimum 32 MB, por kompjuteri do të punojë më mirë me 64 MB. Windows NT/2000 më së paku i nevojiten 64 MB, por më mirë punon me 128 MB ose më shumë. Linuksi punon mirë me vetëm 4 MB RAM memorie. Mirëpo nëse planifikojmë të kërkojmë X-Windows ose për punë më serioze nevojiten 64 MB. Sistemet Apple Mac OS mund të punojnë me 16 MB por neve minimum na nevojitet 32 MB Kapaciteti i RAM-i është i shënuar për çdo sistem për përdorim normal si që janë: qasje në internet, vord procesori, aplikacione të zyrës, zbavitje. Mirëpo nëse dëshirojmë të bëjmë 3D animacione, dizajnime të ndryshme, ose lojra të ndryshme atëherë neve na nevojitet më shumë RAM. Gjithashtu neve do të na nevojitet më shumë RAM nëse kompjuteri jonë është server, ose kyçet në rrjetë. Tjetër pyetje është se sa VRAM dëshirojmë në video kartelën. Gati të gjitha kartelat që mund t’i blejmë sot kanë më së paku 8 MB të RAM-it. Neve na nevojitet kartelë grafike 32 MB nëse dëshirojmë ndonjë nga rastet e mëposhtëme:  Të luajmë lojëra realiste.  Të shohim video.  Të krijojmë grafikone 3 dimenzionale.  Të punojmë në rezolucion të lartë, rreth plot me ngjyra.  Të dizajnojmë ilustrime plot me ngjyra.

3.6. Instalimi i RAM memories

 

Instalimi i RAM-it është një procedurë e thjeshtë. Ja se çfarë duhet të dijmë: Sa RAM kemi.  Sa RAM dëshirojmë të shtojmë. Formën e faktorit.  Tipin e RAM-it.  Veglat (tools) e nevojshme.  Autorizimi.  Ku shkon RAM-i.

RAM-i zakonisht përdoret si shumëfish i 16 megabajtëve: 16, 32, 64, 128, 256, 512. Kjo don të thotë se nëse kemi një sitem me 64 MB RAM dhe dëshirojmë që më pak të kemi 100 MB, atëherë neve na nevojitet që të shtojmë edhe 64 MB. Pasi e din se sa RAM dëshiron, duhet të kontrollojmë formën e faktorit (kartelën e memories) që na nevojitet t’a blejmë. Ne këtë mund t’a gjejmë në udhëzimin që vjen me

48

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

49

kompjuterin ose të kontaktojmë me prodhuesin. Opcionet tona varen nga dizajnimi i kompjuterit tonë. Disa përdorin modulin e memories DIMM e disa teknologjinë RIMM. Pasi slotet e RIMM-it dhe DIMM-it janë të ngjajshme duhet të jemi të kujdeshëm se cilin tip e përdor kompjuteri jonë. Nëse vendosim kartelë të gabueshme do të shkaktohet dëmtim në sitemin tonë dhe do të shkatrrohet kartela. Ne gjithashtu duhet të dimë se çfarë tipi i RAM-it përdoret. Disa kompjuterë përdorin tipe specifike të RAM-it. Për shembull një kompjuter punon me 60ns - 70ns të EDO RAM-it. Për performansa optimale duhet që RAM-i që shtohet të shihet në RAM-in ekzistues për nga shpejtësia, pariteti dhe tipi. Tipi më i zakonshëm më i përshtashëm sot është SDRAM-i. Para se të hapim kompjuterin tonë duhet të jemi të sigurtë se nuk është i pavlefshëm autorizimi. Disa prodhues vulosin një kuti dhe kërkojnë që klienti të ketë teknikë të autorizuar që ta instalojë RAM-in. Nëse vendosim ta hapim këtë kuti kompjuteri duhet të fiket. Duke përdorur një shtresë kundër statike për të shkarkuar elektricitetit. Shumica e kompjuterëve që shiten sot, vijnë me kutitë që përdorin lloz të thjeshtë. Fig.3. Instalimi i RAM memories Për të instaluar edhe më RAM, duhet kërkuar modulet e memories në pllakën amë të kompjuterit. Në fig.3 është paraqitur instalimi i RAM memosries, në të majtë është Macintosh G4 dhe në të djathtë një PC. Instalimi aktual i modulit të memories normalisht se nuk e kërkon çdo vegël. RAM-i është instaluar në serinë e slloteve në pllakën amë të njohur si memory bank. Moduli i memories është i vendosur në një dhëmbëz dhe ne mundet të vendosim në drejtimin e gabuar. Për SIMM-in dhe disa DIMM, ne e instalojmë modulin duke e vensodur atë në sllotin përafërsisht 45 shkallë. Pasi instalohet moduli, mbyllim kutinë, dhe e ndezim kompjuterin. Kur kompjuteri startohet ai automatikisht e njeh memorien.

4. MEMORIA VIRTUELE 4.1. Çfarë është memoria virtuele? Memoria virtuele është një pjesë e zakonshme e sistemit operativ të kompjuterit. Ajo u bë aq e zakonshmë sepse ajo siguron një përfitim të madh për përdoruesit sepse ka çmim shumë të ulët. Sot shumica e kompjuterëve kanë RAM memorie 32 ose 64 Megabajt. Fatkeqësisht ky kapacitet i RAM memories nuk është i mjaftueshëm t’i kryejë të gjithë programet që shumica e përdoruesve presin t’i kryejnë menjëherë. Për shembull, nëse njëkohësiht dëshirojmë që të punojmë në një program me emailla, një web browser dhe word procesori, RAM memoria me 32 MB nuk është e mjaftueshme që t’i mbajë të gjitha këta programe. Nëse nuk do të kishte ndonjë gjë si memoria virtuele atëherë

49

50

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

kompjuteri do të thoshte “ Sorry, por ju nuk mund të mbani më aplikacione. Ju duhet të mbyllni ndonjë aplikacion për të hapur aplikacion të ri”. Me memorien virtuele, kompjuteri ja se çfar bën, kërkon në RAM hapësirën që nuk është përdorur më parë dhe e kopjon atë në hard disk. Kjo hapësirë e lirë në RAM memorie e mban aplikacionin e ri. Pasi kjo kopje ndodh automatikisht, ne nuk e dimë se si ndodh kjo, dhe duket sikur kompjuteri ka hapësirë të pakufizueshme të RAM memories edhe pse kjo është instaluar si RAM me 32 megabajt. Pasi hard disku është shumë më i lirë se RAM-i, ka gjithashtu një përfitim të madh. Shpejtësia e procesit të leximit/shkruarjes (read/write) të hard diskut është më e ngadalshme sesa RAM-i, dhe teknologjia e hard diskut nuk është përshtatur qasjes së pjesëve të vogla të të dhënës në kohë. Qëllimi është që të kemi RAM të mjaftueshëm për të mbajtur njëkohësisht gjithçka që ne punojmë, atëherë, e vetmja gjë që “ndjehet” në ngadalësinë e memories virtuele është gjatë ndërrimit të punëve, kemi një pauzë të shkurtër. Kur është ky rast, memoria virtuele është perfekte. Kur nuk është ky rast, sistemi operativ ka vazhdimisht shkëmbim të informacionit prapa dhe para midis RAM-it dhe hard diskut. Kjo quhet thrashing (rrahje) dhe bën që kompjuteri të “ndihet” pabesueshëm i ngadalshëm. Hapësira e hard diskut në të cilën vendoset imazhi i RAM-it quhet një page file (fajll i faqes). Kjo mban faqet e RAM-it në hard disk, dhe sistemi operativ zhvendos të dhënën prapa dhe para në mes RAM-it dhe fajllit të faqes. Në Windows, fajllat e faqes e kanë prapashtesën .SWP.

4.2. Konfiguracioni i memories virtuele E marrim Windows 98 si një shembull i sistemit operativ që ka memorie virtuele. Windows 98 ka një memori virtuele udhëheqëse –virtual memory manager që përdor një kornizë t’i ndihmojë Windows-it që të caktojë se sa vend nevojitet në hard diskun për memorien virtuele. Në më shumë rrethana kjo do të paraqitet, por ne duhet të konfigurojmë memorien virtuele, sidomos në rastet kur kemi më shumë se një hard disk ose kemi aplikacione me shpejtësi kritike. Për të bërë këtë duhet të hapim dritaren “control pannel” dhe e shtypim dy herë ikonën “System”. Dhe do të hapet dritarja. Shtypim në “performance” dhe atëherë shtypim në butonin “virtual memory”. (fig.4.).

Fig.4. Konfiguracioni i memories virtuele Kliko në opcionin që thotë “let me specify my own virtual memory settings”. Kliko listën rënësë pranë “Hard Disks” për të zgjedhur diskun që dëshiron për të bërë konfiguracionin e memories virtuele.(fig.5.). Fig.5. Caktimi i kapacitetit për memorien virtuele 50

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

51

Në kutinë “minimum” shkruajmë kapacitetin më të vogël të hard diskut që dëshirojmë ta përdorim për memorien virtuele. Për diskun “C” minimumi duhet të jetë 2 megabajt. Te “maximum” mund të shkruajmë sa të duam por kufiri më i lartë është dy herë sa RAM-i. Windowsi normalisht na jep 12 megabajt mbi kapacitetin e RAM-it fizikal të kompjuterit tonë. Për të vendosur tjera efekte duhet ta ristartojmë kompjuterin. Kapaciteti i hard diskut që ne e caktojmë për memorien virtuele është i rëndësishëm. Nëse ne caktojmë shumë pak, ne do të kemi gabim si “Out of memory”. Nëse ne gjejmë se duhet të rrisim madhësine e memories virtuele, ne ndoshta kemi gjetur se sistemi jonë është i ngadalshëm. Në këtë rast ne duhet të blejmë edhe më RAM që raporti në mes RAM-it dhe memories virtuele të jetë si 2:1. Për të përmirësuar performansat e memories virtuele mund që minimumi dhe maksimumi i fajllit të memories virtuele të jetë identik. Kjo e detyron sistemin operativ që të caktojë tërë fajllin e faqes gjatë startimit të makinës. Kjo bën që fajlli i faqes të rritet derisa programet janë duke u kryer, gjë që përmirëson performansat. Shumë aplikacione të videos rekomandojnë këtë teknikë që të anulojnë pauzat derisa lexohet ose shkruhet informacioni i videos midis hard diskut dhe shiritit. Tjetër faktor i performancës së memories virtuele është lokacioni i fajllit të faqes(pejxhfajll). Nëse sistemi jonë ka më shumë hard disqe, ne mund të përhapim punën te ato duke bërë nga një pejxhfajll të vogël për çdo disk. Ky modifikim i thjeshtë do të rrisi shpejtësine e cilitdo sistemi që bën përdorim më të fuqishëm të memories virtuele.

5. ROM MEMORIA ROM memoria (Read - Only memory) është memorie që shfrytëzohet për ruajtjen e shënimeve që vetëm lexohen, pra shënimeve të cilat nuk mund ose nuk guxon të ndërrohen gjatë ekzekutimit të programeve në kompjuter. Pra në këtë memorie të dhënat shënohen vetëm njëherë dhe mund të lexohen sa herë që të duam. Rëndom në memorie të këtilla vendosen të dhënat të cilat nuk ndryshojnë dhe që përdoren për qëllime të caktuara si p.sh. ROM memoria ku është vendosur programi BIOS – Basic Input Output System i cili bën inicializimin e kompjuterit dhe thirrën në RAM memorie pjesët e sistemit operativ të patjetërsueshme për punën e kompjuterit. Këta të dhëna në ROM vendosen nga prodhuesi. Këta memorie janë me kapacitet të ulët (si p.sh. 128 KB). Fig.6. BIOS-i përdor Flash memorien, një tip i ROM-it Në fig.6. është paraqitur një tip i memroies ROM, Flash memorie, të cilën e përdor BIOS-i.

5.1. Si punon ROM memoria? Ngjajshëm sikurse edhe te RAM memoria, çipi i ROM memories përmban një rrjetë të shtyllave dhe rreshtave. Derisa te RAM-i përdoreshin tranzistorët te ROM-i përdoret dioda t’i lidhë linjat nëse vlera është “1”. Nëse vlera është “0” atëherë linjat nuk janë të lidhura. Dioda lejon rrjedhjen e rrymës në një kah dhe ka një kufi të sigurtë që njihet si “thyerës i përparmë” .Tensioni i këtij kufiri është përafërsisht 0.6 volt. Çipi i ROM-it mund të dërgojë një ngarkesë që është përmbi kufirin e thyerjes në shtyllën përkatëse me rreshtin 51

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

52

selektues të tokëzuar të lidhet në qelinë specifike. Nëse në këtë qeli është prezente dioda atëherë ngarkesa do të shkojë në tokë dhe qelia do të ketë vlerën “1”. Nëse vlera është “0” atëherë nuk ka diodë në prerjen e shtyllës dhe rreshtit. Si që shihet mënyra se si punon ROM-i duhet që kur krijohet çipi të programohet komplet e dhëna. Ne nuk mundemi që të shkruajmë ose të programojmë në ROM-in standard. ROM-i përdor fuqi shumë të vogël dhe në rastet e paisjeve të vogla elektronike i përmban të gjitha programet e nevojshme për të kontrolluar paisjen. ROM-i mund të përdorë edhe NMOS tranzistorët dhe në këtë rast numri i tranzistorëve është dukshëm më i vogël se te RAM-i. Kjo është edhe një arësye për përdorimin e ROM-it për ruajtjen e të dhënave që nuk ndryshohen.

5.2.Tipet e ROM memories 

Ja pesë tipe themelore të ROM memories: ROM.  PROM.  EPROM.  EEPROM.  Flash Memory.

Secili prej këtyre tipesh ka karakteristikat e veta por të gjitha janë tipe të ROM memories me dy gjëra të përbashkëta:  E dhëna që vendoset në këtë çip është e pafshieshme (nonvalatile) – ajo nuk humbet kur çkyçet kompjuteri.  E dhëna është e pandryshueshme ose ndryshohet me oparacion special (ndryshe si te RAM-i ku ndryshohet lehtë ashtu edhe sikurse lexohet).

5.3. PROM memoria PROM memoriet (Programmable Read - Only Memory) janë ROM memorie programabile. Ato dallohen nga ROM memoriet standarde se te këto i është lënë mundësia shfrytëzuesit të fundit që vetë ta programojë ROM memorien. Kjo memorie është e ndërtuar prej një rrjete të shtyllave dhe rreshtave si te ROM-i (fig.7.). Fig.7. PROM memoria Dallimi qëndron se çdo prerje e shtyllës me rreshtin ka një siguresë të lidhur me ta. Një ngarkesë dërgohet në shtyllën që kalon nëpër siguresën në qelinë me rreshtin e tokëzuar duke incuar vlerën “1”. Pasi të gjitha qelitë kanë siguresa atëherë gjendja e PROM-it është “1”. Për të ndryshuar vlerën e qelisë në “0” ne përdorim një programer që dërgon një sasi të rrymës në qeli. Tensioni i lartë e këput lidhjen midis shtyllës dhe rreshtit duke e djegur siguresën. Ky proces njihet si djegja në PROM. Pasi çipi i kësaj memorie është bërë me teknologjinë bipolare, kapaciteti i memories është shumë i kufizuar. PROM-i mund të programohet vetëm një herë. Pra memoriet e këtilla konstruktohen në atë mënyrë që gjatë futjes së programit në to djegen kontaktet në të gjitha ato vende ku është e nevojshme. Programet e regjistruara në to në asnjë mënyrë nuk mund të ndërrohen.

52

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

53

5.4. EPROM memoria EPROM memoria (Erasable Programmable Read Only - Memory) është memorie përmbajtja e së cilës mund të fshihet. Fshierja e përmbajtjes nuk mund të bëhet gjatë punës normale të kompjuterit, por bëhet me aplikimin e metodave dhe paisjeve të ndryshme jashta kompjuterit. Kjo memorie mund të rishkruhet disa herë. Fshierja në këtë memorie bëhet me rrezatimin nën dritën ultravjollce. EPROM-i është konfiguruar duke përdorur një programer të EPROM-it që siguron tension të ndryshëm mvarësisht nga tipi i EPROM-it. Për të rishkruar në EPROM së pari duhet të fshihet. Për të fshirë përdoren rrezet ultravjollce. Fshierja e EPROM-it nuk është e selektuar kështu që mund të fshihet e tërë përmabjtja e memories. Prandaj EPROM-i duhet të zhvendoset nga paisja ku ndodhet dhe të vendoset në sipërfaqen e fshierjes nën ndikimin e rrezeve ultravjollce disa minuta.

