Προτεινόμενοι Σύνδεσμοι:    greece   -   greece hotels   -   ειδησεις   -   greece news   -   ταβλι στο internet   -   livescore   -   νέα
 easypedia

Easypedia.gr
Ελλάδα
Αρχαία Ελλάδα
Ελληνες
Πρωθυπουργοί
Οικονομία
Γεωγραφία
Ιστορία
Γλώσσα
Πληθυσμός
Μυθολογία
Πολιτισμός & Τέχνες
Ζωγραφική
Θέατρο
Κινηματογράφος
Λογοτεχνία
Μουσική
Αρχιτεκτονική
Γλυπτική
Αθλητισμός
Μυθολογία
Θρησκεία
Θετικές & Φυσικές Επιστήμες
Ανθρωπολογία
Αστρονομία
Βιολογία
Γεωλογία
Επιστήμη υπολογιστών
Μαθηματικά
Τεχνολογία
Φυσική
Χημεία
Ιατρική
Φιλοσοφία & Κοινωνικ. Επιστήμες
Αρχαιολογία
Γλωσσολογία
Οικονομικά
Φιλοσοφία
Ψυχολογία
Γεωγραφία
Ασία
Αφρική
Ευρώπη
Πόλεις
Χώρες
Θάλασσες
Ιστορία
Ελληνική Ιστορία
Αρχαία Ιστορία
Βυζάντιο
Ευρωπαϊκή Ιστορία
Πόλεμοι
Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία
Σύγχρονη Ιστορία
 

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Intel Pentium 4 με 478 pins
Intel Pentium 4 με 478 pins
Intel Pentium με 321 pins.
Intel Pentium με 321 pins.

Η 'Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας'(ΚΜΕ) (αγγλικά: Central Processing Unit, CPU) ή απλώς επεξεργαστής, είναι το κεντρικό εξάρτημα ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, το οποίο είναι επιφορτισμένο με τον έλεγχο όλων των επιμέρους τμημάτων του και την εκτέλεση υπολογισμών. Στον ψηφιακό υπολογιστή ερμηνεύει τις οδηγίες και επεξεργάζεται τα δεδομένα που περιλαμβάνονται στα προγράμματα ή παρέχει ο χρήστης. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας που αποτελείται από ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι γνωστή και ως μικροεπεξεργαστής. Από τα μέσα της δεκαετίας του '70 τα μονά τσιπ (single chip) έχουν αντικατασταθεί από αυτού του τύπου Κ.Μ.Ε. Η έννοια, όμως, της Κ.Μ.Ε. απαντά στις λογικές μηχανές και στην ιδιαιτερότητα τους να επεξεργάζονται με λογικό τρόπο κάποια δεδομένα, αν και παραμένει γενικός όρος στην επιστήμη των υπολογιστών. Την Κ.Μ.Ε συναντούμε σήμερα στις σε όλους τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες. Επίσης, η ΚΜΕ συναντάται σε κυκλώματα που εμπεριέχονται σε κάθε είδους συσκευές, στις οποίες απαιτείται ύπαρξη υπολογιστικής ικανότητας, όπως για παράδειγμα σε εξαρτήματα αυτοκινήτων.

Πίνακας περιεχομένων

Iστορία

Πριν από την εμφάνιση των Υπολογιστικών μηχανών που μοιάζουν με σημερινό επεξεργαστή, απαιτείτο να αναδιαταχθεί πλήρως η συνδεσμολογία των υπολογιστών όπως ο ENIAC, ώστε να εκτελέσουν τα προγράμματα. Αυτές οι μηχανές αναφέρονται συχνά ως " επαναπρογραμματιζόμενοι υπολογιστές ", δεδομένου ότι έπρεπε να μετατραπούν φυσικά για να εκτελεστεί διαφορετικό πρόγραμμα. Δεδομένου ότι ο όρος "ΚΜΕ" ορίζεται γενικά ως μια συσκευή εκτέλεσης λογισμικού, οι πρώτες συσκευές που θα μπορούσαν σωστά να κληθούν K.M.E. εμφανίστηκαν σε υπολογιστές που είχαν δυνατότητα αποθήκευσης.

