arhitektura ra ¤’unala 2 - ssegvic/pubs/ar2/ ¢ ...

Download ARHITEKTURA RA ¤’UNALA 2 - ssegvic/pubs/ar2/ ¢  ¢â‚¬¢ Digitalna logika ¢â‚¬¢ Arhitektura ra ¤†unala

Post on 03-Jan-2020

2 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • ARHITEKTURA RAČUNALA 2 Nositelji:

    Prof.dr.sc. Slobodan Ribarić Doc.dr.sc. Siniša Šegvić

    Asistenti: Tomislav Hrkać, mr.sc. Branko Samaržija

    Zavod za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave (ZEMRIS), 3. kat D zgrade

  • Sadržaj uvodnog predavanja

    • Cilj: što proučava arhitektura računala? • Motivacija: zašto je to korisno znati? • Kontekst: aktualni tehnološki trendovi • O predmetu: način održavanja nastave,

    razdioba bodova, literatura, teme

  • Što je arhitektura računala?

    • Računalni sustav nekad (Eniac, 1947)

    [Wikipedia]

  • Što je arhitektura računala? (2) • Računalni sustavi danas (svaki drugi CPU – �C, 8bit!)

  • Što je arhitektura računala? (3)

    • Veza izmeñu korisnika i fizičkog sloja grozno komplicirana (konkurencija!)

    • Moderni sustavi tu vezu izvode u više koraka • Arhitektura računala (IBM 360, 1964):

    – proučava hijerarhijsko organiziranje obrade podataka na različitim razinama apstrakcije

    – cilj: postići optimalna svojstva računalnog sustava (performansa, cijena, utrošak energije, pouzdanost, raspoloživost, ...)

    – kontekst: dostupne proizvodne tehnologije

  • Razine apstrakcije u modernim sustavima

    Fizika materijala

    Elementi

    Sklopovi

    Oblikovanje sustava (sabirnice, memorija, DMA, ...)

    Mikroarhitektura (organizacija računala)

    Instrukcijski skup Operacijski sustav

    Programski jezik

    Aplikacija

    }Arhitektura računala } Oblikovanje sklopovlja

  • Analogija s grañevinskom djelatnošću

    • Arhitekti razmatraju komponente više razine (ALU, upravljanje, priručne memorije, ...), te kako ih posložiti u funkcionalnu cjelinu

    • Izvedbeni inženjeri (mikroelektroničari) razvijaju grañevne elemente (sklopove, tranzistore) i inoviraju tehnološke procese

  • Motivacija: zašto mislim da bi vam bilo korisno upoznati se s konceptima arhitekture?

    • Steći osjećaj što definira svojstva računala – moći odabrati optimalnu konfiguraciju

    • Biti sposoban ubrzati program na standardnom procesoru – razumijevanje organizacije računala kritično za

    izvlačenje maksimalne performanse – rast performanse procesora se drastično usporio,

    tržište svejedno traži sve sofisticiraniju funkcionalnost

    – moderne arhitekture postaju sve složenije, formalna naobrazba važna

    • Ugrañene aplikacije slabije izoliraju programe od arhitekture i organizacije računala

  • Što očekivati na ovom predmetu?

    • Upoznati termine i koncepte arhitekture računala

    • Razumjeti kako temeljni koncepti utječu na svojstva računala i performansu programa

    • Naučiti čitati i evaluirati arhitektonske opise modernih procesora

    • Upoznati se s instrukcijskim skupovima procesora MC680x0 i x86

    • Biti sposoban oblikovati upotrebljivi procesor na razini logičkih vrata

  • Tehnološki trendovi [Hennessy07]:

    • Gustoća tranzistora: 35% godišnje • Površina sklopa: 10%-20% godišnje • Broj tranzistora na sklopu: 40%-55%

    Moore: udvostručenje svake 2 godine • Brzina tranzistora raste s korijenom gustoće

    (linearno s rezolucijom tehnologije) • Kašnjenje signalnih linija slabo pada: važna

    lokalnost obrade u digitalnom sklopu • “Višak” tranzistora stvara prilike za arhitekte:

    protočnost, cachevi, predviñanje grananja, šire sabirnice (8, 14, 32, 64), više jezgri, ...

  • Tehnološki trendovi (2):

    • Gustoća povećava disipaciju (0.1W → 135W) • problemi s hlañenjem, energijom, udaljenošću

    elemenata (latencija!) • dinamičko podešavanje takta, vodeno hlañenje

    • Propusnost (memorija, disk, ...) raste (puno) brže od latencije

    • Gustoća magnetskih diskova: 30% (100%) • pouzdanost?

  • [Wikipedia]

  • [Hennessy&Patterson07]

  • Zašto performansa slabije raste?

    • Disipacija ograničava gustoću elemenata • Mogućnosti iskorištavanja paralelizma na

    razini instrukcije iscrpljene (protočnost, superskalarnost, izvoñenje izvan redosljeda, predviñanje grananja, ...)

    • Sporo poboljšanje latentnosti memorije • Kraj ere uniprocesora? • Inovacije: multicore, SMP, MPP, grid, ...