5.5. EEPROM memoria EEPROM memoria (Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory) është memorie përmbajtja e së cilës mund të ndërrohet me aplikimin e sinjaleve më të larta në krahasim me ato që përdoren gjatë eksploatimit të zakonshëm. Në EEPROM:  Çipi nuk duhet të zhvendoset që të shkruhet në të.  Nuk nevojitet që i tërë çipi komplet të fshihet për të ndryshuar një pjesë të tij.  Për të ndryshuar përmbajtjen nuk nevojiten paisje shtesë. Progarmimi i këtyre memorieve munt të bëhet me anë të djegjes së elektroneve “hot-electrons” ose me anë të “tunelit”. Tuneling është një fenomen mekanik. Në vend të rrezeve ultra vjollca përdoret një fushë elektrike në çdo qeli. Kjo e fshin qelinë e EEPROM-it dhe mund të shkruhet në të. Mirëpo ndërrimi bëhet për 1 bajt në kohë që është e ngadalshme. Dhe prandaj përdoret Flash memoria që është edhe kjo një tip i ROM memories.

5.6. Matja e kapacitetit të memories Pra, memoria ose kujtesa e kompjuterit shërben për ruajtjen e programeve, informatave hyrëse, rezultateve të përpunimit dhe fajllave tjerë të ndrsyhëm. Njësia elementare e memories në të cilën mund të ruhet një informatë binare (shifra binare 1 ose 0), quhet bit. Për ruajtjen e një biti në memorie përdoret një qeli binare (binary cell), e cila fizikisht realizohet përems komponenteve elektronike, bërthamave magnetike etj. Qelulat binare në memorie grupohen në grupe 8 bitëshe, të cilat njihen me emrin bajt (Byte, B). Në një bajt ruhet një simbol, p.sh. një shkronjë. Grupet me më shumë se 8 bita p.sh. 12-bita, 16-bita quhen fjalë (Word). Kapaciteti i memories matet me bajt, dhe me njësi më të mëdha se bajti: kilobajt (KB), megabajt (MB), gigabajt (GB), terrabajt (TB), petabajt (PB), etj ku: 1 KB = 210 B = 1.024 B 1 MB = 220 B = 1.048.576 B ose 1024 KB 1 GB = 230 B = 1.073.741.824 B ose 1024 MB 1 TB = 240 B = 1.099.511.627.776 B ose 1024 GB

53

54

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Kilo është rreth njëmij, mega rreth një milion, giga rreth një bilion dhe kështu me rradhë. Kur dikush thotë se “ky kompjuter ka hard diskun 2 GB”, kjo don të thotë se hard disku vendos 2 GB ose përafërsisht rreth 2 bilion bajta.

6. MEDIUMET E LËVIZSHME 6.1. Si punojnë mediumet e lëvizshme? Më herët këto mediume kanë punuar duke u bazuar në shiritin magnetik si te audio kaseta. Disa kompjuterë kanë përdorur kartelën më vrima për të vendosur informacionin (fig.8.). Fig.8. Kartela me vrima kishte vrima që kompjuteri i interpretonte si informacione specifike. Mirëpo paisjet e sotme mund të vendsoin qindra megabajta të së dhënës në një disk të vetëm, shirit, kartelë. Ja disa arësye se pse përdoren njësitë e lëvizshme:  Softveri komercial.  Kopjet bekap për informacione të rëndësishme.  Transportimi i të dhënave midis dy kompjuterëve.  Vendosja e softverit dhe informacionit që nuk i qasemi vazhdimisht.  Kopjimi i informacionit për t’ia dhënë ndonjë tjetri.  Sigurimin e informacionit të cilin nuk duam që ti qaset dikush tjetër. Fig.9. Një ngasës i mediumeve të lëvizshme Paisjet e sotshme ofrojnë një numër të pabesueshëm të opcioneve, me kapacitet prej 1.44 megabajt për flopin standard deri më 20 gigabajt për disa njësi. Të gjitha këto paisje bien në njërën nga këto tre kategori:  Mediumet magnetike.  Mediumet optike.  Mediumet e gjendjes solide. Mediumet magnetike. - Shumica e formave të përdorshme të mediumeve të lëvizshme janë magnetike. Për shembull, disketa 1.44 MB me 3.5 inça përdoret prej para 15 vjetësh dhe ende po përdoren edhe sot. Në rastet më të shumta këto mediume përdorin një ngasës i cili është një paisje mekanike dhe lidhet në kompjuter. Disqet magnetike janë të përbëra nga materiali feromagnetik. Shkruarja dhe leximi te këto bëhet me ndihmën e kokave magnetike që lexojnë ose shkruajnë mbi sipërfaqen rrotulluese. Sipërfaqja e shfrytëzueshme e diskut është ndarë në rrathë koncetrik e secili rreth i tillë në sektorë. Disqet magnetike kanë disa gjëra të rëndomta si :  Ata përdorin një material të hollë plastik ose metal të mbuluar me shtresë okside.  Ata mund të inçizojnë menjëherë informacionin.  Ata mund të fshihen shumë herë.  Ata janë të lirë dhe të lehtë për përdorim. 54

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

55

Me kalimin e viteve përmirësohet edhe teknologjia magnetike. Për shkak të çmimit të ulët të flopi diskut, mediumet me kapacitet më të lartë nuk janë të afta që plotësisht të zëvendësojnë flopi diskun. Por prap ka një numër të cilët janë të popullarizuar. Një shembull i tillë është Zip nga Iomega (fig.10 dhe fig.11). Fig.10.Ngasësi i Zip-it vjen në disa konfiguracione si: SCSI, USB, porti paralel, dhe ATAPI.

Fig.11. Një Disk i Zipit

Dallimi në mes Zip diskut dhe flopi diskut është te shtresa magnetike që përdoret. Te Zip disku shtresa ka kualitet më të lartë. Kualiteti më i lartë d.t.th se koka lexuese/shkruese te Zip disku është më e vogël se te flopi disku. Kjo mundëson që ngasësi i Zip-it të mbushë me mijra rrathë për inç në sipërfaqen e diskut. Ky ngasës gjithashtu përdor një numër të ndryshëm të sektorëve për rrathë për të bërë përdorim më të mirë të hapësirës së diskut. Zip ngasësit ofrohen si ekstern (të jashtëm) dhe intern (të mbrendshëm). Pra, prodhues kryesor i tyre është firma Iomega. Ngasësit intern Zip drive ofrojnë punën në shpejtësi të përafërt me ngasësin e CD-ROM-ëve 4X. Zip ngasësi mund të bëhet edhe ngasësi nga i cili aktivizohet sistemi (bootable), që është përparësi ndaj ngasësve të tjerë të ngjajshëm. Gjatë aktivizimit të sistemit, zip-drive intern automatikisht merr emërtimin A, kurse disketa e zakonshme bartet në emërtimin B. Gjithashtu prodhime të firmës Iomega janë edhe ngasësit Jaz Drive dhe ngasësi intern LS120. Mediumet optike - Familja më e madhe e mediumeve optike janë të kompakt diskut (CD). Një CD mund të ruajë kapacitet të madh të informacionieve digjitale (783 MB) në një sipërfaqe të vogël e cila është e lirë për t’u prodhuar. Dizajnimi që e bën këtë të mundur është i thjeshtë: Sipërfaqja e CD është një pasqyrë e mbuluar me biliona goditje të vogla që janë të rregulluara në një spirale të ngjeshur të gjatë. CD player i lexon goditjet me një laser preciz dhe interpreton informacionin si bit i të dhënës. Mediumet e gjendjes solide (të qëndrueshme) - Një tip majft i popullarizuar i mediumeve të lëvizshme që përdoret te kamerat digjitale është Flash memoria. Kjo memorie është një tip i teknologjise së gjendjes solide. Ketu bëjnë pjesë smartmedia dhe Compactflash që do ti përmendim te memoria flash.

7. MEDIUMET E GJENDJES SOLIDE 7.1. Flash memoria Memoria mund të ndahet në dy lloje: volatile (e fshieshme, e paqëndreushme) dhe nonvolatile (e pafshieshme, e qëndrueshme). Memoria e fshieshme i humb të dhënat me rastin e çkyçjes së sistemit. RAM-i bën pjesë në këtë tip të memories. Memoria e pafshieshme nuk i humb të dhënat me rastin e çkyçjes së sitemit ose paisjes. Një numër i memorieve bëjnë pjesë në këtë kategori të memories. Numri më i madh 55

56

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

është i memorieve ROM, mirëpo këtu bënë pjesë edhe Flash memoria siç është CompactFlash ose SmartMedia që janë gjithashtu forma të memories së pafshieshme.

7.1.1. Si punon Flash memoria? Memoriet elektronike janë të formave të ndryshme që t’u shërbejnë qëllimeve të ndryshme. Flash memoria përdoret për ruajtje të lehtë dhe të shpejtë të informacionit te paisjet si që janë: kamerat digjitale dhe video lojrat. Kjo memorie më shumë përdoret si hard disk se sa si RAM memorie. Në fakt, Flash memoria konsiderohet si një formë e qëndrueshme (solid state) e mediumeve të lëvizshme. Këtu solid state d.t.th. se nuk ka zhvendosje të pjesëve – gjithçka është elektronike në vend të mekanikës. Ja disa shembuj të Flash memories:  Çipi i BIOS-it të kompjuterit.  CompactFlash (më shumë gjindet në kamerat digjitale).  SmartMedia (më shumë gjindet në kamerat digjitale).  Stiku i memories (më shumë gjindet në kamerat digjitale).  PCMCIA Tipi 1 dhe Tipi 2 (kartela të memories – përdoren si disqe solid states te kompjuterët e tipit laptops).  Kartelat e memories për video lojrat. Flash memoria është një tip i memories EEPROM. Ajo ka një rrjetë elektrike të shtyllave dhe rreshtave me një qeli e cila ka dy tranzistorë në çdo prerje. Të dy tranzistorët janë të ndarë njëri nga tjetri me një shtresë okside të hollë. Njëri prej tranzistorëve quhet floating gate (portë e lëvizshme) dhe tjetri control gate (portë kontrolluese). Porta e lëvizshme vetë lidhet në rreshtin i cili është përmes portës kontrolluese. Derisa kjo lidhje është ashtu si duhet atëherë qelia e ka vlerën “1”. Për t’u bërë vlera “0” bëhet një proces që quhet Fowler – Nordheim tunneling. Tunneling (tunel) është përdorur që të ndryshojë vendin e elektroneve në portën e lëvizshme. Në portën e lëvizshme aplikohet një ngarkesë elektrike që përdor tensionin prej 10 deri 13 volt. Ngarkesa vjen nga shtylla, hyn në portën e lëvizshme dhe harxhohet në tokë. Kjo ngarkesë shkakton që tranzistori që quhet portë e lëvizshme të punojë si një “elektron gun”. Elektronet e eksituara zëjnë pjesën tjetër të shtresës okside duke dhënë një ngarkesë negative. Kjo ngarkesë negative është si një barrierë në mes gejtit kontrollues dhe atij të lëvizshmit. Paisja speciale quhet monitor cell sensor (qeli shqisore). Nëse rrjedhja nëpër gejtin është më e madhe se 50 përqind e ngarkesës, atëherë ajo ka vlerën “1”. Nëse është më pak se 50 përqind e ka vlerën “0”. Elektronet në qelinë e Flash memories mund të kthehen në vlerën “1” me aplikimin e një fushe elektrike të tensionit të lartë. Flash memoria përdor qarkun përçues “circuit wiring” për të zbatuar fushën elektrike në tërë çipin ose të paracaktojë pjesët që njihen si blocks (bllokë). Kjo fshin hapësirën e tabelës së çipit, ku pastaj mund të rishkruhet. Flash memoria punon më shpejt se EEPROM memoria sespe në vend të fshierjes së një bajti në kohë, në memorien Flash fshihet një bllok ose i tërë çipi e pastaj në të rishkruhet.

7.2. Kartelat e lëvizshme të Flash memories Kartelat e lëvizshme të Flash memories ose Removable Flash Memory Cards janë forma të mediumeve të lëvizshme. Derisa çipi i BIOS-it të kompjuterit është forma më e zakonshme e Flash memories, mediumet e lëvizshme të formës solide (solid states) janë gjithnjë e duke u popullarizuar. SmartMedia dhe CompactFlash, që të dyja, janë të njohura si 56

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

57

“film elektronik” sidomos për kamerat digjitale. Tjera prodhime të Flash memories të lëvizshme janë: Sony i stikut të memories, PCMCIA kartela e memories, kartelat e memories për sistemet e video lojrave si Nintendo N64, dhe Sony playstation. Ne do të përqëndrohemi te SmartMedia dhe CompactFlash por idea esenciale është e njëjtë për të gjitha prodhimet. Çdonjëra prej tyre është thjeshtë një formë e Flash memories. Ja disa arësye për përdorimin e Flash memories në vend të hard diskut:  Flash memoria është e pazhurmë.  Ajo lejon qasje më të shpejtë.  Ajo është më e vogël në madhësi.  Ajo është më e ndritshme.  Nuk ka pjesë të zhvendosura. Pra, pse nuk mund të përdorim Flash memorien për gjithçka? Sepse hard disku kushton lirë dhe kapaciteti është fuqimisht i madh. Ne mund të blejmë një hard disk me 40 gigabajt për më pak se $200, derisa një kartelë CompactFlash 192 MB do të kushtojë më shumë.

7.2.1. SmartMedia Kartela e flopi diskut në gjendje solide (solid - state floppy - disc card) – SSFDC më së miri njihet si SmartMedia – origjinalisht është zvilluar nga Toshiba. Kapaciteti i kësaj kartele sillet prej 2 MB deri më 128 MB. Kartela është e vogël, e gjatë përafërsisht 45 mm, e gjerë 37 mm dhe e trashë më pak se 1mm. Në fig.12. është paraqitur ndërtimi i kësaj kartele kurse në fig.13. kemi një kartelë Smartmedia. Fig.12 Ndërtimi i kartelës

Fig.13. Kartela Smartmedia

Një nivel i elektrodës lidhet me çipin e Flash memories me telin lidhës (bonding wires). Këto fiksohen në një rrëshinë duke përdorur teknologjinë që gjithçka integrohet në një pako të vetme pa pasur nevojë për ngjitje. Moduli vendoset në kartelën bazë të kartelës aktuale. Fuqia dhe e dhëna bartet nga elektroda në çipin e Flash memories kur kartela vendoset në paisje. Një dhëmbëz e këndit tregon fuqinë e kartelës. Nëse dhëmbëza është në anën e majtë, kartelës i nevojiten 5 volt e nëse është në anën e djathtë 3.3 volt. Kjo kartelë fshin, shkruan dhe lexon në blloqe të vogla. Nga kjo rrjedh se këto kartela janë të shpejta me performanca të mira që lejojnë që ne të caktojmë se cilën të dhënë do e mbajmë. Këto janë pak më të rrudhosura se paisjet tjera të lëvizshme prandaj duhet të kemi kujdes kur i mbajmë në dorë dhe kur i vendosim.

7.2.2. Kartelat CompactFlash Këto kartela ishin të zhvilluar nga Sandisku më vitin 1994 dhe dallohen nga kartelat SmartMedia për nga dy gjëra të rëndësishme:  Janë të trasha.  Përdorin një çip kontrollues. 57

58

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Mvarësisht nga trashësia kemi dy tipe të këtyre kartelave: kartela e tipit të parë që janë të trasha 3.3 mm dhe kartelat e tipit të dytë me trashësi 5.5 mm. Në fig.14. është paraqitur një kartelë CompactFlash. Fig.14. Kartela CompactFlash Pasi këto kartela janë më të trasha kanë edhe kapacitet më të madh se ato SmartMedia. Kapaciteti i këtyre sillet prej 8 MB deri më 192 MB. Çipi kontrollues rrit performansat sidomos te paisjet që kanë procesor të ngadalshëm. Të dy këto tipe të mediumeve të lëvizshme si edhe kartela e memories PCMCIA tipi 1 dhe 2 janë të zhvilluara nga asociacioni Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA).Për shkak të këtyre standardeve, është e lehtë që këto dy kartela të përdoren në shumicën e paisjeve. Ne mund të blejmë adapterë të cilët lejojnë qasjen e këtyre kartelave sikurse nëpër ngasësin e flopit ose si te kartela PCMCIA që mund ta gjejmë te kompjuterët e tipit laptop.

