Arkitektura dhe Organizimi Kompjuterik PDF

Programi: Shkenca Kompjuterike dhe Inxhinieri Lënda: Arkitektura dhe Organizimi Kompjuterik Arkitektura dhe Orgnizimi Kompjuterik Ligjerues: Prof. dr. Lavdim Beqiri [email protected] Çka është kompjuteri Kompjuteri është një makinë që aktivizon programe të cilat kryejnë operacion...

Programi: Shkenca Kompjuterike dhe Inxhinieri Lënda: Arkitektura dhe Organizimi Kompjuterik Arkitektura dhe Orgnizimi Kompjuterik Ligjerues: Prof. dr. Lavdim Beqiri [email protected] Çka është kompjuteri Kompjuteri është një makinë që aktivizon programe të cilat kryejnë operacione të ndryshme. Pra me një fjalë kompjuteri i kryen detyrat të cilat ne ia caktojmë. 2 Hardueri dhe Softueri Kompjuteri dhe të gjitha pjesët tjera fizike me një fjalë quhen harduer, ndërsa programet quhen softuer. 3 Pjesët e brendshme Furnizuesi i rrymës (Power Supplies) E bën furnizimin me rrymë të pjesëve të kompjuterit. Duhet ta ketë ventillimin e mire. Ekzistojnë lloje të ndryshme. 4 Pllaka amë (Motherboard) Shtylla e kompjuterikt I ndërlidhë komponentët brenda kompjuterit. Ftohësi (Fan) Southbridge dhe Northbridge janë dy komponentë kryesore të arkitekturës së pllakave amë në kompjuterë, të cilat janë përdorur për të ndarë funksionet e ndryshme të pllakës amë dhe për të menaxhuar komunikimin midis procesorit dhe pajisjeve të tjera. Ja dallimi kryesor midis tyre: ▸ Northbridge: Funksioni kryesor: Northbridge lidhet drejtpërdrejt me procesorin dhe menaxhon komunikimin midis tij dhe komponentëve të tjerë të shpejtë si memorja kryesore (RAM) dhe kartat grafike (GPU). Shpejtësia: Kjo urë operon me shpejtësi më të lartë sepse duhet të përballojë trafikun që kalon ndërmjet procesorit, memories, dhe kartës grafike. Përgjegjës për: Procesorin, RAM-in, PCI Express (për GPU), dhe ndonjëherë portat e shpejtësisë së lartë si PCI. Pozicionimi: E vendosur më afër procesorit për shkak të komunikimit të drejtpërdrejtë me të. ▸ Southbridge: Funksioni kryesor: Southbridge menaxhon komunikimin me komponentët e ngadaltë të sistemit, si pajisjet për ruajtje (hard disqet), portet USB, portet e rrjetit dhe pajisjet tjera periferike. Shpejtësia: Kjo urë funksionon me shpejtësi më të ulët në krahasim me Northbridge pasi nuk është përgjegjëse për trajtimin e trafikut me shpejtësi të lartë. Përgjegjës për: Pajisje periferike si disqet SATA, portet USB, Audio, Ethernet dhe BIOS. Pozicionimi: Zakonisht e vendosur më larg procesorit pasi nuk ka nevojë për një lidhje të drejtpërdrejtë të shpejtë me të. Në sistemet moderne, Northbridge është integruar shpesh brenda vetë procesorit, ndërsa funksionet e Southbridge janë shpërndarë në pjesë të ndryshme të pllakës amë dhe procesorit, duke e bërë arkitekturën më kompakte dhe efikase. 5 Portet USB Qëndron për universal serial bus. Është lloj i koneksionit për lidhjen e kompjuterëve dhe pajisjeve anësore. Shumë tastiera, printerë, kamera digjitale dhe memorie përdorin USB. Serial Porti serik është ndërlidhje fizike e komunikimit serial nëpërmjet të cilit transferohen informatat brenda apo jashtë nga një bit. (kontrast i portit paralel). Paralel Porti paralel është lloj i ndërlidhje që gjendet te kompjuterët personal dhe shërben për lidhjen e pajisjeve anësore. Ndryshe njihet edhe si porti i printerit apo centronic port. RJ -45 Përdoren në rrjetin e kompjuterëve. Porti është numër special që gjendet në krye të pakos së të dhënave. Portet përdoren kryesisht për të mapuar të dhënat në kuadër të ndonjë procesi që ekzekutohet në kompjuter. FireWire Është një prej standardëve më të shpejta për pajisje anësore, përdoret për pajisje multimediale dhe arrin shpejtësi të transferimi deri në 900 megabit për sekondë. 