ΕΠΛ221: Οργάνωση...

Click here to load reader

  • date post

    20-Oct-2019
  • Category

    Documents

  • view

    2
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of ΕΠΛ221: Οργάνωση...

  • 1 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    ΕΠΛ221: Οργάνωση Υπολογιστών και Συμβολικός Προγραμματισμός

    Διδάσκων Γιάννος Σαζεϊδης Βοηθός: Πέτρος Παναγή

    • Κεφ. 1: Computer Abstractions and Technology

    • Βιβλίο: Computer Organization and Design

  • 2 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Τι θα μάθετε σε αυτό το μάθημα:

    – Πώς HLL (High Level Language) προγράμματα μεταφράζονται σε γλώσσα μηχανής και πώς το υλικό εκτελεί προγράμματα

    – Διασύνδεση μεταξύ λογισμικού και υλικού – Τι επηρεάζει την επίδοση ενός προγράμματος – Πως μπορούμε να βελτιώσουμε την επίδοση του υλικού (ΕΠΛ370, ΕΠΛ372)

    – Προγραμματισμός σε συμβολικό επίπεδο – Σχεδιασμός σε ΗDL απλού επεξεργαστή

  • 3 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

  • 4 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    • Αρχιτεκτονική Υπολογιστών: Η αφηρημένη δομή ενός Η/Υ, που πρέπει να γνωρίζει ένας προγραμματιστής για να προγραμματίσει στη γλώσσα μηχανής (The abstract structure of a computer that a machine language programmer needs to know to write programs (Instruction Set Architecture ISA) – Σύνολο Εντολών

    • Οργάνωση Υπολογιστών: Η Υλοποίηση σε υλικό/λογισμικό της αφηρημένης δομής. (The Hardware/software implementation of the abstract structure.) – Σύστημα Μνήμης (Memory system) – Δίαυλος (Bus structure) – Σχεδιασμός/Υλοποίηση της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας

    (ΚΜΕ) (Internal CPU/Processor design) – Μονάδες Εισόδου/Εξόδου (Ι/Ο)

  • 5 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Αφαιρετικότητα (abstraction) υπολογιστικών συστημάτων

    • Το υλικό και το λογισμικό αποτελούνται από ιεραρχικά επίπεδα, όπου το χαμηλότερο επίπεδο κρύβει λεπτομέρειες του πιο πάνω επιπέδου.

    • Έτσι προσφέρεται ένα πιο απλό μοντέλο στα ψηλότερα επίπεδα, αυτή η τεχνική ονομάζεται αφαιρετικότητα.

    • Η αρχή της αφαιρετικότητας (abstraction) χρησιμοποιείται από τους σχεδιαστές του υλικού και λογισμικού για να μπορέσουν να ανταπεξέλθουν στη πολυπλοκότητα τους

  • 6 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Αφαιρετικότητα Λογισμικού

    C

    Συμβολική(ΜΙPS)

    Μηχανής (ΜΙPS)

  • 7 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    SOURCE CODE

    ASSEMBLY CODE

    OBJECT CODE

  • 8 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Γλώσσα Ψηλού Επιπέδου

    Συμβολική Γλώσσα

    Γλώσσα Μηχανής

    Υλικό (Υπολογιστής)

    Αρχιτεκτονική Συνόλου Εντολών(ISA)

  • 9 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Αρχιτεκτονική Συνόλου Εντολών Instruction Set Architecture (ISA)

    • Διασύνδεση μεταξύ υλικού και λογισμικού • Επιτρέπει ποικίλες υλοποιήσεις του υλικού με διαφορετικό κόστος και απόδοση για την ίδια αρχιτεκτονική ομάδας εντολών (ISA) (αφαιρετικότητα)

    • 80386, 80486, P1, P2, P3, P4,M,Core,Core2,i3/5/7… (διαφορετικές υλοποιήσεις της ίδιας αρχιτεκτονικής)

    • Backward Compatible • Όχι συμβατότητα στην εκτέλεση μεταξύ οικογενειών επεξεργαστών • x86 binary can not run on ARM processor and ARM binary can

    not run on x86 processor

  • 10 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Βασική Οργάνωση Υλικού Υπολογιστή

    -Επεξεργαστής – Διάδρομος Δεδομένων – Μονάδα Ελέγχου

    - Μνήμη - Interface - Περιφερειακές

    - Μοναδες (Ι/Ο) - Νetwork connection

    Processor

    Computer

    Control

    Datapath

    Memory Devices

    Input

    Output

  • 11 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Tυπικός Επεξεργαστής (Floorplan) - Διάδρομος Δεδομένων (Datapath) - Moνάδα Ελέγχου (Control Unit) - Κρυφή Μνήμη (Caches) - Διασύνδεση (Interface)

    - Πολύ-πυρήνες - Γραφική Επεξεργασια

  • 12 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Μνήμη • Κρυφή Μνήμη (Cache)

    – 1st, 2nd, 3rd level (Last Level Cache or LLC)

    • Πρωτέυουσα ή Κυριώς Mνήμη (main memory) • Δευτερέυουσα Μνήμη (secondary memory)

    – Hard, SSD/Flash, Tape, DVD, CD

    - Ταξινομήσεις Μνήμης – Διάρκεια Αποθήκευσης

    • Μόνιμη (non-volatile): μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM), CD- ROM, hard disk (μνήμη ανάγνωσης και αποθήκευσης)

    • Πρόσκαιρη (volatile): τυπικά RAM π.χ. cache, main memory (μνήμη ανάγνωσης και αποθήκευσης)

    – Τεχνολογία: CMOS (ROM, RAM, SRAM, DRAM), Magnetic Disk (hard, floppy), Laser/Optical (CD-ROM), Solid State (SSD)

  • 13 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Oλοκληρωμένα Κυκλώματα

    - Η Εκπληκτική εξέλιξη στους υπολογιστές οφείλετε στις αλματώδεις και συνεχείς βελτιώσεις στην – Τεχνολογία κατασκευής μνήμης και επεξεργαστών – Αρχιτεκτονική και Οργάνωση – Τεχνολογία μεταγλωτιστών – Μέγεθος και ποικιλία αγοράς

    - Τεχνολογία – κόστος/απόδοση – SILICON και transistors – Διαδικασία κατασκευής chip/dies – Χωρητικότητα DRAΜ

  • 14 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Τεχνολογία Κατασκευής

    https://www.youtube.com/watch?v=aCOyq4YzBtY

  • 15 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Χωρητικότητα Eπεξεργαστών: ΔΙΠΛΑΣΙΑΜΟΣ των τρανζιστορς κάθε ~2 χρόνια (Moore’s Law)

  • 16 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Εξέλιξη Τεχνολογίας Υλοποίησης

    1958-100 2002-1071971-103 2005-1091947

  • 17 Ενότητα 1-2 - Υπολογιστής: Αφαιρετικότητα, Τεχνολογία και απόδοση

    Οι υπολογιστές είναι πιο γρήγοροι – 1971: 1 million instructions/sec – 2016: 10 billion instructions/sec

    Έχουν πιο πολύ μνήμη – 1971: 0.125 megabytes – 2016: 16.0 gigabytes

    Κοστίζουν πιο λίγο – 1971: $4,000,000 – 2016: $1,000

    Speed/size/cost improvement factor:~100s billion

    Πρόοδος της Τεχνολογίας (PC)

  • IC Sales

    267 billion Integrated circuits expected to ship in 2016 (McClean Report)

    $203 billion sales (IC Insights) – 36.7 Billion Memory/Flash Units – 300 mi