8. MEDIUMET MAGNETIKE 8.1. Hard disqet 8.1.1. Si punojnë hard disqet? Hard disku (disku i fiksuar, disku i ngurtë) është memorie e jashtme magnetike, përbëhet prej disa pllakave rrethore të aluminit, të lyera me veti magnetike (feromagnet). Te këto disqe informacioni vendoset ashtu që të mund të shfrytëzohet nga paisjet adekuate për këtë qëllim. Paisja e cila vë në lëvizje diskun e kompjuterit quhet ngasës i diskut (disk drive). Pra, disku i ngurtë është i vendosur në njësinë për diskun e ngurtë HDD – Hard Disk drive. Kompjuterët e sotëm mund të përdorin një ose më shumë ngasës të hard diskut. Hard disqet i mundësojnë kompjuterit që t’i ruajë informacionet kur ai çkyçet. Hard disqet u shpikën më vitin 1950. Ata ishin disqe të mëdha me diametër 20 inça dhe kapaciteti i tyre ishte vetëm disa megabajta dhe quheshin “disqe të fiksuara”. Më vonë e morrën emrin “hard disqe“. Shumica e ngasësve të hard diskut përmbajnë më shumë disqe, të quajtura platerë, të cilët janë vendosur vertikalisht përbrenda ngasësit. Hard disqet nuk dallohen shumë nga shiritat kasetor. Që të dy përdorin teknologjinë magnetike. Mediumi magnetik mundet lehtë të fshihet dhe shkruhet dhe do të “kujtojë” format rrjedhëse magnetike të vendosura në medium për shumë vite. Le të shohim dallimet e mëdha midis shiritave kasetor dhe hard disqeve:  Materiali inçizues magnetik te shiritat kasetor është shtresuar në një brez të hollë plastik. Te hard disku, materiali inçizues magnetik është shtresuar në një precizitet të lartë të aluminit ose qelqit. Plateri i hard diskut atëherë lustrohet si një pasqyrë e lëmuar.  Me një shirit, ne mund shpejt të shkojmë përpara dhe të kthehemi prapa për të marrë ndonjë pikë partikulare në shirit. Kjo mund të bëhet për disa minuta me një

58

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

59

shirit të gjatë. Te hard disku, ne mund të shkojmë të ndonjë pikë në sipërfaqen e diskut pothuaj menjëherë.  Në urën e shiritit kasetor, koka lexuese/shkruese prek direkt shiritin. Te hard disku, koka lexuese/shkruese “fluturon” mbi disk dhe asnjëherë nuk e prek diskun.  Shiriti në urën e shiritit kasetor luan mbi kokë rreth 2 inça (rreth 5.08 cm) për sekondë. Plateri i hard diskut mund të rrotullojë poshtë kokën me një shpejtësi 3000 inça për sekondë.  Informacioni në hard diskun është i vendosur në domene jashtëzakonisht të vogla në krahasim me shiritin kasetor. Madhësia e këtyre domeneve bëhet që të jetë sa më e saktë me platerin dhe shpejtësia sa e mediumit. Për shkak të këtyre dallimeve, një hard disk modern është i aftë që të mbajë një kapacitet shumë të madh të informacionit në një hapësirë të vogël. Hard disku mund t’i qaset këtij informacioni për një pjesë të sekondës. E dhëna ruhet në hard disk në formë të fajllave. Një fajll thjeshtë është i emëruar si një kolekcion i bajtave. Bajtat mund të jenë codi ASCII për karakterët në fajllat tekstual, ose ata mund të jenë instruksione të një programi aplikativ që e ekezekuton kompjuteri, ose rekorde për bazat e të dhënave, ose piksella për një GIF imazh. Pa marrë parasysh se çfarë përmban, një fajll është thjeshtë një string i bajtëve. Kur një program kryhet në kompjuter, kërkohet fajlli, hard disku i rikthen bajtat dhe i dërgon ata në procesor. Karakteristikat e diskut të fiksuar janë:  Kapaciteti i diskut i cili është prej disa GB.  Koha mesatare e kërkimit, koha prej momentit kur jepet adresa deri në momentin e pozicionimit të kokës në rradhën koncentrike ku fillon e dhëna që kërkohet dhe kjo kohë është e rendit milisekonda (10 deri 20 milisekonda).  Shpejtësia e bartjes së të dhënave, shpejtësia me të cilën njësia bashkë me kontrollerin i kthejnë të dhënat kompjuterit dhe kjo shpejtësi matet me MBps (5 deri 40 MBps).  Shpejtësia e rrotullimit të diskut të ngurtë e cila është mes 3600 deri 7200 rrotullime në minutë.

8.1.2. Vendosja e të dhënës E dhëna ruhet në sipërfaqen e platerit në sektorë (sectors) dhe rrathë (tracks). Rrathët janë rrathë koncentrik dhe sektorët janë pjesë – forma të ndara në rreth si në fig.15. Një rrath koncentrik është e paraqitur me ngjyrën e verdhë kurse sektori me të kaltër. Një sektor përmban një numër të fiksuar të bajtëve – psh 256 ose 512. Kurse te ngasësi ose niveli i sitemit operativ sektorët janë të grupuar së bashku në grumbull – clusters. Procesi i nivelit të ulët të formatimit të ngasësit vendos rrathët dhe sektorët në plater. Ky proces përgatit ngasësin që të mbajë blloqet e bajtëve. Kurse, niveli i lartë i formatimit shkruan strukturat e fajllit, si një tabelë e caktuar e fajllit, në sektorët. Ky proces përgatit ngasësin për mbajtjen e fajllave. Fig.15. Rrathët koncentrik dhe sektorët

8.1.3. Brendia e hard diskut 59

60

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Mënyra më e mirë që të kuptojmë se si punon një hard disk është që të shohim brendinë e tij. Në fig.16. është paraqitur një ngasës i hard diskut: Fig.16. Ngasësi i hard diskut

Fig.17. Pllakëza ku vendoset kontrolleri elektronik

Ai është një kuti e aluminit me kontroller elektronik të vendosur në njërën anë. Ky kontrollon mekanizmin e leximit/shkruarjes dhe motorin që i rrotullon platerët. Kontrolleri elektronik gjithashtu mbledh domenet magnetike në bajta në ngasës (procesi i leximit) dhe kthen bajtat në domene magnetike (procesi i shkruarjes). Kontrolleri elektronik është i vendosur në një pllakëz të veçantë nga pjesa tjetër e ngasësit (fig.17.). Poshtë pllakëzës janë lidhjet për motorin që i rrotullon platerët, si një dalje e filtruar që lejon ekualizimin e jashtëm dhe mbrendshëm të shtypjes së ajrit. Me heqjen e kapakut nga ngasësi zbulojmë një brendësi të thjeshtë por shumë precize (fig.18.). Fig.18. Brendia e hard diskut Pra, hard disku është i përbërë prej disa pllakave rrethore të aluminit që janë të përforcuara në bosht. Në njësinë për diskun e ngurtë, për çdo sipërfaqe të pllakave rrethore ekziston koka magnetike e cila bën shënimin dhe leximin e të dhënave. Kokat janë të përforcuara për një mekanizëm që bën zhvendosjen e tyre në pozitë prej periferisë kah qendra e pllakave. Pllakat rrotullohen me shpejtësi këndore konstante dhe kokat të cilat qëndrojnë në një distancë shumë të vogël mbi sipërfaqen e pllakave bëjnë leximin dhe shënimin e të dhënave. Për të ruajtur sa më shumë informata, hard disqet kanë shumë platera. Kemi ngasësin që ka tre platera dhe gjashtë koka lexuese/shkruese (fig.19. dhe fig.20.). Fig.19. Platerat

Fig.20. Kokat lexuese/shkruese

Mekanizmi që bën zhvendosjen e kokave është i shpejtë dhe preciz. Ai mund të konstruktohet duke përdorur një motor me shpejtësi të madhe lineare (fig.21.) Fig.21. Disku i ngurtë është shumë i ndieshëm në pluhur dhe lagështi. Nëse vjen deri te dëmtimi i ndonjërës nga sipërfaqet e pllakave të diskut preferohet që ai disk (bashkë me njësinë për diskun) të hiqet nga përdorimi për shkak të sigurisë së të dhënave të vendosura në diskun e fiksuar.

8.2. Disketa

60

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

61

Ngasësi i flopi diskut ( floppy disk drive ) - FDD është paisje periferale e cila mundëson shfrytëzimin e informacioneve të vendosura nëpër disqe fleksibile ose disketa. Disketa paraqet një mjedis magnetik i cili mund të shfrytëzohet për ruajtje aftagjate të informacioneve. Ngasësi i flopi diskut është zhvilluar nga Alen Shugart më vitin 1967 te IBM. Flopi i parë ishte 8 inça ku më vonë zhvillohet në disketë me 5.25 inça ku u përdor te kompjuteri i parë personal te IBM më gusht të vitit 1981. Disketa është e ngjajshme me shiritin kasetor:  Që të dy përdorin si material bazë një plastikë të hollë të lyer me shtresë okside. Kjo shtresë okside është nga materiali feromagnetik.  Mund të inçizojnë menjëherë informacione.  Mund të fshihen dhe prap të shkruhet në ata shumë herë.  Janë të lirë dhe të lehtë për përdorim. Mirëpo ata dallohen se disketa bën pjesë në ato mediume ku mund t’u qasemi direkt. Disketa përbëhet prej një pllake rrethore të materialit të butë, sipërfaqet e së cilës janë të lyera me material me veti magnetike. Pllaka është e vendosur në mbështjellë plastike në formë katrori, e cila njëherit edhe e mbron. Disketat vendosen në njësinë për disketë FDD ku gjendet mekanizmi për rrotullimin e pllakës dhe koka e leximit dhe shënimit. Koka magnetike lexuese/shkruese (fig.22.) lëviz nga skaji kah qendra e diskut të rrumbullakët dhe anasjelltas. Kjo mundëson që koka lexuese/shkruese për kohë shumë të shkurtër (disa milisekonda) të pozicionohet në të dhënën e dëshiruar. Disketa i ka gjurmët në formë të rrathëve koncetrikë (pozita e emulzionit magnetik), për dallim nga disku i gramafonit ku janë në formë të spirales. Fig.22. Koka lexuese/shkruese për cilëndo anë të disketës Mekanika e cila e udhëheqë kokën magnetike prej gjurmës në gjurmë quhet ngasës i diskut (disc drive) dhe është shumë preciz. Dobësitë e ngasësit të disketave është ndieshmëria e kokës së tyre magnetike në papastërtira. Në bazë të dimensioneve të disketave ekzistojnë dy lloje të disketave: 1. Disketat me diametër 3.5” (1” = 1 inç përafërsisht 2.54 cm), disketat e këtilla janë me kapacitet 720 KB (shenjën DS DD), 1.44 MB (DS HD) dhe 2.88 MB, disketat e këtilla quhen edhe mikrodisketa. 2. Disketat me diametër 5.25”, disketat e këtilla janë me kapacitet 360 KB (DS DD) dhe me kapacitet 1.2 MB (DS HD), disketat e këtilla quhen minidisketa. Disketat e formatit 3.5”/1.44 MB janë ende në përdorim ndërsa disketat e formatit 5.25” janë larguar nga përdorimi. Disketat duhet të mbrohen mirë nga pluhuri dhe lagështia. Ngasësit e disketave shfrytëzohen kryesisht për të futë informacionet në kompjuterë ose për t’i dërguar ato nga kompjuteri, duke bërë transferin e informacioneve në ose nga disketat. Shpeshehrë disketat përdoren për:

61

62

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

 Instalimin e programeve të reja, duke kopjuar programet nga disketa në hard disk.  Krijimi i kopjeve plotësuese të programeve ose të dhënave zakonisht bëhet duke i kopjuar ato nga hard disku në disketa. Në terminologjinë kompjuterike ky lloj kopjimi quhet bekap (backup). Kopjimi bekap përdoret gjithmonë kur kemi të bëjmë me shënime të rëndësishme, si p.sh. nëse jemi duke punuar në ndonjë punim diplome, punimin origjinal do ta krijojmë dhe ruajmë në hard disk, por mirë shtë që të bëhet edhe një ose më shumë kopje plotëusese në disketë, në rast të dëmtimit fizik të hard diskut.  Kopjet bekap janë shumë të dobishme të programet afariste, me ç’rast është mirë që të sigurohet kopja e të dhënave të afarizmit të ndërmarrjes çdo ditë, meqenëse këto të dhëna janë dinamike dhe ndryshojnë gjatë ditës punuese.  Arkivimin e të dhënave të cilat nuk shfrytëzohen rregullisht (dhe për të cilat nuk dëshirojmë që të zënë vend në hapësirën e hard diskut), por të cilat nuk dëshirojmë që t’i humbim.  Transferin (përcjelljen) e të dhënave nga hard disku i njërit kompjuter në tjetrin, duke kopjuar përmbajtjen e hard diskut të kompjuterit të parë në disa disketa dhe pastaj nga disketat në hard diskun e kompjuterit tjetër.

9. MEDIUMET OPTIKE 9.1. CD disqet Zhvillimi i vazhduar i teknologjisë mundësoi ndërtimin e mënyrës optike (laserike) të ruajtjes së informacionit. CD dhe DVD në ditët e sotshme hasen kudo. Pa marrë parasysh se përdoren për muzikë, të dhëna ose programe të kompjuterit, ata paraqesin një medium standard për vendosjen e sasisë shumë të madhe të të dhënave në hapësirë shumë të vogël, pra të dhënat shënohen me dendësi të madhe (reth 20 herë më dendur se te disqet magnetike), prandaj edhe kapaciteti është i madh. Kapaciteti total i të dhënave digjitale që mund të vendoset në një CD është 783 MB. Leximi dhe shënimi i të dhënave bëhet në princip optik më rreze laserike. Te PC kompjuterët përdoret disku optik i quajtur CD disku. CD-ja është një pjesë e thjeshtë plastike me trashësi rreth 4/100 në një inçi (1.2 mm). Shumica e CD-ve përbëhen nga një pjesë e plastikës polikarbonate. Gjatë prodhimit kjo shtresë e plastikës vuloset me goditje të organizuara si një e vetme, përgjatë një spiralje. Pasi formohet shtresa polikarbonate, një shtresë e hollë e aluminit vendoset në disk duke i mbuluar goditjet. Pastaj vendoset një shtresë për ta mbrojtur shtresën e aluminit dhe labeli vendoset mbi këtë shtresë. Një prerje e tërthortë e CD duket si në fig.23. Fig.23. Një prerje e tërthortë e CD

Fig. 24.