6 Llojet e kujtesës (memory) RAM (Random Access Memory): Është memorie e përkohshme, aty happen programet gjatë punës, në RAM memorie nuk kemi mundësi që ti ruajmë shënimet, ato humben kur fiket kompjuteri. Sa më e madhe që është RAM memoria performancat e kompjuterit janë më të mira ROM (Read Only Memory): Është memorie speciale që i përmban informatat e nevojshme për ngritjen e sistemit. Nuk mund të ndryshohet apo të fshihet, mbetet e njëjtë edhe pasi që kompjuteri të fiket. 7 Kujtesa e përhershme Të dhënat në kompjuter mund të ruhen në disa vende të ndryshme Hard Disku (ATA, SATA) ▹ Është një disk magnetik ku ruhen informatat, nuk është pajisje bartëse dhe ato informata mund të happen nga ai kompjuter. Portable Hard Disks: ▹ Janë hard disqe që mund të barten, ▹ Të përshtatshëm për krijimin e kopjeve rezervë (bakup). Cluding: ▹ Ruajta online 8 Si matet memoria e kompjuterit Memoria dhe hapësira e Hard diskut matet me Bit dhe me Bajt. Një bit është njësia më e vogël dhe paraqet 0 ose 1, varësisht nga ngarkesa magnetike. Tetë 8 bita e formojnë një bajt që është përafërsisht një karaktere. 8 bita = 1 bajt 1,024 bajt = 1 kilobajt (KB) 1,024 kilobajt (KB) = 1 megabajt (MB) 1,024 megabajt (MB) = 1 gigabajt (GB) Pra 1 GB = 1,024 MB = 1,048,576 KB = 1,073,741,824 bajt = 8,589,934,592 bit. Nëse një PC i ka 64MB RAM, ka mundësi ti bartë 64 milion karaktere në memorie. Nëse hard disku i la 4 GB hapësirë mund ti regjistrojë 4 bilionë karaktere. 9 Çfarë duhet të kemi parasysh kur blejmë PC të ri Shpejtësia e CPU (procesorit) : Kjo matet me megaherc (Mhz) dhe përfshihet në emrin e qipit. Sa më i madh të jetë numri i Mhz PC punon më shpejtë. RAM: Është memoria e përkohshme. Sa më i madh të jetë RAM PC do të punojë më shpejtë. Hard Disku: Hapësira e diskut matet me bajt. Sa më shumë bajt të keni kompjuteri do të punojë më mirë. Virtualization Workstations Gaming PCs Home Theatre PCs 10 Shtypësi? Printers. 11 Karakteristikat dhe mundësitë Para se ta blejmë printerin, duhet t’i kemi disa konsiderata ▹ Shpejtësia dhe mundësia ▹ Me ngjyra, ose bardh e zi ▹ Kualiteti ▹ Kosto e mirëmbajtjes Disa nga mënyrat e lidhjes së printerit me PC dhe karakteristikat e tyre. 12 Lloji i printerit INKJET ▸ Printer me cilësi të lartë ▸ Teknologji me spërkatje 13 Lloji i printerit LASERIK ▸ Cilësi të lartë, i shpejtë ▸ E përdorë laserin për ta krijuar imazhin 14 Lloji i printerit TERMIK ▸ Përdoret në markete ▸ E përdor nxehtësin (termike) për krijimin e imazhit 15 Lloji i printerit IMPAKT ▸ Ka mundësi ta përdorë letren vetëkopjuese (indigo) 16 Arkitektura dhe Organizimi Kompjuterik Bashkësia e Atributet e një sistemi instruksioneve, numri që shihen nga i bitëve të përdorur programuesi. për paraqitjen e Kanë ndikim të tipeve të të dhënave, drejtpërdrejt në mekanizmat I/O, ekzekutimin logjik të teknikat për adresimin një programi. Atributet e memories. Arkitektura e arkitekturore kompjuterit përfshijnë: Detajet harduerike Atributet Organizimi i transparente për organizuese programuesin, sinjalet kompjuterit përfshijnë: Njësitë punuese dhe kontrolluese, interfejsët në mes ndërlidhja në mes tyre kompjuterit dhe që realizon pajisjeve periferike, specifikacionet teknologjia e përdorur arkitekturore. e memories.  