Η ιδέα ενός υπολογιστή που θα μπορούσε να αποθηκεύει σε διάφορα φυσικά μέσα δεδομένα και προγράμματα υπήρχε και κατά τη διάρκεια του σχεδίου ENIAC, αλλά αρχικά παραλείφθηκε, έτσι ώστε το πρόγραμμα αυτό να ολοκληρωθεί πιο σύντομα. Στις 30 Ιουνίου 1945, πριν ολοκληρωθεί o ENIAC, ο μαθηματικός Τζον φον Νόιμαν (John von Neumann) διένειμε το έγγραφο που τιτλοφορήθηκε "πρώτο σχέδιο μιας έκθεσης σχετικά με το EDVAC." Περιέγραψε το σχέδιο ενός υπολογιστή που είχε δυνατότητες αποθήκευσης και ολοκληρώθηκε τελικά τον Αύγουστο του 1949 (von Neumann, 1945). Ο EDVAC είχε σχεδιαστεί με σκοπό να εκτελέσει ορισμένες οδηγίες. Αυτές οι οδηγίες θα μπορούσαν να συνδυαστούν έτσι ώστε να δημιουργηθούν τα χρήσιμα προγράμματα για τον EDVAC για να τρέξουν. Παρά τις δυσκολίες, τα προγράμματα που γράφτηκαν για τον EDVAC αποθηκεύτηκαν στη μνήμη άλλων μεγάλων υπολογιστών με φυσική σύνδεση μέσω καλωδίου. Αυτός ο τρόπος υπερνίκησε έναν αυστηρό περιορισμό του ENIAC, ο οποίος απαιτούσε επαναπρογραμματισμό.

Από τις λυχνίες στα τρανζίστορς

Edvac ο πρώτος υπολογιστής με αποθηκευτική δυνατότητα
Edvac ο πρώτος υπολογιστής με αποθηκευτική δυνατότητα

Πρέπει να σημειωθεί ότι ενώ ο φον Νόιμαν εργαζόταν στο συγκεκριμένο πρόγραμμα, ο Κόνραντ Τσούζε (Konrad Zuse) είχε προτείνει παρόμοιες ιδέες πριν μερικά χρόνια. Επιπλέον, η αρχιτεκτονική του υπολογιστή Χάρβαρντ Mark Ι, που ολοκληρώθηκε πριν από τον EDVAC, χρησιμοποίησε ένα σχέδιο αποθήκευσης προγράμματος χρησιμοποιώντας ταινία διάτρητη δημιουργημένη από διατρητική μηχανή πέρα από την ηλεκτρονικού τύπου μνήμη. Η βασική διαφορά μεταξύ αρχιτεκτονικών φον Νόιμαν και Χάρβαρντ είναι ότι οι τελευταίες διαχωρίζουν την αποθήκευση και την επεξεργασία των οδηγιών και των στοιχείων Κ.Μ.Ε., ενώ το πρώτο χρησιμοποιεί το ίδιο τμήμα μνήμης και για τα δύο. Οι περισσότερες σύγχρονες Κ.Μ.Ε. είναι πρωτίστως βασισμένες στην αρχιτεκτονική φον Νόιμαν, αλλά με στοιχεία της αρχιτεκτονικής του Χάρβαρντ.

Πριν από την εμπορική αποδοχή του Τρανζίστορ (Transistor), τα ηλεκτρικά ρελέ και οι λυχνίες κενού χρησιμοποιήθηκαν συνήθως ως στοιχεία κατασκευής υπολογιστών. Αν και αυτά είχαν τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα ταχύτητας σε σχέση με όλες τις προηγούμενες συσκευές, ήταν αναξιόπιστα για διάφορους λόγους. Οι υπολογιστές λυχνιών, όπως ο EDVAC χρειάζονταν κατά μέσο όρο οκτώ ώρες μεταξύ των αποτυχιών για να αποκατασταθούν, ενώ οι υπολογιστές με τρανζίστορς, όπως ο Χάρβαρντ Mark I αρκετά λιγότερο. Στο τέλος, η Κ.Μ.Ε. επικράτησε χάρη στα σημαντικά πλεονεκτήματα ταχύτητας που διέθετε, ενώ παράλληλα επέλυσε και τα αρχικά προβλήματα αξιοπιστίας. Οι περισσότερες από αυτες τις Κ.Μ.Ε. λειτουργούσαν με χαμηλής συχνότητας ρολόι χρονισμού (clock) σε σχέση με τους σημερινούς μικροεπεξεργαστές. Οι συχνότητες σημάτων ρολογιών που κυμαίνονταν από 100 kHz ως 4 MHz ήταν περιορισμένες κατά ένα μεγάλο μέρος από την ταχύτητα συσκευών μετατροπής που είχαν κατασκευαστεί.