Kompakt disku është i organizuar krejtësisht ndryshe nga hard disku. Inçizimi është në forma të spirales (fig.24.) duke filluar prej qendrës kah periferija. I shikuar nën mikroskopin elektronik mund të shihen gropëzat (pit) në sipërfaqe (land). Këto gropëza krijojnë shiritn, i 62

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

63

cili është 50 herë më i hollë se flokët e njeriut. Sipërfaqja në të cilën gjenden gropëzat punohet nga materialet e ndryshme mirëpo karakteristikë të përbashkët kanë refleksionin. Në mes dy shtresave të plastikës së fortë gjendet pasqyra e profiluar ashtu që në vendet e caktuara ndërron fazën e valëve të dritës, gjë që i mundëson kokës optike që të “shndërrojë” gropëzat e sipërfaqes së rrafshët në sinjale digjitale. Fluksi laserik i gjerësisë 1.7 mikrometra, i cili e ndriçon sipërfaqen e pasqyrës emeton burimin të ngjajshëm me LED diodën (light emiting diode), nga e cila dallohet në atë se këtë burim e prodhon drita e vetëm një gjatësie valore në të njëjtën fazë (LED prodhon dritë nga më shumë gjatësi valore të ndryshme në faza të ndryshme). Është shumë e rëndësishme që këto kushte të jenë të plotësuara, sepse “errësimi” kur të haset në gropëz, realizohet për shkak të paraqitjes së interferencës negative. Thellësia e gropëzës është sa një e katërta e gjatësisë valore të rrezes së valës, prandaj faza e valës së reflektuar do të jetë e zhvendosur për 180 shkallë. Kjo gjë shkakton dobësimin e ndriçimit e cila vjen deri në foto celulë, edhe pse fluksi laserik përfshinë sipërfaqen më të madhe të gropëzës. Shpejtësia këndore rrotullohet nga 500 deri në 200 rrotullime në minut. Ekzistojnë CD – ROM ngasësit që njihen me emrin double speed, quad speed, etj ose që shënohen 2X, 4X, 8X, 10X, 16X, 24X,32X etj. Shejtësia mesatare e bartjes nga CD – ROM-ët klasik është rreth 360 KB/s. Ekzistojnë tre lloje të njësive për CD të cilat janë: CD – ROM njësia, CD – Read Only – Memory, CD – R njësia, CD – Recordable dhe njësia CD – RW CD – ReWritable. CD – ROM njësia bën vetëm leximin e CD-ve. Procesi i leximit të të dhënave nga CD – ROM-i bëhet kështu: futet CD – ROM-i në ngasës, të dhënat lexohen nga koka optike e cila kokë optike gjendet nën gropëzat “pits” të diskut dhe në fund laseri lexon të dhënat nga gropëza e ndriçuar. Fig.25. CD-ROM ngasësi

Fig.26. Predatori është një ngasës CD – RW nga Iomega

Duke shfrytëzuar softver adekuat ngasësi CD – ROM mund të shfrytëzohet si CD plejer, gjë që ofron mundësi të shkëlqyeshme për aplikim. Për këtë qëllim janë ndërtuar altoparlantë special të njohur si altoparlantë aktivë, të cilët reprodukojnë zë kualitativ me fuqi mjaft të madhe. Altoparlantët aktivë ndërlidhen në kartelën e zërit ose direkt në ngasësin e kompakt disqeve, por zëri nga kompjuteri reprodukohet në mënyrë shumë më kualtitative nga vetë kartela e zërit. CD – Recordable, njësia e cila mund të shënojë të dhëna në CD dhe pastaj CD-të mund vetëm të lexohen. CD – R punon duke bërë zëvendësimin e shtresës së aluminit me një ngjyrë organike. Kjo ngjyrë ka veti reflektive dhe kur laseri fokusohet në pozitën e caktuar nxehet deri në një temperaturë dhe kjo shkakton “djegjen” e ngjyrës dhe shkaktohet errësimi. Nëse ne dëshirojmë që të kthejmë të dhënën që e shkrojtëm në CD – R, laseri zhvendoset prapa dhe mendon se djegja e pozitës është një gropëz. Problemi është se ne mundemi vetëm njëherë të shkruajmë të dhënën në CD – R. Pasi ngjyra të digjet në pozitën e caktuar nuk mund më të ndryshohet. 63

64

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

CD – ReWritable njësia e cila mund më tepërherë të shënojë dhe të fshijë të dhënat në CD. Këtu bëhet kristalizimi dhe dekristalizimi. Për t’i pasur këto veti CD – RW ngasësit ofrojnë tre mundësi laserike:  Read – reflektohet dritë në paisjen elektronike.  Erase – laseri vendos temperaturën e nevojshme për kristalizim.  Write – laseri vendos temperaturën e nevojshme për dekristalizim. Dhe duke bërë kristalizimin dhe dekristalizimin në këto njësi mund më tepër herë të shënohen të dhënat dhe të fshihen.

9.2. DVD disku DVD (Digital Versatile Disc) disku i shumëanshëm digjital është disk optik i zbuluar në fund të vitit 1997. Formati i këtyre disqeve është i njëjtë me formatin e kompakt disqeve me ndryshim se kapaciteti i DVD disqeve është rreth 7 herë më i madh se i kompakt disqeve standarde. Në anën tjetër DVD ngasësi mund të bënë vendosjen dyshtresore të të dhënave dhe disqet DVD mund të jenë të dyanshëm, gjë që kapacitetin e zgjeron deri në 17 GB. Përveç hapësirës DVD disku paraqet mjedis ideal për kombinim të fotografisë dhe të zërit të kualitetit shumë të lartë dhe është kompatibil (i përshtatur) me paisjet e mëparshëme në bazë të CD-ve. Pra kompakt disqet do të lexohen edhe në DVD ngasës. Qëllimi kryesor i ndërtimit të paisjes DVD ka qenë distribucioni i filmit. DVD, duke iu falenderuar natyrës digjitale dhe të mënyrës së funksionimit ofron mjedis jetëgjatë dhe të sigurt të kualitetit shumë të lartë. Filmat e prodhuar në DVD disqe mund të kopjohen pa kufizim të caktuar dhe pa humbje të kualitetit, edhe pse prodhuesit e tyre kanë instaluar shumë pengesa për kopjim të paautorizuar të DVD disqeve origjinale. Filmi tipik me shpicat e nevojshme zgjatë rreth 135 minuta. Me ndihmën e kompresimit të të dhënave të këtilla, harxhohen rreth 3500 KB për sekondë, gjatë të cilit kanalet stereo harxhojnë edhe 284 KB për sekondë shtesë. Edhe DVD disku është i përbërë nga disa shtresa plastike ngajshëm si te CD- ja. Laseri te DVD ngasësi shfrytëzon dritën me gjatësi më të vogla valore dhe për shkak të kësaj është në gjendje që të lexojë inçizimet më të dendura. Mbi shtresën e argjendtë e cila përdoret në CD-të e zakonshme është shtuar edhe shtresa gjysëm-transparente e arit dhe të dhënat mund të vendosen shumë dendur njëra afër tjetrës, gjatë të cilit rast gjatë leximit shtresa nga e cila lexohet zgjedhet me anë të ndryshimit të fuqisë së laserit. Në anën tjetër, meqenëse shfrytëzohet teknologjia e leximit me laser, atëherë ka mbetur edhe përshtatja me inçizimet ekzistuese në CD-ROM disqe. Fig 27. Një DVD disk

Fig. 28. Tipet e DVD diskut

Shpejtësia e leximit të DVD-ROM ngasësve të disqeve me një shpejtësi (single) është përafërsisht e barabartë me shpejtësinë e ngasësit të CD-ROM disqeve me njëzet shpejtësi

64

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

65

(20X) dhe shpejtësia mesatare e bartjes është përafërsisht 3000 KB/s me kohë mesatare të kërkimit 100 ms. Në fig.27. është paraqitur një DVD disk, kurse ne fig.28. është paraqitur një prerje e tërthortë e tipeve të ndryshëm të DVD diskut.

Siç shihet nga figura ekzistojnë: DVD i njëanshëm me një shtresë me kapacitetin (4.7 GB). DVD i njëanshëm me dy shtresa me kapacitet (8.5 GB) dhe DVD i dyanshëm me dy shtresa me kapacitet (17 GB).

9.3. Mediumi i të dhënave

 

DVD mund të ruajë më shumë të dhëna se CD-ja për disa arësye: Dendësia e lartë e mediumit të të dhënave.  Hapësira më e madhe. Mediumet shumë shtresore.

Dendësia e lartë e mediumit të të dhënave:- DVD e njëanshëm dhe njështresor mund të mbajnë rreth 7 herë më shumë të dhëna se sa CD-ja. Kjo vjen nga fakti se gropëzat dhe gjurmët te DVD-ja janë më të vogla. Karakteristikat T o n i

CD

DVD

1600 nanometra

740 nanometra

830 nanometra

400 nanometra

830 nanometra

440 nanometra

i g j u r m ë s

Gjatësia minimale e gropëzës (DVD njështresor) Gjatësia minimale e gropëzës (DVD dyshtresor)

Le të shohim idenë se si munden të vendosen aq shumë të dhëna në DVD. Shtresa e gjurmës është 2.16 herë më e vogël dhe gjatësia minimale e gropëzës për DVD e njëanshëmnjështresor është 2.08 herë më e vogël se te CD-ja. Duke i shumëzuar këto dy numra gjejmë se kemi rreth 4.5 herë gjurmë më shumë te DVD.

65

66

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Hapësira më e madhe:- në një CD ka ekstra informacione të koduara në disk të cilët bëjnë gjetjen dhe rregullimin e gabimeve. Skema e cila përdoret te CD-ja është më e vjetër dhe më pak efikase në krahasim me metodën e cila përdoret te DVD. Te DVD nuk harxhohet aq shumë hapësirë për gabimin dhe rregullimin e tij, kjo bën të mundur vendosjen e më shumë informacioneve reale. Mediumet shumë shtresore:- për të rritur edhe më shumë kapacitetin, DVD mund të kenë katër shtresa, nga dy në secilën anë. Laseri që e lexon diskun mund të fokusohet në shtresën e dytë nëpërmjet shtresës së parë. Ja një listë të kapaciteteve të formave të ndryshme të DVD:

Formati

Kapaciteti

Zgjatja e filmit

Një anësor/një shtresor

4.38 GB

2 orë

Një anësor/dy shtresor

7.95 GB

4 orë

Dy anësor/një shtresor

8.75 GB

4.5 orë

Dy anësor/dy shtresor

17 GB

8 orë

Ne mund të pyetemi se pse nuk dyfishohet kapaciteti i DVD diskut kur shtojmë një shtresë të dytë në disk. Kjo është kështu pasi kur disku bëhet me dy shtresa gropëzat janë shumë të vogla në krahasim me ato te disku me një shtresë. Kjo ndihmon të largohet interferenca midis shtresave e cila interferencë do të shkaktonte gabime gjatë lëshimit të diskut. Për leximin e këtyre disqeve ekziston njësia e posaçme. Këta disqe nuk mund të lexohen në njësinë e CD disqeve të rëndomta. Ngjajshëm sikurse njësitë për shënimin e të dhënave në CD ekzistojnë edhe njësitë për shënimin e të dhënave në DVD dhe atë DVD-R e cila njësi në DVD shënon të dhëna vetëm njëherë dhe DVD-RAM njësia e cila shënon dhe fshin disa herë të dhënat në DVD. Shpejtësia e leximit dhe shënimit të të dhënave është shumfish i shpejtësisë bazë e cila është 1350 KB/sec.

10. SI DO TË PUNOJË MEMORIA HOLOGRAFIKE? Paisjet të cilat shfrytëzojnë dritën për vendosjen dhe leximin e të dhënave kanë qenë mbështetje e mediumeve të të dhënave rreth dy dekada. Për ruajtjen e një kapaciteti të madh të të dhënave më vitin 1980 paraqiten kompakt disqet-CD. Më vitin 1997 paraqitet një verzion i përmirsuar i CD-ve që quhet DVD, i cili DVD është i aftë që të mbajë një film të gjatë në një disk të vetëm. CD-të dhe DVD-të janë mediumet e para që mund të përdoren për muzikë, programe dhe video. Një CD mund të vendos 783 megabajt të të dhënave, e cila është ekuivalente me rreth 1 orë e 15 minuta muzikë, por firma Sony ka plane të realizojë një CD me kapacitet të lartë 1.3 66

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

67

GB. DVD-të e dyanshme dhe me dy shtresa mund të vendosin rreth 17 GB të dhëna e cila është rreth 8 orë film. Me qëllim të rritjes së kapacitetit të memories, shkencëtarët sot punojnë në një metodë të re optike e cila quhet memorie holografike – holographic memory, memorie tredimenzionale e cila do shfrytëzojë vëllim për inçizimin e mediumit për ruajtje në vend të hapësirës së sipërfaqes. Në paisjen me memorie holografike, një rreze e laserit është e ndarë në dy rreze dhe dy rrezet rezultante bashkëveprojnë në një medium të kristaltë për të vendosur një rekreacion hologarfik të një faqeje të të dhënës. Memoria hologarfike (tredimensionale) ka mundësi të vendosë 1 terrabajt (TB) shënime në një kristal me madhësi shumë të vogël, përafërsisht sa kokrra e sheqerit. Një terabajt është sa 1024 GB ose 1 milion megabajt ose 1 trilion bajta. Ja komponentet kryesore që nevojiten për një sistem me memorie hologarfike HDSS hologarphic data storage system: -

Një laser argon i kaltërt-gjelbërt

-

Një ndarës për të ndarë rrezen e laserit

-

Pasqyrë të drejtojë rrezen e laserit

-

LCD (modulator hapësinor me dritë)

-

Thjerrëz të fokusojë rrezen e laserit

-

Kristal të litiumit-niobat

-

Kamera CCD (charge – coupled device)

Këto dy dijagrame tregojnë se si informata vendoset dhe lexohet në sitemin hologarfik Kur laseri është i ndezur, ndarësi i rrezes krijon dy rreze. Njëra quhet objekti ose rreze sinjale - signal beam e cila shkon drejt, kërcen nëpër dritare dhe udhëton nëpër një SLM SLM është një LCD – Liquid Cristal Display (ekrani me kristal të lëngët) që paraqet faqet e të dhënës binare si një kuti e errët dhe e fshier. Informacioni nga faqja e kodit binar bartet nga rrezja sinjale rreth kristalit të litiumit. Rrezja e dytë quhet rreze referente – reference beam, dhe ajo merr kahje tjetër shkon drejt te kristali. Kur takohen të dy rrezet modeli interferent që është krijuar vendos të dhënën e bartur nga rrezja sinjale në hapësirë specifike të kristalit – e dhëna është vendosur si një hologram. Një përparësi e memories hologarfike është se e dhëna hyrëse mund të gjendet shpejt. Kur dëshirojmë të gjejmë dhe rekonstruktojmë faqen holografike të të dhënës të vendosur në kristal rrezja referente ndriçohet në kristal në kënd të njëjtë sikurse këndi hyrës kur vendoset e dhëna në këtë faqe. Secila faqe e së dhënës është vendosur në hapësira të ndryshme të kristalit me kënd të njëjtë të rrezes referente kur e qëllon kristalin. Gjatë rekonstruktimit, rrezja do zbërthehet nga kristali dhe do lejoj rekreacionin e faqes origjinale që është vendosur. Kjo faqe e rekonstruktuar lëshohet në CCD kamera e cila interpreton dhe dërgon informacionin digjital në kompjuter. 67

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

68

Çelësi i këtij sitemi është te këndi i rrezes referente kur duhet të gjindet e dhëna e vendosur, pra kur të lexohet e dhëna. Duhet që këndi të jetë i saktë sa këndi i të dhënës origjinale. Një diferencë qoftë edhe sa e milionta pjesë e milimetrit do shkaktojë gabim në leximin e të dhënës. Me ndihmën e kësaj metode do realizohen DVD me kapacitet rreth 27 herë më shumë se DVD e sotshëm me kapacitet 4.7 GB dhe DVD plejer do kenë shpejtësi rreth 25 herë më të shpejtë se DVD plejerët e sotshëm.

LITERATURA “ How Computer Memory Works ”

1. by Jeff Tyson

“ How Caching Works ”

2. by Guy Provost

“ How RAM Works ”

3. by Jeff Tyson

“ How Virtual Memory Works ”

4. by Jeff Tyson

“ How ROM Works ”

5. by Jeff Tyson

“ How Removable Storage Works ”

6. by Jeff Tyson

“ How Flash Memory Works ”

7. by Jeff Tyson

“ How Hard Disks Works ”

8. by Marshall Brain

“ How Floppy Disk Drives Works ”

9. by Gary Brown

“ How CDs Works ”

10. by Marshall Brain

“ How DVDs and DVD Players Works ”

11. by Karim Nice

“ How Holographic Memory Will Work ”

12. by Kevin Bonsor

“ Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve ”

13. Dr.Edmond Beqiri

68

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

69

Kreu II Sistemet multiprocesorike

Kompjuteri është pajisje elektronike shumë e ndërlikuar që shërben për regjistrimin, transmetimin dhe përpunimin e informative që mund të manifestohen si llogaritje, udhëheqje të proceseve, përpunim i tekstit, të dhënave të ndryshme si dhe për përdorime më të përgjithshme. Procesori si pjesë kryesore e kompjuterit është një tërësi e qarqeve të integruara elektronike (chip). Ai paraqet “trurin e kompjuterit”. Përpunimi i të dhënave, mbikqyrja dhe harmonizimi i veprimeve të sistemit janë detyrat themelore të procesorit. Duke pasur parasysh se sistemet multiprocesorike dita-ditës përdoren më shumë dhe vazhdimisht paraqiten zgjedhje të reja arkitekturale të kompjuterëve të këtillë, në vazhdim do ti trajtojmë disa zgjedhje universale principiele të arkitekturës së sistemit kompjuterik. Sistemet multiprocesorike dita-ditës përdoren më shumë dhe vazhdimisht paraqiten zgjedhje të reja arkitekturale të kompjuterëve të këtillë. Për këtë arsye në vijim do ti trajtojmë disa zgjedhje universale principiele të arkitekturës së sistemit multiprocesorik.