Arkitektura IBM System 370 ▸ Ishte paraqitur në vitin 1970; ▸ Përfshiu një numër modelesh; ▸ Mund të ngritej në model më të shpejtë dhe më të avancuar pa hequr dorë nga sotfuerët e mëparshëm; ▸ Modele të reja janë paraqitur me teknologji të përmirësuar, por me të njëjtën arkitekturë ashtu që investimi që kanë bërë përdoruesit në softuer të mbrohet; ▸ Arkitektura është ende aktuale dhe përdoret në produktet mainframe të IBM.  Struktura dhe funksioni ◼ Sistemi hierarkik ◼ Struktura ◼ Bashkësi e nënsistemeve të ◼ Mënyra se si pjesët janë të ndërlidhura lidhura në mes vete. ◼ Funksioni ◼ Natyra hierarkike e sistemeve komplekse është esenciale si për ◼ Puna e pjesëve individuale si dizajnin ashtu edhe për pjesë tëstrukturës. përshkrimin e tyre. ◼ Dizajnuesi ka nevojë që të merret me nivelet vetëm një nga një. ◼ I interesuar për strukturën dhe funksionin e secilit nivel.  Historia e kompjuterëve Gjenerata e parë: Llampat me vakum ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) Dizajnuar dhe ndërtuar në Universitetin e Pensilvanisë Filluar më 1943 – kompletuar më 1946 Nga John Mauchly dhe John Eckert Kompjuteri digjital i parë në botë më përdorim të përgjithshëm ◼ Laboratori për kërkime balistike i ushtrisë - Ballistics Research Laboratory (BRL) kishte nevojë për ofrimin e tabelave për trajektore për armët e reja brenda një kohe të pranueshme ◼ Nuk ishte përfunduar në kohën kur ishte e nevojshme të përdorej në luftë ◼ Detyra e parë e tij ishte të përdorej në studimin e fizibilitetit të bombës me hidrogjen ◼ Është përdorur deri në vitin 1955 dhe pastaj është ç’montuar  John von Neumann EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) ◼ Publikimi i idesë së parë në vitin 1945 ◼ Koncepti i programit të ruajtur ◼ Meritat u takojnë dizajnuesve të ENIAC, sidomos matematikanit John Von Neumann ◼ Programi ishte paraqitur në një formë të përshtatshme për t’u ruajtur në memorie bashkë me të dhënat ◼ Kompjuteri IAS ◼ Princeton Institute for Advanced Studies ◼ Prototipi i të gjithë kompjuterëve që janë ndërtuar më vonë ◼ Kompletuar në vitin 1952 Struktura e makinës von Neumann  Kompjuterët komercial UNIVAC ◼ 1947 – Eckert and Mauchly formuan Eckert-Mauchly Computer Corporation për të prodhuar kompjuterë ◼ UNIVAC I (Universal Automatic Computer) ◼ Kompjuteri i parë komercial i suksesshëm ◼ Kishte qëllime përdorimi për llogaritje shkencore dhe komerciale ◼ Përdorur për llogaritje në vitin 1950 ◼ UNIVAC II – i përhapur në vitet 1950 ◼ Kishte kapacitet më të madh të memories dhe performancë më të lartë  IBM ◼ Ishte prodhuesi më i madh i pajisjeve me kartela të shpuara (punched-card) ◼ Përhapi kompjuterin (701) e tij të parë elektronik me program të ruajtur në vitin 1953 ◼ M e qëllime kryesisht për llogaritje shkencore ◼ Paraqiti produktin 702 në vitin 1955 ◼ Karakteristikat harduerike e bënë të përshtatshëm për aplikime në biznes ◼ Seria 700/7000 e kompjuterëve e vuri kompaninë IBM në pozitën e prodhuesit më të