Εσωτερική οργάνωση

Όταν στον υπολογιστή εισάγονται δεδομένα (γράμματα, αριθμοί, εικόνες), η μορφή τους είναι τέτοια ώστε να γίνεται κατανοητή από το χρήστη. Ο υπολογιστής δεν καταλαβαίνει τις μορφές αυτές και πρέπει πρώτα να τα μετατρέψει σε μορφή που να τα αντιλαμβάνεται, ώστε να μπορεί να τα χειριστεί. Αφού γίνει αυτό, τα αποθηκεύει προσωρινά και στη συνέχεια εκτελεί την αριθμητική ή λογική επεξεργασία τους. Για να γίνουν αυτά πράξη, η Κ.Μ.Ε. απαρτίζεται από τις εξής επιμέρους μονάδες:

  • Μονάδα αποκωδικοποίησης (Decoding Unit): Μετατρέπει τα "φυσικά" δεδομένα από τη μορφή υπό την οποία εισάγονται στον υπολογιστή στη "γλώσσα" που η Κ.Μ.Ε. μπορεί να "καταλάβει" και ονομάζεται "κώδικας μηχανής" (machine code).
  • Μονάδα Αριθμητικής και Λογικής (Arithmetic and Logical Unit, ALU): Η υπομονάδα στην οποία εκτελούνται μία προς μία οι αριθμητικές ή λογικές πράξεις, όπως υπαγορεύονται από τις εντολές που έχουν δοθεί στον υπολογιστή.
  • Καταχωρητές (Registers): Μικρά στοιχεία μνήμης, που χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση (καταχώρηση) των δεδομένων, καθώς αυτά υφίστανται επεξεργασία. Οι καταχωρητές διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο της Κ.Μ.Ε. και τον κατασκευαστή της, τόσο ως προς την οργάνωση όσο και ως προς τη χωρητικότητά τους.
  • Μονάδα ελέγχου (Control Unit): Ελέγχει τη ροή δεδομένων από και προς την ALU, τους καταχωρητές, τη μνήμη και τις περιφερειακές μονάδες εισόδου/εξόδου.
  • Μονάδα προσκόμισης (Fetch Unit): Μεταφέρει τις εντολές από τη μνήμη στην Κ.Μ.Ε. πριν αυτές χρειαστούν, ώστε να είναι άμεσα διαθέσιμες προς χρήση.
  • Μονάδα προστασίας (Protection Unit): Εξασφαλίζει το αποδεκτό της κάθε διεργασίας που εκτελεί η Κ.Μ.Ε., ώστε να μη τροποποιούνται δεδομένα που δεν πρέπει ή να μην εκτελούνται μη αποδεκτές εντολές, όπως, π.χ., διαίρεση αριθμού με το μηδέν.

Τα πιο πάνω επιμέρους στοιχεία μιας Κ.Μ.Ε. αποτελούν τον πυρήνα της.

Κατά τη διάρκεια λειτουργίας της, η Κ.Μ.Ε. διαρρέεται συνεχώς από ηλεκτρικό ρεύμα, μεγάλο μέρος από το οποίο μετατρέπεται σε θερμότητα. Τα παραγόμενα ποσά θερμότητας αυξάνουν τόσο, όσο περισσότερο χρησιμοποιείται η Κ.Μ.Ε. από το σύστημα. Ορισμένες φορές, η παραγόμενη θερμότητα είναι τόση, ώστε μπορεί να προκαλέσει σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας της Κ.Μ.Ε. και, τελικά, να την καταστρέψει. Για το λόγο αυτό κάθε κατασκευαστής Κ.Μ.Ε. προσπαθεί να περιορίσει την ενεργειακή κατανάλωση της Κ.Μ.Ε. ενώ, παράλληλα, την εφοδιάζει με κάποιο σύστημα απαγωγής θερμότητας, όπως ειδικές "φτερωτές", θερμοαγώγιμη πάστα επικάλυψης και μικρούς ανεμιστήρες. Από τρίτους κατασκευαστές έχουν, επίσης, δημιουργηθεί συστήματα απαγωγής που χρησιμοποιούν υγρά μέσα (συνήθως νερό, αλλά και φρεόν ή, σε εξεζητημένες περιπτώσεις, υγρό άζωτο). Έτσι εξασφαλίζεται σταθερή θερμοκρασία λειτουργίας στην Κ.Μ.Ε., ανεξάρτητα από το φόρτο εργασίας της.

Νέα επιτεύγματα

Κάθε κατασκευαστής Κ.Μ.Ε. προσπαθεί, όπως είναι φυσικό, να βελτιώσει τα προϊόντα του, επαληθεύοντας με αυτό τον τρόπο το νόμο του Μουρ. Έτσι, έχουν εμφανιστεί μέχρι την ημέρα που γράφεται το παρόν (02/2008), Κ.Μ.Ε. με διπλό πυρήνα και με τετραπλό πυρήνα, ενώ δεν έχει ανακοινωθεί τι επίκειται στο άμεσο μέλλον.

Δείτε επίσης

Πηγές

  • Δαμιανάκης, Τζαβάρας, Μαβόγλου, Νταντουρής: Πληροφορική Γυμνασίου, ΟΕΔΒ, Αθήνα 2000.
  • Περιοδικά υπολογιστών PC Magazine, RAM.