1.1. Struktura funksionale e sistemit multiprocesorik Multiprocesorët në kuptim të gjërë mund t’i përshkruajmë si kompjuterë me shumë procesorë, të cilët në mes veti komunikojnë dhe bashkëpunojnë në nivele të ndryshme, për shkak të zgjidhjes së problemit të dhënë. Komunikimi mund të kryhet me ndihmën e dërgimit të mesazhit në mes peocesorit ose ndarjes së përbashkët të memories. Ekzistojnë ngjashmëri të caktuara ndërmjet sistemit multiprocesorik dhe atij multikompjuterik, me kusht që këta të dy, të kenë për qëllim përkrahjen konkurrente të operacioneve në sistem. Gjithashtu ekzistojnë edhe ndryshime të rëndësishme të cilat bazohen në mënyrën e ndarjes së resurseve dhe kooperimit të zgjidhjes së problemit. Sistemi multikompjuterik përbëhet prej disa kompjuterëve të ndarë (autonom), të cilët munden, por nuk obligohen, të komunikojnë në mes veti. Karakteristikat kryesore të tyre janë: - njësia ose niveli i interaksionit ndërmjet dy kompjuterëve është fajlli ose bashkësia komplete e shënimeve; - ekzistojnë dy ose më shumë sisteme operative të njëjta dhe plotësisht të ndara të cilat pavarësisht udhëheqen me sistemin përkatës kompjuterik. Për dallim nga sistemi multikompjuterik, sistemet multiprocesorike munden të definohen si në vijim: - multiprocesori përmban dy apo më shumë procesorë përafërsisht me karakteristika të njëjta: - të gjithë procesorët shfrytëzojnë qasjen në memorie të përbashkët, - të gjithë procesorët në njëfarë mënyre shfrytëzojnë të njëjtat pajisje h/d, - i tërë sistemi është nën kontroll të një sistemi operativ, i cili siguron interaksionin në mes të procesorit dhe programit të tyre në nivel të punës, detyrës (TASK), rregullimit të bashkësisë së hapit (procedura), bashkësisë së shënimeve dhe elementeve të shënimeve. Ekzistojnë principielisht dy modele të ndryshme të arkitekturës së sistemit multiprocesorik: sistemet multiprocesorike me lidhje të fortë dhe me lidhje të dobët (Tightly Coupled and Loosely Coupled Multiprocessor).

69

70

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Multiprocesorët me lidhje të fortë komunikimin e kryejnë me ndihmën e ndarjes së memories së përbashkët, ndërsa shpejtësia me të cilën shënimet barten përmes procesorit është në nivel të shpejtësisë së hyrjes së memories. Secilit procesor i është shoqëruar memoria e vogël lokale ose kesh-memoria. Gjithashtu, secili procesor mund të qaset në cilindo modul të memories, ashtu që të ekzistoj lidhshmëri e plotë e memories dhe procesorit(COMPLETE CONNECTIVITY). Ajo realizohet ose me ndihmën e rrjetit bashkëkomunikues(INTERCONNECTION NETWORK)në mes procesorit dhe memories ose me ndihmën e shumë hyrjeve të memories. Njëri nga faktorët e kufizuar të zgjerimit të sistemit me lidhje të forte është paraqitja e ballafaqimeve të memories (MEMORY CONTENTION), për shkak të qasjes së njëkohshme në njërin lokacion memorik të shumë procesorëve. Faktori tjetër i cili ndikon në performansat e këtyre sistemeve është vet rrjeti ndërlidhës. Për dallim nga sistemi me lidhje të forte sistemet multiprocesorike me lidhje të dobët nuk kanë asnjë nga karakteristikat e cekua.

1.2. Sistemet multiprocesorike me lidhje të dobët Për dallim nga sistemi multiprocesorik me lidhje të fortë, çdo procesor në sistemin multiprocesorik me lidhje të dobët ka të shoqëruar bashkësinë personale të pajisjeve h/d dhe memorien e madhe lokale, prej nga përmbledh gati të gjithë instruksionet dhe shënimet. Shpeshherë procesori që përmban pajisjet h/d dhe memorien quhet moduli kompjuterik. Proceset që kryhen në modulet e ndryshme kompjuterike, komunikojnë me ndihmën e mesazheve shndërruese, dhe atë përmes sistemit për bartjen e mesazhit MTS (MESSAGETRANSFER SYSTEM ). Sistemet e këtilla akoma thirren sisteme shpërndarëse. Faktori i cili cakton se sistemi multiprocesorik cilës klasë i takon është topologjia e sistemit komunikues për bartjen e mesazhit. Sistemet me lidhje të dobët janë të përshtatshëm për zbatim, sepse çdo rritje e interaksionit krijon rënien e performansave të këtij sistemi. Në fig. 5. 1. është paraqitur shembulli i një moduli kompjuterik johierarkik i sistemit multiprocesorik me lidhje të dobët. Ai përbëhet nga procesori (P), memoria lokale (ML), pajisja lokale hyrëse-dalëse (h/d) dhe nga ndërlidhësi për lidhje me modulet tjera CAS (CHANNEL AND ARBITER SWITCH). Ndërlidhësi përmban kanalin dhe ndërlidhësi arbitrues.

Memorja lokale ( LM ) Procesori (P)

H/D

Zgjedhja lokale

Kanali dhe ndërlidhësi arbitrues

Fig. 19 Moduli kompjuterik

70

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

71

Fig. 2. ilustron lidhjen në mes të modulit kompjuterik dhe sistemit për bartjen e mesazhit. Nëse dy apo më shumë module kompjuterike të njëjta kërkojnë hyrjen fizike të segmentit MTS-a, e ka për detyrë, që në përshtatje me disiplinën e ndërtuar servisuese, të zgjedh vetëm një. Gjithashtu ai duhet të bëjë kërkesat tjera simultante derisa kërkesa e zgjedhur nuk përmbushet. Kanali në kornizën CAS mund t’a ketë memorien komunikuese të shpejtë për baferimin e blloqeve bartëse të mesazheve dhe atij mund t’i qasen të gjithë procesorët. Duke pasur parasysh përparësitë teknologjike të VSLI-së, moduli kompjuterik mund të jetë i integruar në një chip dhe ashtu shfrytëzohet në ndërtimin e këtij tipi të sistemit multiprocesorik.

71

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

72

Moduli kompjuterik 0

Moduli kompjuterik N-1 ML

ML

H/D

H/D P

P

CAS

CAS

Sistemi per bartjen e mesazhit ( MTS )

Fig. 20 Sistemi multiprocesorik me lidhje të dobët

Sistemi për bartjen e mesazheve johierarkike të sistemit me lidhje të dobët mund të jetë ndarje kohore e mbledhësve ose sistem i ndarë i memories. Memoria e ndarë mund të jetë e implementuar si bashkësi e moduleve të memories me rrjetin ndërlidhës që i takon ose si rrjet me shumë hyrje. Tek rrjeti me shumë hyrje logjika arbitrare dhe seleksionuese e ndërlidhësit është e distribuar me module të memorieve. Sistemi për bartjen e mesazheve MTS është njëri ndër faktorët më të rëndësishëm të cilët caktojnë performansat e këtyre sistemeve mult iprocesorike. Te sistemet me lidhje të dobët me memorie të përbashkët performansat janë të përkufizuara me numrin e mesazheve të cilat barten, me gjatësi të tyre dhe kapacitetit të vet mbledhësit. Ballafaqimet rreth qasjes së mbledhësit rriten me numra të ndërlidhura të moduleve kompjuterike. Te sistemet me lidhje të dobët me memorie të ndarë faktori kufizues është në ballafaqim me memorien e faktorizuar me rrjetin ndërlidhës Memoria komunikuese, gjithashtu, mund të jetë e centralizuar dhe e kyçur në bashkësinë e ndarë kohore ose të jetë pjesë e ndarë e memories së sistemit. Konceptialisht, komunikimi i memories distributive ose e centralizuar mund të shqyrtohet sikurse të përbëhet nga disa qasje logjike, me anë të së cilave procesorët i qasen memories. Proceset (detyrat) mund të komunikojnë me procese tjera të alocuara në të njëjtin apo në ndonjë procesor tjetër. Seciës detyrë i është shoqëruar hyrja e cila gjendet në memorien lokale në të cilin është ai i alocuar.

72

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

73

b2 b1

Procesi hyres i portave

Procesori 2 Porti hyres Memorja e perbashket per komunikimin e hyrjeve

P1

P2 Procesori 1 porti hyres

Fig. 21 Komunikimi në mes procesorëve

Secili mesazh të cilin ndonjë detyrë e dërgon drejtohet në hyrje të detyrës së caktuar, ashtu që komunikimi në mes detyrave të alocuara në të njëjtin procesor zhvillohet vetëm përmes memories locale. Komunikimi në mes të detyrave të alocuara në procese të ndryshme zhvillohet me ndihmën e portave të komunikimit në memoriet komunikuese. Secilit procesor i është shoqëruar një port komunikues si hyrje e tij. Struktura logjike e komunikimit në mes detyrës është paraqitur në paraqitur në fig. 3. Procesi i alocuar në procesorin P1 vendos të dhënat në portin hyrës të detyrës tjetër të procesorit të njëjtë, siç është ilustruar me shigjetën a. Shigjeta b paraqet bartjen e të dhënave në mes dy procesorëve dhe ajo kryhet në dy hapa. Shigjeta b1 paraqet bartjen e të dhënave në portin hyrës të procesorit P2, derisa shigjeta b2 paraqet bartjen e të dhënave nga porti hyrës deri në porosinë e caktuar. Sistemet multiprocesorike me lidhje të dobët më shpesh organizohen në organizatat hierarkikeme numrin e caktuar të moduleve kompjuterike në të gjitha nivelet. Këto organizime quhen CLUSTER ORGANIZIME. Shembull klasik të këtyre organizimeve është Cm*.

1.3. Sistemet multiprocesorike me lidhje të fortë Për shkak të ndryshimeve të mëdha kohore të bartësve të të dhënave, depërtueshmëria në hierarkinë e sistemeve me lidhje të dobët për disa përdorime mund të jetë shumë e ulët. Për këtë në këto raste patjetër duhet të shfrytëzohen sistemet me lidhje të fortë. Njëri nga ta është paraqitur në fig. 5. 4. Modeli përbëhet nga procesori ( p ), moduli i memories ( l ), dhe kanalit hyrës-dalës ( d ). Të gjitha këto njësi janë të lidhura me ndihmën e mbledhësit prej tri rrjetave ndërlidhëse:  PMIN-rrjeti ndërlidhës i memories procesorike;  IOPIN-rrjeti ndërlidhës procesorik h/d;  ISIN-rrjeti ndërlidhës sinjalit të ndërprerë. Ndërlidhësi PMIN mund ta lidh secilin procesor me secilin modul të memories. . Tipikish, ndërlidhësi është p me l krosbar i cili ka pl bashkësi të pikave të kryqëzuara (CROSSPOINT). 73

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

74

Bashkësia e pikave të kryqëzuara për memoriet çift të procesit kyç (n+k) pika të kryqëzuara, ku n paraqet gjerësinë e adresës në kuadër të modulit, ndërsa k paraqet gjerësinë e shënimit të rrugës. Për p dhe l të madh çmimi i krosbarit mund të dominoj në çmimin e përgjithshëm të këtij sistemi multiprocesorik.

ISIN

I O P I N

Procesori P1

0

MM

U L M

Kanali H/D d-1

0 Pajisjet

U L M MM

PMIN

0

I-1

Module memorike të ndara

Fig. 22 Multiprocesori me lidhje të fortë

Nëse krosbar ndërlidhësi distribuon ndërmjet modulit memorik, fitohet memoria me shumë hyrje, mirëpo kompleksi i saj është ngjashëm me krosbarin. Alternativisht, PMIN mund të jetë ndonjë tipi i rrjetave shumë nivelëshe për të cilat më vonë do të flasim. ISIN

I O P I N

Procesori P1

0

MM

U L M

U L M

Kanali H/D d-1

0 Pajisjet

MM

74

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

PC

PC

75

Kesh- memoria private

PMIN

DMA

DMA

Module memorike rrjedhëse të ndara

Fig. 23 Multiprocesori me lidhje të fortë me kesh memorien private

Secili modul memorik mund të kryej një kërkesë në njësi të kohës. Nëse dy apo më shumë procesorë tentojnë të hyjnë në modulin e njëjtë memorik për kohën e ciklit të një memorie vie deri te konflikti rreth qasjes. Ata duhet t’i realizoj PMIN-i, ndërsa mund të kenë edhe mundësinë e regjistrimit të shënimeve të një procesori në më shumë memorie të modulit (BROADCASTING). Për zvogëlimin e një numri të madh të konflikteve, më së shpeshti janë l dhe p të njëjtë. Metoda e dytë për zvogëlimin e konfliktit të memories është shoqërimi i hapësirës së rezervuar memorike secilit procesor. Kjo është memoria lokale jo e pasqyruar (ULM). Në atë janë të vendosura pjesë të kodit ekzekutiv dhe tabelat sistemit operativ të cilat më së shpeshti shfrytëzohen. P. sh. nëse çdo procesor është i multiprogramuar, atëherë gjendja e procesit e cila bllokohet mund të mbahet mend (të ruhet) në ULM. Me këtë zvogëlohet qarkullimi në PMIN dhe mundësia e ardhjes së konfliktit. Në organizimin multiprocesorik të paraqitur në fig. 4. secili procesor mund të qaset në secilin lokacion memorik, çka mund të shkaktoj konflikte të memories. Duke u bazuar në atë se të gjitha referimet e memorieve kryhen me ndihmën e PMIN-it, vie deri te vonesa për të cilin rritet cikli i instruksionit të procesit, e me këtë zvogëlohet depërtueshmëria e sistemit. Kjo vonesë mund të zvolëlohet me futjen e kesh-memorieve të cilat duhet të sigurojnë që pjesa më e madhe e referimit të memories së procesorit të shkoj përmes tyre. Përkrah kësaj kesh-memoriet zvogëlojnë qarkullimin përmes rrjetit. Organizimi multiprocesorik me kesh-memoriet private është paraqitur në fig. 5.

Memorja

KROSBAR NDËRLIDHJA

Procesori 75

76

IOP

IOP

Kanali H/D

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Kanali H/D

Kanali H/D

pajisja pajisja Fig. 24 Sistemi asimetrik h/d

Mirëpo, organizimet e këtilla sjellin problemin konsistent të keshit, sepse në sisteme të këtilla mund të ekzistojnë më shumë se një kopje jo konsistente të shënimeve në sistem. Në fig. 5. secilit procesor i është shoqëruar moduli i cili drejton referimin e memories, pavarësisht se a gjendet në kesh-memorie apo në memorien kryesore. Rrjeti ISIN mundëson që secili procesor t’a dërgojë sinjalin e ndërprerjes cilitdo procesori tjetër. Në atë mënyrë realizohet sinkronizimi ndërmjet procesit; mund të shfrytëzohet edhe për sinjalizim jo të rregullt. Procesori jo i rregullt mundet përmes këtij rrjeti të dërgojë të dhënat, gjithë procesorëve tjerë që kanë zbuluar parregullësinë dhe ashtu t’ju lajmërojë statusin e vet. Gjithashtu, ky rrjet mundëson komunikimin e procesorit dhe kanalit h/d. Kompleksi i rrjetit ISIN mund të jetë ndarje kohore prej bashkësisë së mbledhësit, e deri te rrjeti hyrës i kompleksit krosbar. Bashkësia e procesorëve në sistemin multiprocesorik mund të jetë homogjen ose heterogjen. Në sistemet homogjene të gjithë procesorët funksionalisht janë të njëjtë, derisa në atë heterogjen ata mund të jenë asimetrik. Kjo do të thotë se dy njësi funksionale identike mund të dallojnë në ndonjë dimension, siç janë : mundësitë qasjet h/d, performansat, siguria (mbështetshmëria) etj. Në shumë raste simetria ose asimetria e sistemit multiprocesorik është transparente për proceset shfrytëzuese. Ajo është e rëndësishme nga pikëpamja e sistemit operativ, e në veçanti të asaj pjese e cila i rendit proceset dhe balancon ngarkesat. ASIMETRIA HYRËSE-DALËSE. Asimetria ndërmjet procesorëve mind të zgjerohet edhe në pajisjet h/d dhe atë veçanërisht në mënyrën e ndërlidhjes me procesorët. Rrjeta IOPIN e cila ka mundësi për lidhje të plotë (secili me secilin) shpesh është shumë e shtrejtë dhe për këtë arsye ndërtohet sistemi me shkallë të lartë asimetrik të nënsistemit h/d. Memorja