madh të kompjuterëve  Historia e kompjuterëve Gjenerata e dytë: Tranzistorët ◼ Më i vogël ◼ Më i lirë ◼ Liron më pak energji se llampa me vakum ◼ Pajisje solid state e ndërtuar prej siliciumit ◼ Shpikur në Bell Labs në vitin 1947 ◼ Kompjuterët me tranzistorë ishin në dispozicion vetëm në fund të viteve 1950 Kompjuterët e gjeneratës së dytë ▹ Paraqiten njësi aritmetikore/logjike dhe kontrolluese më komplekse. ▹ Përdorim të gjuhëve të larta programuese. ▹ Ofrimin e softuerit sistemor që kishtemundësinë: ▹ Të ngrisë (load) programet ▹ Lëvizë të dhënat deri te pajisjet periferike dhe libraritë ▹ Kryejë llogaritje të zakonshme Paraqitja e Digital Equipment Corporation ( D E C ) në vitin 1957. PDP-1 ishte kompjuteri i parë i kompanisë D E C Kjo shënoi paraqitjen e fenomenit të mini - kompjuterëve që do të bëhej mjafti njohur në gjeneratën e tretë tëkompjuterëve.  Historia e kompjuterëve Gjenerata e tretë: Qarqet e integruara ◼ 1958 – shpikja e qarkut të integruar ◼ Pjesa (komponentja) diskrete ◼ Tranzistor i paketuar ◼ Prodhuar ndaras, të paketuar në kutinë e tyre dhe të lidhur në pllaka ◼ Procesi i prodhimit ishte i shtrenjtë dhe i rëndë ◼ Dy anëtarët më të rëndësishëm ishin IBM System/360 dhe D E C PDP-8  Qarqet e integruara ▪ Ruajtja e të dhënave - bëhet në qelizat e memories ▪ Përpunimi i të dhënave - mundësuar nga portat logjike ▪ Kontrolli - rrugët që lidhin pjesët mund të bartin sinjale kontrolluese ▪ Një kompjuter përbëhet nga portat logjike, qelizat e memories dhe ndërlidhjet në mes të këtyre elementeve ▪ Portat logjike dhe qelizat e memories përbëhen nga elemente të thjeshta digjitale ▪ Përdorë faktin se komponentët si tranzistorët, rezistorët dhe telat bartës mund të prodhohen nga siliciumi si material gjysmëpërçues ▪ Shumë tranzistorë mund të prodhohen në të njëjtën kohë në një pjesë të përpunuar (wafer) të siliciumit ▪ Tranzistorët mund të lidhen në mes vete për të formuar qarqe Wafer-i, Çipi, dhe lidhja në mes të portave logjike (gates) Funksioni Një kompjuter mund të kryejë katër funksione bazë: Përpunimin e të dhënave Ruajtjen e të dhënave Bartjen e të dhënave Kontrolli Funksionet (a) Bartja e të dhënave Funksionet (b) Ruajtja e të dhënave  Funksionet (c) Përpunimi i të dhënave Funksionet (d) Kontrolli Kompjuteri  Struktura *Arithmetic Logic Unit Kompjuteri ka CPU – kontrollon punën e kompjuterit katër pjesë dhe funksionet e përpunimit të të dhënave kryesore strukturore: Memoria kryesore – ruan të dhënat Hyrje/Dalja (I/O) – bart të dhënat në mes kompjuterit dhe ambientit të tij të jashtëm Ndërlidhja e sistemit – një mekanizëm që ofron komunikim në mes CPU-së, memories kryesore dhe I/O  Njësia kontrolluese (Control Unit) CPU Kontrollon punën e CPU-së dhe në atë mënyrë tërë punën e kompjuterit Pjesët kryesore Njësia aritmetikore dhe logjike (Arithmetic and Logic Unit - ALU) strukturore: Kryen funksionin e përpunimit të të dhënave nga kompjuteri Regjistrat Ofrojnë memorie për ruajtje brenda CPU-së Ndërlidhja brenda në CPU një mekanizëm që ofron komunikim në mes njësisë kontrolluese, ALU-së dhe regjistrave “ Faleminderit për vëmendje! Ndonjë pyetje? Mund të shkruani në: [email protected] 39 Puna dhe funksioni i CPU Ka prodhues te ndryshem te CPU, mund te jene Intel, AMD, Celeron, etj. Ne qofte se e heqim kapakun e CPU dhe e