  • Stranice predmeta na fakultetskom Webu (obavijesti, forum, raspored i zadatci za

    laboratorij, repozitorij datoteka):

    http://www.fer.hr/predmet/arhrac2

    Informacije o predmetu

  • Kakvo predznanje očekujemo?

    • Digitalna logika • Arhitektura računala 1 • Programiranje i programsko

    inženjerstvo

  • Predavanja

    • Ponedjeljkom 11-14, D1 • Povremene kratke provjere znanja • Povremene domaće zadaće (rješavanje

    zadataka, obrada manje važnih tema) • Materijali dostupni na stranicama

    predmeta nakon predavanja • Nazočnost ne bismo provjeravali

  • Laboratorij

    • Tijekom semestra održavaju se tri grupe laboratorijskih vježbi, prisutnost je obavezna

    • Vježbe se sastoje iz programiranja u zbirnom jeziku (MC68000, IA32) te pisanja mikroprograma, pripremaju se kod kuće

    • Termin u laboratoriju rezerviran za pozitivnu interakciju s asistentima te izlazni test (abcd pitalice)

    • Zadatci će biti objavljivani na početku odgovarajućeg nastavnog ciklusa

  • Razdioba bodova

    • Periodičke provjere znanja – ABCD pitalice ili kratke nadopune teksta

    • 5 bodova

    • Izlazni testovi laboratorijskih vježbi • 20 bodova

    • Meñuispiti i završni ispit • 20, 25 i 30 bodova

    • Projektni zadatci (?)

  • Detalji �

    • Ponovljeni meñuispit (1. ili 2.) – tijekom trećeg ciklusa

    • Ponovljeni završni ispit – nakon završnog ispita

    • Usmeni ispit – prag za prolaz je 50% – ako netko baš žarko želi...

  • • S. Ribarić, Arhitektura računala,Školska knjiga, Zagreb, 2004. (240str.)

    • S. Ribarić, Naprednije arhitekture mikroprocesora, Element, Zagreb, 3.izdanje, 2002.(231 stranica)

    • S. Ribarić, Arhitektura RISC i CISC računala, Školska knjiga, Zagreb, 1996. (380 stranica)

    • A. S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, Prentice-Hall, 1990.(587 stranica)

    Literatura

  • • J. L. Hennessy, D. A. Patterson, Computer Architecture, A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann Pub., Fourth edition, 2007

    • D. A. Patterson, J. L. Hennessy, Computer Organization & Design, The Hardware/Software Interface, Morgan Kaufmann Pub., Third edition, 2007.

    • A. Clements, Principles of Computer Hardware, Oxford University Press, 2006.

    • A. B. Tucker (ed.), Computer Science Handbook, Chapman&Hall, 2004.

    Literatura (2)

  • Sadržaj kolegija 0. Uvodno predavanje 0.1. Turingov stroj 1. Definicija i klasifikacija arhitekture ra

    unala 1.1. Flynnova klasifikacija (SISD, MISD, SIMD, MIMD) 1.2. Ra

    unala upravljana tokom podataka (Data Flow) 1.3. Ra

    unala upravljana zahtjevom (redukcijska ra �

    unala) 2. Model von Neumannovog ra

    � unala

    2.1. Zna

    ajke SISD arhitekture 2.2. Tokovi podataka, upravlja

    � ki tok

    2.3. Usporedba Turingovog stroja i von Neumannovog ra

    unala 3. Pojednostavnjeni modeli (mikro)procesora CISC i RISC 3.1.Komponente modela CISC 3.2. Primjer izvo

    enja programa 3.3. Stanje registara 3.4. Stanje na sabirnicama, sabirni

    � ki ciklus, sabirni

    ki protokol 3.5. Komponente modela (S)RISC

  • 3.6. ISA-model procesora 3.7. Zna

    ajke procesora arhitekture RISC 3.8. Arhitektura RISC i performansa procesora 3.9. Odnos CISC - RISC

    4. Upravlja

    ka jedinica ra

    unala

    4.1. Funkcija upravlja

    ke jedinice 4.2. Prijenos upravljanja izme

    u programa

    4.3. Rekurzivni programi 4.4. LIFO ili stožna struktura 4.5. Uporaba stoga – analiza slu

    � aja

    5. Sklopovska izvedba upravlja

    � ke jedinice

    5.1. Skup instrukcija 5.2. Organizacija ra

    � unala

    5.3. Struktura upravlja

    � ke jedinice

    5.4. Komponente upravlja �

    ke jedinice: brojilo sekvenci, dekoder, PLA generator taktnog signala

  • 6. Izvedba mikroprogramske upravlja

    ke jedince

    6.1. Osnovni pojmovi i Wilkesova izvorna shema

    6.2. Faze mikroprogramiranja

    6.3. Struktura mikroprogramirane upravlja

    � ke jedinice

    6.4. Model mikroprogramiranog procesora

    7. Centralna procesna jedinica – registarski stroj

    7.1. Podrobniji interpretacijski dijagram stanja ISP

    7.2. Stanje procesora

    7.3. Skup registara op

    � e namjene

    7.4. Registarska okna

  • 8. Proto

    na organizacija procesora

    8.1. Put podataka

    8.2. Tri ina

    ice organizacije procesne jedinice�

    .3. Podrobnija analiza izvo

    enja instrukcija

    8.4. Proto

View more