76

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

77

KROSBAR NDËRLIDHJA 1

2

P

Procesori jo i rregullt

Procesori

IOP1

IOP2

Fig. 25 Njëra nga mënyrat e rritjes së mbështetjes asimetrike të

IOPk

nënsistemit h/d

Te struktura plotësisht simetrike josaktësia e ndonjë procesori nuk ndikon në mundësinë e qasjes së pajisjeve në procesorin tjetër. Tesistemet asimetrike pajisjet e lidhura në procesorin jot ë saktë mbesin jo të përshtatura ( kuptueshme) (nedostupni) me gjithë procesorët tjerë, çka pjesërisht mund të dominoj me vendosjen e lidhjes rezultuese (redundantnih), është paraqitur në fig. 5. 7. Në këtë shembull IOP1 mund të qaset me ndihmën e procesorit p kur punon procesori 1. Ky dispozicion është paguar me shtimin e arbitracionit logjik, i nevojshëm për shumëfishimin e rrugëve. 1.4. Karakteristikat procesorike për multiprocesim Deri më tani shumica e multiprocesorëve kanë qenë të përbërë prej procesorëve të cilët nuk kanë qenë të dizajnuara për arkitekturën multiprocesorike. Njëra nga ndryshimet është perioda e shkurtër e zhvillimit (trajtimit) të sistemeve të këtilla. Në të ardhmen duhet të presim zhvillim të procesorëve të dedikuara (caktuara)special me sistemet multiprocesorike. Për këtë arsye në vazhdim të tekstit janë dhënë karakteristikat themelore të cilat duhet ti kenë procesorët, që puna në sistemin multiprocesorik të jetë efikas. 1. Përtëritja e procesit. - Arkitektura e procesorit multiprocesorik duhet të ketë parasite se procesori dhe procesi janë dy koncepte (enitete) të ndryshme. Nëse procesori bllokon për shkak të ndonjë pengese, duhet që në njëfarë mënyre të mundësojmë që ndonjë procesor tjetër të vazhdoj kryerjen e procesit i cili në atë është kryer, sepse pa atë nuk mund të paramendohet niveli përkatës i mbështetjes(sigurisë). Shumica e procesorëve momentalisht gjendjen e procesit (ato të cilat kryhen) e “mbajnë” në regjistrin e brendshëm, të cilave procesorët e jashtëm nuk mund ti qasen dhe kopjet e të cilave në rast të paraqitjes së pasaktësisë nuk gjenden të ruajtura në memorie. me rrjedhjen e teknologjisë mund të realizohet ajo që regjistrat asnjëherë të caktuar të jenë të ndarë, e kjo do të thotë se nuk ndikon në shpejtësinë e procesorit. Me anë të kësaj mund të formohet regjistri i datotekës, në të cilin të gjithë procesorët do të mund të qaseshin, me çka do të mund të plotësonin kërkesën e parashtruar. 2. Ndërrimi efikas i kontekstit -Ndryshim tjetër për formimin e regjistrave ndarës të përgjithshëm është se shumë regjistra të datotekës mund të shfrytëzohen në procesorin multiprogramues. Për shfrytëzim të efektshëm është i nevojshëm që procesori të përmbaj më tepër se njërin nga domenet adresore dhe të mundësoj operacionin e ndërrimit të domeneve apo kontekstit(ndërrimin e procesit në të cilat punon procesori). Operacionet e këtilla kërkojnë 77

78

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

operacione ekstenzive në vargje dhe shtigje. Operacioni i ndërrimit të kontekstit përfshinë ruajtjen e gjendjes së procesit të rrjedhur dhe leximi i gjendjes të procesit të zgjedhur nga rendi i procesit të pregaditur. Gjendja e procesit është caktuar me gjendjen e regjistrit procesorik. 2 Janë të mundur dy domene, dhe atë domeni kontrollues dhe shfrytëzues. Procesi shfrytëzues mund të komunikojë me sistemin operativ duke aplikuar mekanizma sigurues të instruksioneve të quajtur kontrollues (SCV). Është e mundur që të krijohen instruksione speciale për ndërrim efikas të kontekstit3. Përfundimi i instruksionit CEJ rezulton në ruajtjen e gjendjes së procesit aktiv dhe me mbushjen (plotësimin) e regjistrave me gjendje të njëjtë të procesit, të cilat ndodhen në njërën fushë të memories kryesore. Kjo fushë quhet EXCHANGE PACKAGE. Pas sigurimit të mjaftueshëm të numrave të bashkësisë së regjistrave ndërrimi i detyrës mundet efikas të realizohet vetëm me ndryshimin e përmbajtjes së regjistrit të procesit të kaluar CPR (CURRENT PROCESS REGISTER), të cilët shërbejnë si tregues në bashkësi të regjistrave që mbajnë gjendjen e procesit (fig. 8. ), dhe atë çdoherë në atë bashkësi kur në atë moment është i nevojshëm.

Procesori REGJISTRI I PROCESIT AKTIV

Zëvëndësimi i kontekstit

BASHKËSITË E SHUMFISHTA TË REGJISTRAVE Fig. 26 Zëvëndësimi i kontekstit në procesor me bashkësitë e shumfishta të regjistrave 3. Hapësira e madhe fizike dhe virtuale e adresës. - Procesorët që do ti shfrytëzonim në konstruktimin e mesëm dhe të madh të miltiprocesorëve asnjëherë të caktuar, duhet të përmbajnë hapësirë adresore të madhe. Edhe atëherë kur algoritmi është i dekomponuar në shumë pjesë të vogla të kodeve (proceseve), ata shpeshherë duhet të qasen me sasira të mëdha të detyrave. Përkrahë hapësirës adresore fizikisht të madhe, është e nevojshme edhe hapësira adresore virtuele e madhe. Nëse është e mundur, hapësira adresore virtuele duhet të jetë e segmentuar për shkak të sigurimit të ndarjes së modulatorëve dhe vërtetimit të kufijve të adresave, me çka sigurojnë mbrojtjen e memories dhe sigurinë softverike. P.sh. procesorët e 2

Shembull i procesorit me domene të shumëfishuara është IBM 370/168 Shembull i instruksionit të këtillë është centrali EXCHANGE JUMP (CEJ) i procesorit Cyber-170, i cili ka bashkësi të shumëfishtë të regjistrave 3

78

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

79

shfrytëzuar në ndërtimin S-1 të sistemit multiprocesorik kanë memorie virtuele prej 2 Gigabajt dhe 4 Gigafjalë të memories fizike (1 fjalë ka 32 bita). 4. Sinkronizimet primitive efektive - çdo processor i dizajnuar duhet të siguroj ndonjë implementim të operacioneve të pandashme, që shërben si bazë për sinkronizime primitive. Këto sinkronizime primitive kërkojnë mekanizma efikas për vendosjen ndërprerjes së ndërsjellët e cila është e nevojshme kur dy apo më shumë procese konkurrente kryhen dhe në të njëjtën kohë duhet të ndahen shënimet (të dhënat). Mekanizmat e ndërprerjes së ndërsjellët nënkuptojnë ndonjë formë të read-modify-write të ciklit memorik dhe drejtimit të rendeve. Njëri prej këtyre mekanizmave është janë semaforët. Çdo semafor ka rend të shoqëruar në të cilat pregatiten kërkesat të cilat presin në azhurimin e ndryshoreve të semaforit. Operacionet semaforike kërkojnë operacione të pandashme, të cilat realizohen me ndihmën e read-modifywrite të ciklit memorik. Manipulimet me rendin e shoqëruar të semaforit, gjithashtu kërkojnë operacione të pandara. Disa instruksione që shfrytëzohen për implementimin e ndërprerjes së ndërsjellët janë test-and-set dhe compare-and-swap. 5. Mekanizmat komunikues ndërprocesorik - Bashkësia e procesorëve që gjenden në multiprocessor duhet të ketë ndonjë formë efikase ndërmjet proceseve komunikuese, e cila duhet të jetë e implementuar në hardverin e vet. Kjo është veçanërisht e rëndësishme në sistemet asimetrike, ku në mes të procesorëve shpesh paraqiten kërkesat për servisim. Mekanizmat ndërmjet proceseve hardverike mund të shërbejnë efektivisht edhe për sinkronizimin në mes të proceseve. P. sh. këta mekanizma mund të shfrytëzohen në rast të pasaktësisë së procesoritqë me inicimin e sinjalit hardverik t’ju lajmërojë të gjithë procesorëve tjerë funksional. Duke marrë parasysh se procesorët në sistemet me lidhje të fortë ndajnë memorien, është i mundur komunikimi ndërmjet procesorëve në formë softverike, pa mekanizmin hardverik eksplicit. Kjo metodë nuk është efikase, sepse çdo processor duhet periodikisht të lexojë shënimin e baferit të tij (MAILBOX) për të përcaktuar se a ka ndonjë shënim të këtillë për ate. Te sistemet me numër të madh të procesorëve, koha që humbet në këtë mënyrë duhet të jetë e rëndësishme4. Është e mundur që dy apo më shumë processor njëkohësisht ti qasen rrugës së përbashkët të mekanizmave ndërprocesorik. Për këtë arsye duhet siguruar kërkesat arbitrare, ashtu që procesorët, kërkesat e të cilave nuk janë plotësuar (ata të cilët presin për tu liruar rruga) duhet të kenë në vete të ndërtuar ndonjë formë të gjendje së pritjes apo mekanizëm për pezullimin e procesit i cili kryhet (mbaron). 6. Bashkësia e instruksioneve- Bashkësia e instruksioneve të procesit duhet të ketë mundësi përkatëse për implementimin e gjuhës në nivel të lartë. Gjuhët e implementuara në nivele të larta duhet të sigurojnë konkurrencë efektive në nivel të procedures dhe manipulim efikas me strukturën e shënimeve. Kjo do të thotë se duhet të ekzistojnë instruksione ndihmëse të cilat lehtë realizojnë: lidhjen e procedures, konstruktimin e nyjeve, manipulimin me parametra, llogaritjen multidimensionale të indeksit dhe kontrollit të adresës. Përveç kësaj, duhet të ekzistojnë instruksione për krijimin dhe terminimin e rrugëve paralele të kryera në kuadër të programit. Për këtë arsye është e dëshirueshme bashkësia e plotë e modeve të adresuara. Numëruesit hardverikë dhe ora reale e kohës janë të nevojshëm për gjenerimin të emërimit të veçantë të procesit (procesi identifikues), derisa sinjali për kohën e mbaruar (time-out) është i nevojshëm për udhëheqje me procese. Këta numërues kohor mund të shfrytëzohen për detektimin e shumë gabimeve në sistem. P. sh. Njehësori kohor së bashku me resurse të rëndësishme tregon se sa gjatë ai është i zënë dhe se kjo kohë a e kalon kufirin e lejueshëm.

4

Shembuj të sistemeve me komunikim hardverik ndërprocesorik janë IBM 370/168 MP, Cmmp, Cray X-MP

79

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

80

Kreu II 2. Rrjetat ndërlidhëse te sistemet multiprocesorike Karakteristika principiele e sistemit multiprocesorik është mundësia e çdo procesori që të ndajë ndonjë bashkësi të modulit të memories kryesore të pajisjeve H/D ( hyrëse/dalëse). Kjo mundësi e ndarjes nxjerret përmes dy bashkësive të rrjetave ndërlidhëse: Një bashkësi është ndërmjet procesorit dhe modulit memorik kurse tjetra ndërmjet procesorit dhe nënsistemit H/D. Ekzistojnë shumë ndryshime në definimin e tipit të rrjetave të cilat mund të përdorën për realizimin e rrjetave ndërlidhëse. Në tekstin e mëtejmë janë dhënë katër organizime themelore.

2.1. Ndarja kohore ose mbledhësi i përbashkët Rrjeta ndërlidhëse më e thjeshtë për organizime multiprocesorike është rruga lidhëse e përbashkët për të gjitha njësitë funksionale. Shembulli i një multiprocesori të tillë është dhënë në figurën. 9. Rruga e përbashkët shpesh quhet ndarje kohore ose mbledhësi përbashkët. Kjo rrjetë ndërlidhëse është shpesh, totalisht pasive, përkatësisht ajo nuk ka asnjë komponente aktive. Me operacionin e bartjes dirigjohen dhëmbët e mbledhësit të njësisë punuese dhe mbajtëse. Duke pasur parasysh atë se mbledhësi është burim i ndarjes, duhet të ekzistojë një mekanizëm për zgjedhjen e konflikteve. PROCESORI H/D

PROCESORI H/D

PROCESORI

MODULI MEMORIK

MODULI MEMORIK

PROCESORI

Fig. 27. Organizimi multiprocesorik njëzbarrësh

Metoda e zgjidhjes së konfliktit përfshin prioritetet statike ose fikse, rreshtat FIFO dhe lidhjen rrethore(daisy chaining). Kontrolluesi i centralizuar i zbarrës ose arbitrar, duke pasur parasysh mënyrën e thjeshtë të zgjidhjes së problemeve(konflikteve), mund të ndikojë negativisht në mbajtjen dhe fleksibilitetin e sistemit. Njësia e cila dëshiron të inicojë bartjen (procesorë ose H/D) duhet së pari të përcaktoj statusin e mundshëm të zbarrës, e pastaj të adresojë njësinë e caktuar ashtu që të përcaktojë kapacitetin e saj për pranimin e të dhënave. Gjithashtu, dërgohet komanda me të cilën njësia përcaktuese njoftohet se çka duhet të bëjë me të dhënat, e vetëm pas kësaj inicohet bartja e të dhënave. Njësia përcaktuese e njeh adresën e vet në zbarrë dhe përgjigjet në sinjalet dirigjuese të dërguesit. Ky koncept, paraqet operacionin në zbarrë. Shembulli i përmendjes më të shpeshtë të zbarrave në literaturë është zbarra e përbashkët e ndarë në kohë e kompjuterit PDF-11(UNIBUS). Kjo ka 56 linja sinjalizuese, të ndara në tri grupe, dhe atë: linja sinjalizuese, linja adresuese dhe linja e të dhënave. Ekzisojnë 5 linja sinjalizuese për kërkimin e zbarrave (bus request), dhe atë në katër nivele të përparësisë. Njëkohësisht të njëjtat sinjale i shfrytëzon destinacioni edhe si sinjale alarmuese (për 80

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

81

tëheqje të vëmendjes) (attention). Ndarja e burimeve dhe e destinacionit bëhet në mënyrë dinamike. Kur lajmërohet kërkesa për zbarrën dhe pranohet zbarra komplet i ndahet asaj të cilës i pranohet kërkesa dhe këtë gjithnjë deri sa ajo mos t’a lirojë. Për çdo sinjal kërkesa për zbarrën eshte sinjali korrespondues për ndarjen e zbarrës(bua grant). Funksioni i këtyre sinjaleve do të shpjegohet më vonë. Edhepse organizimi njëzbarrësh është i sigurtë dhe relativisht i lirë, ky organizim komponentën e njëfisht kritike e vë në sistem, e kjo mund të shkaktoje heqje totale nga sistemi (në rast të dështimit të ndonjë mekanizmi në pajisjet e zbarrës). Me këtë, ekspansioni i sistemit ndihmon në shtimin e shumë procesorëve ose modularëve memorues u rritet numri i konfliktëve për zbarrë, çka zvogëlon lëshueshmërinë e përgjithshme sistmatike dhe rritë logjikën e arbitrazhit. Lëshueshmëria e përgjithshme sistematike, është e kufizuar me lëshueshmërinë dhe shpejtësinë e vetëm një rruge lidhëse, gjegjësisht zbarrën. Për këtë shkak memoriet private dhe pajisjet H/D mund të rrisin përformansat totale. Teknikat ndërlidhëse të cilat i mbijetojnë këto dobësi bartin komplikueshmërinë shtesë në tërë sistemin. Me shtrirjen e organizimit me rrugë të njëfishtë në dy rrugë njëkahëshe (siç është prezentuar në figurën. vijuese) zgjidhen disa prej problemeve që i përmendëm, dhe atë pa arritje të dukshme të kompleksivitetit të sistemit ose zvoglim të sigurisë. Megjithatë një bartje e të dhënave më së shpeshti kërkon përdorimin e të dy zbarrave ashtu që në realitet nuk është një e arritur e madhe.

Modifikat ori i zbarrës

Drejtuesi logjik

Procesori

Procesori

Njësia memorues

Pajisjet H/D

Fig. 28. Multiprocesori me zbarrë njëkahëshe

Hapi i ardhshëm në mbijetimin e faktorëve kufizues të strukturave nje zbarrëshe, është sigurimi i zbarrave dykahëshe të shumëfishta ( siç është treguar ne figurën e mëposhtme, që të mundësohet bartja simultante e shumëfishtë. Kjo zgjedhje mjaftë e rritë kompleksitetin e sistemit dhe sistemi ndërlidhës bëhet pjesë aktive e sistemit. Një numër i sistemeve kompjuterike, siq janë Tandem-16 dhe Pluribus, shfrytëzojnë ndarjen kohore të zbarrës së përbashkët. Në parim, ky tip i organizimit të sistemeve, është i mundshëm dhe i ndryshueshëm për sistemet e vogla multiprocesorike. Duke marrë parasysh rritjen dhe shpejtësinë e njësive që janë të kyçura në zbarrë si dhe rezultatet në ndërrimet e teknologjisë dhe destinimet, zbarra mund të ngarkohet shumë. Së bashku më të, zbarra duhet të përmbajë edhe njësine e përformansave e me këtë edhe gjithë sistemin. Ekzistojnë disa faktorë të cilët ndikojnë në karakteristikat dhe përformansat e zbarrës. Ata përfshijnë: nje numër të njësive aktive në zbarrë, algoritimi arbitrar i zbarrës, dirigjimi i centralizuar ose i decentralizuar, madhësia e të dhënave, sinkronizimi i bartjes të të dhënave dhe detektimi i gabimeve. Do të sqarohen disa algoritma arbitrar të zbarrës të cilët dirigjohen në zbarrë nga ana njësive të kyqura në të.