ofrojme, per te pare se cka ndodhe brenda do të shofim e jane shume tela te ndryshme, qe kujdesen te percjellin informata ne CPU. Ne secilin CPU, jane tela qe dhezen e ndalen 0, 1. Ato tela quhen “clock”. Ne CPU modern, keto rrotullime jane deri ne Gigabajt, qe do te thote me disa biliona here ne sekonde. Per kete, CPU mund te beje llogari shume shpejte. CPU  CPU ▸ CPU eshte e vendosur ne motherboard. ▸ Motherboard perdoret per t’i lidhur pjeset me njera-tjetren. ▸ Ne motherboard, eshte nje vend qe mund te vendoset RAM (Random Access Memory). ▸ Ne RAM, kalojne te gjitha datat qe do te procesohen ne CPU.  CPU dhe RAM ▸ RAM, e permban listen e adresave. Ne secilen adrese, permban data. ▸ CPU, normalisht kerkon dhe e proceson secilen data nga RAM. ▸ Kompjuteri kur fillon te punoje, i dergon se pari adresat ne RAM, RAM adresa paraqet vetem 1, 0 qe i paraqet ON dhe OFF. ▸ RAM nuk ben asgje me shume, perderisa CPU ja mundeson “enable”, mandej RAM e dergon te CPU, procesohet dhe kthehet prap te RAM. ▸ Kjo eshte data e procesuar nga CPU. Keshtu, prap e mundeson “enable” ram me pranu informata dhe keshtu prap ja kthen informatat e procesuara. Ky proces perseritet shpeshere brenda kompjuterit.  CPU dhe RAM ▸ Cka eshte ajo data qe e ka RAM. Duhen vetem disa grumbuj te 1 dhe 0. ▸ Por, disa data te rendesishme ne RAM jane Instrukcionet. Instrukcionet i thojne CPU qe te beje gjera te ndryshme. ▸ Gjithashtu jane dhe numra brenda datave. Keto jane numra qe shtohen se bashku per te krahasuar ose thjeshte te procesoj. ▸ Nje gje tjeter interesant eshte, qe ne data ka adresa. Keto adresa mund te perdoren per gjera te ndryshme. Nese deshiron qe te dergosh dicka ne nje pajisje jashte, duhesh ta dish numrin e pajisjes jashte. Don te dergosh data ne printer ose ne monitor. ▸ Gjithashtu jane edhe shkornjat “Letter”. Nese deshiron te paraqesesh tekst ne monitor, atehere jane nje grumbull i njeshave dhe zerove 1, 0. Secila shkornje eshte e ruajtur si kombinim i njeshave dhe zerove, duke u bazuar ne kodin e karakterit te kodit. Psh. 01100001 eshte shkornja a ose 01000111 eshte shkronja G. Pra keto jane datat brenda RAM.  CPU dhe RAM ▸ Tani po e vendosim RAM, ne vendin e vet. Po i bejme bashke data dhe ram adresat se bashku. ▸ Tashohim tani se cka ndodhe ne “Instruction Set” ne CPU. ▸ Sic e tham edhe me heret qe disa pjese te te te dhenave ne RAM jane instrukcione. Dhe secili CPU e ka setin e vet te instrukcioneve qe i kupton.  CPU Tani, te shohim brenda CPU, se cka ka ne menyre qe ti shohim instrukcionet. Sic e tham me heret, keshtu duket procesori brenda. ▸ Brenda procesorit, komponenti i pare eshte CONTROL UNIT. I cili i pranon urdherat nga RAM ne forme te instrukcioneve dhe dhe i ndan keto instrukcione ne komanda ne komponente tjera specifike. ▸ Nje komponent tjeter i rendesishem eshte Arithmetic Logic Unit (ALU). Kjo i i performon te gjitha operimet matematikore brenda CPU. ALU i ka dy inpute, input A dhe input B. ▸ Controll unit, i pranon instrukcionet nga RAM dhe i tregon ALU se cfar lloji i operimit ta performoi. ALU i performon opertimet dhe OUTPUT pergjigjjen. ▸ Ne vazhdim po e shohim, se ku ne te vertete shkon Output.  