81

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

82

H/D0

M0

H/D1

M1

P0

M2

P1

P2

Fig. 29. Organizimi multiprocesorik shumëzbarrësh

Teknologjia e çastit ( shpejtësia e çastit ) kërkon algoritme relativisht të thjeshta për arbitrazh mbledhës. Këto algoritme më së shpeshti interpretohen në hardverë dhe lejojnë që arbitrazhi të përputhet me bartjen paraprake. Pason një përshkrim i shkurtër: a) ALGORITMI PRIORITAR STATIK - Shumica e zbarrave digjitale të cilat sot përdorën, shoqerohen e një prioritet statik të njësive që janë të kyçura në të. Kur shumë njësi njëkohësisht kërkojnë përdorimin e zbarrës, atëherë ajo ia ndan asaj e cila ka më së shumti prioritet. Kjo më së shpeshti realizohet duke përdorur teknikën e cila quhet lidhja rrethore dhe në të cilën prioriteti statik vendoset në vendin e njësisë në vijën e zbarrës në të cilin bëhet ndarja e saj. Njësia e cila është fizikisht më së afërmi arbitrit të zbarrës ka më së shumti prioritet (figura 6. 4 ). Kërkesat për zbarrën bëhen përmes vijës së përbashkët BRQ (BUS_REQUEST). Arbitri i zbarrës propagon sinjalin e vertetuar BGT (BUS GRANT) nëse sinjali i vertetuar SACK ( SELECTION ACKNOWLEDGE) tregon që zbarra është e lirë. Njësia e cila e para i pranon sinjalet e vertetuara BGT, kurse ka bërë kërkesë për zbarrën, ndalon propagimin e saj të mëtejmë. Me këtë vendoset indikatori i nxemjes së zbarrës në arbitrin e zbarrës dhe njësia merr dirigjimin mbi zbarrën. Kur kryhet bartja ajo reseton indikatorin e nxemjes së zbarrës në arbitrin e zbarrës dhe pranohet BGT i ri, nëse ekziston 5.

Njesia per dirigjim me zbarren

5

Moduli 1

Moduli 2

Moduli 3

Kjo qasje përdoret tek zbarrat UNIBUS dhe tek aplikacionet e themeluara në mikroprocesorin MC68000

82

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

83

ZBARRA Fig. 30. Implementimi statik i lidhjes rrethore

b) ALGORITMI I SEKTORËVE KOHOR FIKS – Algoritmi shpesh i perdorur për arbitër të zbarrës ndan lëshueshmërinë që e posedon zbarra në sektor kohor të gjatesise fikse të cilat i japin pjesërisht çdo njësie në menyren ROUND-ROBIN. Nëse njësia e thirrur nuk ka asgjë për bartje në sektorin e ndarë kohor, ai mbetet i pashfrytëzuar për çdo njësi të kyçur. Kjo teknikë quhet sektor kohor fiks ( FTS ) ose multipjekësimi i ndarë kohor ( TMD ) dhe shfrytëzohet në Digital’S. Parallel Communications Link. Kjo teknik, shpesh, shfrytezohet te zbarra sinkrone te ajo tek te cilat te gjitha njesite sinkronizuese ndihmojne gjeneratorin e perbashket (CLOCK). Shërbimi i çdo njësie për pjesëmarrje në zbarrë në teknikën FTS nuk varet prej pozicionit të njësisë ose identitetit në zbarrë. Të gjitha bashkësitë m të një sektori kohor m fitojnë të njejtin sektor kohor e kjo teknikë quhet simetrike. Algoritmi abitrazh I zbarrës simetrike optimizon të gjitha kërkesat për zbarrën pasi që nuk ka përparësi e gjithashtu ofron vonesë të kufizuar kohore për zbarrën. Kur shkëmbimi më zbarrën nuk është I madh atëherë FTS metoda ka devijim më të madh standard nga të gjitha vonesat kohore të cilat ekzistojnë në orga. Statike. c) ALGORITMI I PRIORITETIT DINAMIK -Mundëson karakteristika të mira të algoritmit simetrik, siç janë sektori kohor fiks, por pa vonesë të madhe. Njësive u bashkohen prioritetet e thjeshta dhe iu mundësohet kyçja në zbarrë, por prioritetet dinamike ndërrojnë ashtu që, çdo njësi të ketë rastin që zbarra të ndahet. Nëse algoritmi i përdorur ndërron prioritetet e njësive individuale atëherë balancohet lëshueshmëria sistematike e kërkesave të zbarrës. Së bashku me të, përdorimi i prioriteteve e mund joefikasitetin e padukshëm në teknikat me sektor kohor fiks. Dy algoritma për ndërrim dinamik të prioriteteve të njësive janë : i fundit i përdorur LRU (least recently used) dhe rotacioni i lidhjes rrethore RDS (ROTATING DAISY CHAIN). Algoritmi i fundit i përdorur jep më së shumti prioritet njësisë e cila kërkon zbarrën, e nuk e ka shfrytëzuar pë një interval më të gjatë kohor. Kjo realizohet me rritjen e prioritetit pas çdo cikli të zbarrës. mekanizmi tjetër prioritar dinamik gjeneralizon implementimin e prioritetit static të lidhjes rrethore tek të cilat të gjitha njësitë kanë prioritet të thjeshtë statik në krahasim me vendin fizik të lidhjes në linjë për vërtetimin e ndarjeve të zbarrës(bus-grant line). Në teknikën RDS nuk ekziston arbitri qëndror; linja për vërtetimin e ndarjes së zbarrës është e lidhur nga njësitë e fundit në të parën me ç’rast krijohet përzierja e mbyllur (figura vijuese).

Moduli 1

Moduli 2

Moduli 3 ARBITRI PARCIAL I ZBARRËS

BGT 83

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

84

SACK BRQ

ZBARRA Fig. 31. Implementimi i lidhjes rrethore rotative

Cilado njësi që ka fituar zbarrën bëhet arbiter për arbitrimin e mëtejmë. Prioritet i çdo njësie, për ndonjë arbitrim, është i caktuar me largësinë e tij përgjatë linjës për vërtetimin e ndarjes së zbarrës, dhe atë nga çasti i arbitrit të zbarrës, pasiqë më i largëti e ka prioritetin më të ulët. Me këtë prioriteti i çdo cikli ndçrrohet duke pasur parasysh se arbitri udhëton nga një njësi në tjetrën. Ndërrimi i prioritetit është siç shihet dinamike në kuptimin e plotë të fjalës. d) FCFS ALGORITMI (first come first served)-Në teknikën fcfs kërkesat për zbarrën bëhen sipas prioritetit të rradhës. Kjo teknikë e përdorimit është simetrike duke pasur parasysh se të gjitha këto njësi janë të barabarta. Është treguar se në kushtet e ndarjes fikse kohore të resurseve qëndrore (koha fikse e ciklit të zbarrës në këtë rast ) fcfs ka më së paku kohë mesatare të mundshme të vonesës dhe devijimin standard më të vogël nga të gjitha vonesat kohore. Në raport me këto dy kritere, ky organizim paraqet optimum për algoritëm të logjikës arbitrare. Megjithatë fcfs është i rëndë për realizim për më së paku dy arsye. Cilido implementim i fcfs-së duhet të sigurojë mekanizmin e mbajtjes mend të rradhitjes së kërkesës për zbarrën. Ëdhe më I rëndësishëm është fakti që gjithmonë është e mundshme që dy kërkesa të zbarrës të arrijnë brenda kufirit të vogël kohor ashtu që renditja e tyre nuk mund të kryhet korrekt. Për këtë arsye implementimi mundet vetëm përafërsisht të realizoj sjelljen e fcfs-së. Pa marrë parasysh vështirësitë e lartëpërmendura në realizim nevojitet që të maten performansat e fcfssë si indikator i performansave më të mira të mundshme të cilat algoritmi i zbarrës mund ti siguroj.

njësia për

Moduli

Moduli

1

2

Moduli m

dirigjimin Log i m linjave

e zbarrës

ZBARRA

84

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

85

Fig. 32. Implementimi i teknikës së thirrjes

Moduli

Njësia për dirigjimin e

BGT 1 BRQ 1

1

Moduli

Moduli

2

m

BGT 2

BRQ 2

BGT m BRQ m SACK

zbarrës

ZBARRA

Fig. 33. Implementimi i teknikës së kërkesave të pavarura

Dy teknikat tjera që shfrytëzohen për algoritëm të dirigjimit të zbarrës janë ftesa (polling ) dhe kërkesat e pavarura. Në algoritmet që shfrytëzojnë thirrjen e sinjalit të vërtetimit të ndarjes së mbledhësit (BGT) të implemetimit statik daisy të ndërlidhjes unazore është zëvëndësuar me bashkësinë (log2m) të linjave të ndërlidhjes, ashtu siç është treguar në fig. 14. Bashkësia e linjave për thirrje është e lidhur në çdo njësi. Për kohën e ciklit të zbarrës skanon njësitë me ndihmën e adresave në linjat për thirrje. Kur njësia D1, e cila kërkon kyçjen, e njeh adresën e vet, ajo e vendos linjën SACK (SELECTION ACKNOWLEDGE) për shkak të indikimit të nxënies së zbarrës. Arbitri i zbarrës ia vërteton njësisë ndarjen e zbarrës duke e ndërprerë procesin e thirrjes dhe D1 e fiton zbarrën. Përparësia e linjës është e përcaktuar me pozitën e saj në çastin e thirrjes. Në teknikën e kërkesave të pavarura, linjat e posaçme të kërkesave për zbarrën (BRQ 1) dhe linjat e vërtetimit të ndarjes së zbarrës janë të lidhura për çdo njësie (siç është treguar në fig. 15.). Kjo teknikë mundëson implementimin LRU, FCFS dhe të algoritmeve tjera. 2.2. Krosbari- lidhja dhe memoria me shumë hyrje Nëse numri i zbarrave të ndara rritet, vie deri te gjendja në të cilën mundësohet krijimi i rrugës së veçantë deri te çdo njësi memoruese (siç është paraqitur në fig. e mëposhtme ). Ky rrjet ndërlidhës quhet krosbari i pabllokuar ose thjesht krosbar.

85

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

86

M0

M1

Mm-1

P0 H/D0

Pp-1 H/Dd1

Fig. 34. Organizimi i multiprocesorit me lidhje krosbar

Karakteristika e rëndësishme e sistemit e bazuar në në ndërlidhjen matricore krosbar është thjeshtësia ekstreme për lidhjen në mes të njësive dhe ndërlidhësit si dhe mundësinë e përmbajtjes së bartjes simulante për të gjitha njësitë memoruese. Për shkak të sigurimit të përmendur, mundësitë kryesore hardverike duhet të realizohen në ndërlidhësit. Ato duhet që në çdo ndërlidhës të dirigjojnë bartjen dhe ti zgjidhin problemet e pjesëmarrjes së modulit njëjtë memorues, e i cili mund të ndodhë në të njëjtin cikël memorues. Këto kërkesa të konflikteve më së shpeshti zgjidhen sipas prioriteteve të dhëna më herët. Rezultati i kyçjes së këtyre mundësive në ndërlidhës është shumë i komplikuar si hardver. Edhe pse integrimi i nivelit të lartë (VLSI) mund të zvogëloj madhësinë e ndërlidhësit, kjo ka pak ndikim në ndërlikueshmërinë e tij. Në krosbar-ndërlidhës apo në njësinë me shumë hyrje konflikti ndodh atëherë kur “takohen” dy ose më shumë kërkesa konkurente në të njëjtën njësi të caktuar. nëse nënkuptohet se ka 16 njësi destinuese (module memoruese ) dhe 16 burime (procesor ) implementimi i përshkruar mund të përdoret edhe për lidhjen e procesorit me nënsistemet hyrëse-dalëse (H/D).

86

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

87

Shënimet RD/WR Adresa

/ n / 2 / m

Shënimet Moduli multiplekser

RD/WR

prej procesit 0-15

Adresa

Moduli

udhëheqja /

memorik

4 Mundësitë e memories

REQ 0 ACK 0 Moduli arbitrar

REQ 1 ACK 1

REQ 15 ACK 15

Fig. 35. Organizimi funksional i ndërlidhësit

Fig. E mësipërme tregon shembullin e dizajnit funksional të krosbar-ndërlidhësit ose memorie me shumë hyrje me një modul. Ndërlidhësi përbëhet prej modulit arbitrar dhe multiprocesorik. Secili procesor gjeneron kërkesa për memorien (REQ) dhe këtë në modulin arbitrar që e zgjedh procesori. Selektimi kryhet me ndihmën e dekoderit prioritar. Moduli arbitrar kthen sinjalin (ACK) vetëm procesorëve të zgjedhur. Me rastin e pranimit të sinjalit vërtetues (pohues) (ACK) procesori inicon operimin e vet memorues. Moduli multiplekser multiplekson të dhënat, adreson lokacionet në kuadër të memorieve dhe kontrollon sinjalet nga procesori deri te memoria, me përdorimin e 16 në 1 (një) multiplekser. Për tërë këtë kohë multiplekseri dirigjohet me ndihmën e një numri të zgjedhur të procesorëve të dekoduar. Ky kod gjenerohet me ndihmën e dekoderit prioritar në modulin arbitrar. Kjo skemë është shfrytëzuar në implementimin e ndërlidhësit processor-memorie në multiplrksorin CMMP i cili ka pasur 16 procesor dhe 16 module memoruese. Ndërlidhësi përbëhet prej 16 bashkësive të pikave ndërlidhëse nga një procesorike (processor port ) deri te 16 hyrje memorike (memory port) dhe 16 bashkësive tjera të pikave ndërlidhëse nga një hyrje memoruese deri te 16 hyrje procesorike. Teorikisht ekspansioni i sistemit është kufizuar vetëm me madhësinë e matrices ndërlidhëse e cila zakonisht mund të zgjerohet si modul në kuadër të dizajnimit fillestar ose kufizimeve tjera inxhinierike.

M0

M1

M2 87

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

88

Fig. 36. Organizimi krosbar i sistemit të gjithmbarshëm

Për shkak të sigurimit të fleksibilitetit të nevojshëm në kyçjen(pristupa) e pajisjeve H/D, ky koncept i kyçjes mund të zgjerohet me kyçëse të ngjashme në anën e pajisjeve H/D pas procesorëve H/D ose kanaleve (siç është paraqitur në fig. e mësimpërme). Hardveri i nevojshëm për implementim është shumë i ndryshueshëm, por jo edhe aq i ndërlikuar pasi që kontrolluesit dhe pajisjet janë të dizajnuara që të njohin adresat e veta të thjeshta. Efekti është i njëjtë sikur të ekzistoj zbarra primare e cila i bashkohet çdo kanali H/D dhe ndërmbledhësit pë çdo kontrollues ose pajisje. Organizimi krosbar i multiprocesorit ka potencial për lëshueshmëri dhe efikasitet më të madh sistematik. Për shkak të kompleksivitetit dhe çmimit të vet, ai për shumë sisteme mult iprocesorike nuk duhet të jep çdoherë raportin më të mirë çmim/efektivitet. Përmbajtja e kyçësve është gjithashtu problematike, por mund të përmirësohet me segmentimin dhe redundancën në kuadër të kyçësit. Nëse udhëheqja, ndërlidhja dhe algoritmi priorotar arbitrues, i cili është i shpërndarë në tërë matricën krosbar, i referohet interfejsit të modulit memorues fitohet sistemi me memorie me shumë hyrje (figura vijuese). Ky organizim sistematik është shumë i mire për sisteme njëprocesorike dhe për sisteme shumëprocesorike (multiprocesorike).

P0

M0

P1

M1

U/I0

M2

M3

U/I1

88

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

89

Fig. 37. Organizimi memorues me shumë hyrje

Metoda e cila zhvillohet për zgjidhjen e konfliktit të qasjes së memories është ndarja e prioriteteve secilit port të memories. Sistemi gjetë instalimit konfiguriohet shut që të figurojë qasjen prioritare përketëse një numri të madh të njësive memoruese, dhe këtë për çdo bjësi funksionale (fig. 20). Përveç që kanë prioritete të ndryshme të gjitha hyrjet memoruese janë të njëjta në kuptimin elektrik dhe operacional. Në realitet hyrjet paraqiten si një varg i vendeve kyçëse identike të cilët nuk dallojnë se çka në fakt është kyçur tek ta. Fleksibiliteti imundshëm në konfigurimin e sistemit sjell shënimin e disa pjesëve të memories si memorie private të ndonjë procesori. Pajisjet H/D ose ndonjë kombinim (siç është treguar në fig. 21). Në fig modulet memoruese M0 dhe M3 janë module private të procesorit P0 dhe P1. Ky tip i organizimit sistematik mund të ketë përparësi definitive në rritjen e mbrojtjes nga kyçja e paamortizuar dhe mund të lejohet memorimi i rutinave të ndreqjes (recovery rutine) në vendet e memories e cila nuk mund të modifikohet nga procesorët tjerë. Problemi i këtij organizimi sistematik është në rastin e dështimit të procesorit kur nuk ekziston mënyra që ndonjë processor tjetër të vij deri te informatat statutare me qëllim të vazhdimit të punës së procesorit që është dëmtuar. Sistemi i organizimit memorues me shumë hyrje përmban edhe qasje jobllokuese në memorie, nëse është përdorur topologjia e lidhjeve të përgjithshme. Duke pasur parasysh se çdo qasje e fjalës në memorie është operacion i veçantë, ajo lejon kyçjen e konceptit të mbimbulimit (interleaving) dhe atë të njërit apo më shumë procesorëve.

P0

0

1

P1

0

M0 2

1

0

M1

3

2

U/I0

3

1

0

M2 2

1

M3

3

2

3

U/I1 Fig. 38. Organizimi i memories me shumë hyrje me prioritete

P0

P1

89

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

90

M1

M0

U/I0

M2

M3

U/I1 Fig. 39. Organizimi i memories me shumë hyrje me memorie private

Megjithate, në organizimet multiprocesorike adaptimet mund ti ulin performansat e memories dhe ate me rritjen e konfliktit në hyrje të emories. Konflikti na vie si pasojë kur të gjithë procesorët adresojnë tërë memorien. Është shumë vështirë të vihet në përfundim, drejtë, se a është krosbari apo organizimi memorues me shumë hyrje (podesnija) për organizime multiprocesorike të mëdha nga të tjerët. Mungesa e kyçësit me çmim të pranueshëm dhe performansa është njëra prej arsyeve që kanë pamundësuar zhvillimin e sistemeve të mëdha multiprocesorike. çmimi i lartë i kyçësve mund të tejkalohet nëse përdoren kyçësit që kanë numër të kufizuar të prmutacioneve të mundshme. Në kapitullin e ardhshëm janë dhënë disa tipe të rrjetave për multiprocessor. Këto rrjeta janë shumë më të lira se i tërë krosbari ose memoriet me shumë hyrje. Këto janë modulare dhe të thjeshta për dirigjim (upravljanje), çka mundësojnë ekspansionin incremental dhe dëshirën për pritje. Krahasimet e tri organizimeve multiprocesorike të thjeshta janë dhënë në tabelën e mëposhtme.

Multiprocesorët me ndarje kohore të zbarrës së përbashkët: 1. çmimi më i vogël i përgjithshëm edhe për hardver e softver dhe komplikueshmëria më e vogël. 2. është shumë i lehtë dhe i thjeshtë modifikimi i organizimit hardverik i sistemit dhe atë me shtim të thjeshtë ose nxjerrjen e njësive funksionale. 3. Organizimi i përgjithshëm i sistemit është i kufizuar me ciklin e zbarrës. Gabimi në zbarrë është katastrofal për sistemin e gjithmbarshëm. 4. Efikasiteti sistematik është më i ulët për të tri llojet e sistemit. 5. Ky organizim në realitet është më i përshtatshëm për sisteme të vogla. Multiprocesori me kyçëse krosbar: 90

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve 1. 2. 3.

4.

5.

6.

91

Është sistemi më i komplikuar i rrjetave. Ekziston mundësia për arritje optimale të shpejtësisë së bartjes. Njësitë funksionale janë më të thjeshta dhe më të lira ashtu që e tërë logjika e nevojshme qëndron në kyçëse. Nga aspekti i raportit çmimi/efektiviteti, për arsye se në matricën kyçëse mund të kyçen të gjitha njësitë, është e përshtatashme vetëm për organizime multiprocesorike. Zgjerimi i sistemit (me shtimin e njësive të reja) rrit performansat e përgjithshme. Ekziston potencial më i madh për efikasitet sistematik siç është ekspansioni sistematik pa riprogramim të sistemit operativ. Teorikisht, ekspansioni i sistemit është i kufizuar vetëm me madhësinë e matrices kyçëse e cila mund të zgjerohet në mënyrë modulare në kuadër të dizajnimit fillestar ose kufijve tjerë inxhinjerik. IneSiguria e kyçjes, e me këtë edhe i tërë sistemit, mund të rritet me ndihmën e segmentimit ose rendundancës në kuadër të ndërlidhësit.

Multiprocesorët me memorie me shumë hyrje: 1. Kërkojnë njësi memoruese më të shtrejta, duke pasur parasysh atë se udhëheqja dhe lidhja janë të kyçura në të. 2. Karakteristikat e njësive funksionale lejohen ashtu që prej tyre mund të ndërtohet një procesor që kushton relativisht lirë. 3. Ekziston potenciali për bartje të mëdha në nivel të sistemit të përgjithshëm. 4. Madhësia dhe opcionet e mundshme të konfigurimit janë të caktuara me numrin dhe tipin e kyçjeve memoruese që i kemi në disponim. Ky vendim bihet relativisht herët, në fazën e dizajnimit të sistemit, dhe ajo më nuk mund të ndërrohet. 5. Është i nevojshëm një numër i madh i kabllove dhe korrektorëve. Nga tabela vijmë në përfundim se organizimi i rrjetave ndërlidhëse është i lidhur ngushtë me arkitekturën e sistemit si tërësi. Mbetet ajo që këto lidhje të jenë të kryera sipas standardeve. Kështu për sisteme të vogla është prodhuar i ashtuquajturi FUTUREBUS standard 6 i cili i mbush këto kërkesa të larta:  pavarësinë nga arkitektura, lloji iprocesorit dhe teknologjia e komponenteve,  pamja themelore e komunikimit është protokoli asinkron,  mundëson komunikimin sinkron,  performansat varen vetëm prej pajisjeve kyçëse,  përmban FAULT-TOLERANT dhe sisteme të larta të inercionit,  përmban përdorim direkt të kesh-memories,  parasheh kompatibilitet në nivel të bartjes së porosive,  mundëson implementimin e funksionit PLUG IN PLAY, (vëre dhe luaj)  mundëson punën ndërlidhëse me 32, 64, 128, 256 bit fjalë,  dirigjimi me komunikim mund të jetë i centralizuar dhe i shpërndarë.

6

Që nga viti 1987

91

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

92

2. 3. Rrjetat shumënivelëshe për multiprocesor Për të kuptuar dizajnin e rrjetës shumënivelëshe, është e nevojshme që së pari të shqyrtojmë principet fillestare të konstruktimit dhe drejtimit të thjeshtësuar (krosbar-ndërlidhësi). Nëse shohim krosbar-ndërlidhësin 2x2 të paraqitur në fig. 6. 14., ai ka mundësi lidhjen e hyrjes A ose me daljen e shënuar me 0, ose me daljen e shënuar me 1, dhe atë në varësi prej ndonjë biti drejtues të hyrjes cA. Derisa cA=0, atëherë hyrja lidhet me daljen e sipërme, e në të kundërtën me të poshtmen. Hyrja B e ndërlidhësit ka gjithashtu, veti të njëjta, por me cB bit të kontrollimit. Moduli ka, po ashtu, mundësi të arbitrimit në mes të konfliktit të kërkesës.

A

0

A

0

B

1

B

1

Biti drejtues = 1

Biti drejtues = 0 Fig. 40. Ndërlidhësi 2x2

Nëse të dy hyrjet kërkojnë dalje të njëjtë, atëherë vetëm njëri prej tyre mund të jetë i lidhur me daljen, derisa tjetri do të bllokohet ose largohet. Ndërlidhësi 2x2 i paraqitur nuk ka mundësi të baferimit. Te ai performansat mund të jenë të kufizuara me vendosjen kohore të ndërlidhësit. Për shkak të përmirësimit të performansave, mund të vendosim baferin në kuadër të ndërlidhësit (siç është treguar në figurë). Ndërlidhësit të këtillë janë efikas në paketimin ndërlidhës në rrjetat shumënivelëshe. Me dobi është paraqitur konstruksioni i demultiplekserit (1x2n), duke përdorur modulin 2x2 të përshkruar më parë. Kjo vërtetohet me konstruktimin e pemës binare. Nga këto module (siç është paraqitur në fig. 24 ), destinacionet janë të markuara në mënyrë binare. Nëse hyrja A kërkon të lidhet në daljen (d2 d1 d0 ) atëherë nyjen e pare e drejton biti d2, modulet në nivelin e dytë drejtohen me bitin d1, ndërsa modulet në nivelin e tretë me bitin d0. Është e qartë se hyrja A mund të jetë e lidhur në cilëndo prej 8 daljeve. Gjithashtu, është e qartë se hyrja B mund të jetë e lidhur në cilëndo prej daljeve. Metoda e konstruktimit të demultiplekserit 1x2n, mund të zgjerohet në ndërtimin 2nx2n të rrjetave shumënivelëshe. Në vazhdim të tekstit është zgjeruar koncepti i rrjetave, tipi i pemës, në ndërtimin e rrjetave të përgjithshme shumënivelëshe të quajtura rrjeta-Banyan. Rrjeta-Banyan mund të përshkruhet thjeshtë, si graf i rregulluar parcialisht i ndarë në nivele të ndara. Nyjet që nuk kanë degë të cilat dalin nga grafi, quhen nyjet bazë, derisa ato të cilat nuk kanë degë dhe të cilat hyjnë në graf quhen nyje të majes. Kufiri f i nyjes është numri i degëve që dalin nga nyja, derisa shkrirja është numri i degëve të cilat hyjnë në atë.

A

0

92

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

B

93

1

Demultiplekseri

baferi

multiplekseri

Fig. 41. Ndërlidhësi 2x2 me mundësi të baferimit

93

94

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

000 0 001 0

1

010

0 A

1 0

011 1

1

B 100

1

0 101 0

1

1

0

1

110

111

Fig. 42. Demultiplekseri 1 në 8

Rrjeta-Banyan (f, s l) mund të përshkruhet si graf i rregulluar parcialisht me l nivele në të cilat ekziston saktë një rrugë nga secila bazë deri te secila nyje. Degëzimi i secilës nyje jobazore është f, ndërsa shkrirja e secilës nyje jo të përkryer është s. çdo nyje e grafit është një sxf (krosbar –ndërlidhësi). Rrjeta-Banyan mund të nxirret prej pemës uniforme me degëzimin f. Ilustrimi i rrjetësBanyan (2, 2, 2) është nxjerrur nga pema binare dy nivelëshe në fig 6. 17a. Duke pasur parasysh se shkrirja është 2, kjo do të thotë se dy degë duhet të shkrihen në çdo nyje jo bazore. Krahas kësaj është e replikuar teprica (mbetja) që të kemi me kopje rrënjën dhe lidhjen e rrënjës me nivelin e pemëve të ardhshme (siç është paraqitur në fig 6 17b. ). Për të fituar shkrirjen e fundit të pemës të barabartë me 2, janë replikuar dy nivele të larta. Bashkimi i pemëve të nivelit tjetër në fund të pemës, që degëzimi i pemës i nivelit tjetër të jetë të jetë i barabartë me 2 dhe shkrirja e fundit e pemës e barabartë 2, sjell deri te derivimi komplet (2, 2, 2) i rrjetave-Banyan. (si në fig c. ).

94

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve

95

Fig. 43. a) Pema A, degëzimi 2 (2 nivele)

b) Replikimi i rrënjëve

Fig. 44. Replikimi i nivelit të ardhshëm

Rrjetat-Banyan kanë veti të sigurojnë ndërlidhjet komplete të njërit mbledhës prej npajisjesh me mbledhësin tjetër prej n- pajisjesh, duke realizuar ndërlidhjet e rretheve të cilat rriten në n* log n (Krosbar-ndërlidhjet) rritet me n2 . Në përgjithësi, ndonjë (f,s,l) rrjeta95

96

Dr. Edmond Beqiri, Arkitektura dhe organizimi i kompjuterëve

Banyan mund të jetë e definuar edhe si rekursion prej sxf krosbar_ndërlidhësit. Tipet e ndryshme të rrjetës-Banyan mund të jenë të implementuara për multiprocesor. Mirëpo, mjaft hulumtime duhet të kryhen për shkak të vlerësimit që krijon raport më të mire të vlerës efektive kur është fjala për pajisjet e ndryshme multiprocesorike. Në vazhdim të tekstit është përshkruar implementimi i tipit special të rrjetës-Banyan të ashtuquajtur rrjeta-DELTA dhe të cilën për multiprocesor e ka propozuar PATEL7. Një (axb) modul-krosbar ka aftësi të ndërlidhë cilëndo hyrje të tij a në cilëndo prej hyrjeve b, ku daljet janë shënuar me 0, 1 …, b-1. Ndonjë hyrje lidhet në daljen d, nëse shifra e drejtuesit është hyrja d, ku d është shifër nga baza b. Moduli (axb), gjithashtu, arbitron në mes konfliktit të kërkesës, dhe atë me pranimin e njërit dhe bllokimin apo largimin e tjetrit. Rrjeta-Delta është e definuar si (an x bn) rrjetë ndërlidhëse me n nivele dhe përbëhet nga (axb) (krosbar-ndërlidhësi). Ndërlidhjet në mes niveleve janë të atilla se ekziston rrugë e vetme e gjatësisë konstante nga cilido burim deri në çfarëdo destinacioni. Me këtë, drejtimi i rrugëve realizohet me ndihmën e shifrave, dhe atë ashtu që krosbar-moduli ndërlidhë hyrjen në një nga daljet e tyre në varshmëri prej shifrave të thjeshta me bazë b, të papërfshiera në adresën destinuese. Në rrjetat-delta asnjë hyrje ose dalje nuk është mbetur e pa lidhur (përveç fundit të majtë dhe të djathtë). Për shkak të sistematizimit të ndërlidhjes në mes niveleve (LINK PETERNS) definohet q-përzierja prej qc objekteve, të shënuar me Sq*c, ku q dhe c janë (neki pozitivni celi brojevi). Sq*c është permutacion prej qc- anëtarëve (0, 1, 2, …, qc-1), dhe është i definuar kështu: Sq*c( i ) =[qi + (1/c)]mod qc, për 0≤i≤qc-1. Respektivisht, Sq*c( i ), mund të shprehet si: (qi mod (qc-1)…për 0≤i≤qc-1) Sq*c( i )={ (i ………………. për i=qc-1 ) Le të jetë q-përzierja prej qc letrave për lojë e shqyrtuar në mënyrën vijuese. Ndahen qc letra në q grumbuj me c letra : letra e sipërme c (0, 1, …(c-1) në grumbullin e parë, pastaj c letra (c, c+1, …, (2c-1)) në grumbullin tjetër etj.

0

S4 ×3 0

1

1

2

2

3

3

7

që nga viti 1981

96

Klasifikimi i arkitekturave të kompjuterëve 4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

97

Fig. 45. Shembulli 4 i përzierjes së 12 objekteve

Pastaj ngriten një nga një letrat prej majes së çdo grumbulli, së pari letrën e lartë nga grumbulli i parë, letrën e dytë nga maja e grumbullit të dytë dhe kështu deri në fund. Në mënyrë të njëjtë formohen grumbullime të reja deri sa ka letra. Kjo mënyrë e re e rregullimit (organizimit) të letrave paraqet Sq*c permutacionin e pajisjeve të mëparshme. Fig. 6. 18. ilustron shembullin e 4 përzierje prej 12 anëtarë, e përcaktuar si S4×3. Për t, u konstruktuar an×bn rrjeta-delta shfrytëzohen a-përzierje për lidhje në mes moduleve (dva konsekventna nivoa mrezhe). Nëse D (odredishte) është shënuar në sistemin me bazë b si (dn-1 dn-2 d1 d0 ) ku : D = Σ dj bj 0