CPU ▸ Ne vazhdim po e shohim, se ku ne te vertete shkon Output. ▸ 8 tela dalin nga ALU, te cilat quhen regjister. Regjister eshte nje komponent i thjeshte, puna e te cilit eshte te ruaj numra perkohesisht. Regjistri vepron si RAM, por eshte brenda CPU dhe punon shume shpejte per ti ruajtur instrukcionet perkohesisht. Aty ruhet, perderisa Control Unit, t’i kthei regjistrat ne tel. Kur Control Unit e mundeson “Enable” dhe pastaj Register, kalon ne rruge “BUS”.  CPU ▸ Kur Control Unit e mundeson “Enable” dhe pastaj Register, kalon ne rruge “BUS”. Bus, eshte nje grumbull i telave qe gjinden ne motherboard, qe i lidhe disa komponente brenda kompjuterit. Ne bus, egzistojne edhe disa regjistra te tjere. Keto mund te kene numra nga instrukcionet e meparshme. Keto mund te kene numra nga instrukcionet e meparshme, Contro Unit do te do ta bej set wire, per ta kontrolluar kete regjister dhe ai numer do te regjistrohet ne regjister. Pas kesaj, do te ndalet qarkullimi dhe te pastrohet bus. Avantazhi i bus eshte sepse i dergon 1 dhe zero ne tel. Disavantazh eshte sepse mund ta dergoi vetem nje numer ne nje kohe. Per kete limitim, ALU e perdor regjistrin e perkohshem Input B, dhe ndonje nga instrukcionet do ta qoi te Input B. Ky nuk ka nevoj per enable vire dhe nuk do te bej konflikt me asnje regjister tjeter. Inputi tjeter Input A, vjen direkt nga bus. Control Unit, e mundeson nje regjister tjeter dhe ai numer do te behet Input A ne ALU. Ai numer qendron ne bus, derisa ALU e perfundon procesin e instrukcionit. Tani jane dy inpute ne ALU dhe jane gati qe ALU ta performoi operimin.  CPU ▸ Pasi qe adresat instrukcionit jane vendosur ne regjistra te adreses se memorjes, atehere automatikisht dergohen ne RAM. Control Unit, e mundeson telin Enable RAM. RAM automatikisht i kthen ato data, qe ne kete rast jane instrukcione. Keto instrukcione jane ruajtur ne regjister. Dhe Control Unit fillon ti procesoi ato. Ne kete rast eshte instrukcioni Jump If Equal, i cili kontrollon se a eshte i ndezur Equal Flag. E bene kete duke vepruar me nje tel te instrukcionit dhe te Equal Flag. Dhe nese dy inputet jane ON, atehere output do te jete ON gjithashtu. Ky output do te shkaktoj kapercim “Triggers Jump”. Qe mund te jete ndonje tekst qe do te paraqitet ne monitor. ▸ Keto data kalojne nepermjet BUS, secili instrukcion procesohet ne CPU. ▸ Ne kete kompjuter jane duke u procesuar me miliona ose biliona instrukcione ne sekond.  CPU ▸ Ta shohim tani pjesen e motherboard, se cka ndodhe. ▸ Ne kete motherboard e kemi lidhur, monitorin dhe testaturen. Secili nga portet e ka adresen, te cilen port adres CPU e perdore si IN ose OUT instrukcion.  CPU ▸ Adresa e BUS, ne kete kompjuter eshte ruajtur per RAM. ▸ Ne ilustrimin me larte, mund ta shihni se si motherboard eshte e vendosur ne shtepize. ▸ Aty e vereni edhe nje komponent, i cili eshte Hard disc. ▸ Nese ne e ndalim kompjuterin, te gjitha datat do te humbin nga RAM, per ti perdorur prap te dhenat, do ti ruajm ne hard disk.  CPU ▸ Brenda Hard diskut, eshte nje disk rrotullues i mbeshtjellur me magnet me nje dorez qe levize ne pjese te ndryshme te diskut ne menyre qe te qaset ne date te ndryshme. Disku dhe doreza levizin shume shpejte, por jo me shpejte se sa procesori qe mund te procesoi data. ▸ Per kete arsy, te dhenat se pari ruhen ne RAM per tu procesuar me shpejte “ Faleminderit për vëmendje! Ndonjë pyetje? Mund të shkruani në: [email protected] 53