sistem za učenje arhitekture i organizacije računara na daljinu

Sistem za učenje arhitekture Sistem za učenje arhitekture i organizacije računarai organizacije računara na na

daljinudaljinu

Jovan Đorđević, Boško Nikolić, Aleksandar Stojković, Milijan Mitrović

2

Problemi izvođenja nastave izarhitekture i organizacije računara– predavanja– vežbe na tabli– veliki broj različitih oblasti i koncepata– laboratorijske vežbe

Da li postoji sistem koji se može koristiti kao podrška proizvoljnom kursu iz arhitekture i organizacije računara?

UvodUvod

3

Nastava iz Nastava iz AORAOROsnovni principi

Organizacija CPU

Računarska aritmetika

Glavna memorija

Ulaz-izlaz ikomunikacija

RegistriTipovi podatakaTipovi instrukcijaNačini adresiranjaFormati instrukcijaDohvatanje, dekodovanje i izvršavanje instrukcijeTehnike ulaz-izlaza i mehanizam prekida

Analiza sistema sa jednom i više magistralaSistemi sa i bez pajplajnaUpravljačka jedinica: ožičena i mikroprogramska realizacijaImplementacija aritmetičke jedinice

Prezentacija celobrojnih veličina - sa i bez znakaOsnovni aritmetički algoritmi za celobrojne veličine: sabiranje, oduzimanje, množenje i deljenjePrezentacija realnih brojeva Osnovni aritmetički algoritmi za realne brojeveKonverzija između realnih i celobrojnih veličina

Hijerarhijski memorijski sistemiOrganizacija glavne memorijeKašnjenje i perfomanseVirtuelne memorijeKeš memorijePreklapanje memorijskih modulaTehnologije izrade memorija (SRAM, DRAM, EPROM, Flash)Otkrivanje i oporavak od grešaka

Osnove ulaza-izlaza: handschaking, baferovanjeTehnike ulaza-izlaza: programirani ulaz-izlaz, zasnovan na mehanizmu prekida, pomoću DMAMehanizam prekida: vektorisani i sa prioritetomMagistrale: ciklusi, kontrolne, adresne i magistrale podataka, arbitracija

4

Nastava iz arhitekture i Nastava iz arhitekture i organizacije računaraorganizacije računara Pored teorijskog predznanja potrebno je i praktično

znanje iz navedenih tema - laboratorijske vežbe Mogućnosti da proučavaju i istražuju karakteristike i

ponašanje različitih uređaja, sistema i procesa Potrebno je da projektuju, implementiraju i testiraju

hardverske i softverske komponente, stvaraju eksperimente i primere za analiziranje projektovanih sistema

Idealan simulator treba da ima mogućnost izvršavanja praktičnih primera za veoma širok opseg različitih tema

5

Nastava iz arhitekture i Nastava iz arhitekture i organizacije računaraorganizacije računaraDosadašnji simulatori su projektovani u

različite svrhe i za različite kurseve Da li su sa grafičkom prezentacijom ili neNačin izvršavanja simulacije - takt,

instrukciju ili ceo program unapredDa li se pokreću interaktivno ili se samo

izvrši batch programMogućnost izvršavanja na daljinu

6

procenat pokrivenosti predloženih tema iz oblasti AOR

skup instrukcijagrafički interfejsnivo simulacijemodul simulacije implementacioni detaljimogućnost učenja na daljinu

KKriterijumi za ocene simulatorariterijumi za ocene simulatora

Nastava iz arhitekture i organizacije računaraNastava iz arhitekture i organizacije računara

7

Analiza opisanih simulatora IAnaliza opisanih simulatora I

Sistem IS GS SL SM ID DL %

HASE UDIS Da CL IC Ne Da 75

Dinero-HASE UDIS Da CL IC Ne Ne 85

ASF UDIS Ne PL BC Ne Ne 50

ESCAPE CIS Da CL IC Da Da 70

RM CIS Da CL IC Da Ne 50

SimpleCPU CIS Da CL BC Da Ne 40

Easy CPU CIS Da CL IC Ne Da 50

ANT CIS Ne IL BC Ne Ne 40

Newsport CIS Ne CL IC Ne Ne 60

8

Analiza opisanih simulatora IIAnaliza opisanih simulatora II

SimpleScalar CIS Ne CL BC Ne Ne 60

DLXview CIS Da CL IC Da Ne 75

RSIM CIS Ne CL BC Ne Ne 80

SimOS UDIS Ne PL BC Ne Ne 60

CacheSim UDIS Ne PL BC Ne Da 30

LDA UDIS Ne PL BC Ne Ne 70

FastCache UDIS Ne PL BC Ne Ne 40

Simics UDIS Ne IL BC Ne Ne 75

9

Analiza opisanih simulatora IIIAnaliza opisanih simulatora III

CPU Sim UDIS Ne CL IC Da Ne 50

SIMCA UDIS Ne PL BC Ne Ne 60

JASPer CIS Da CL IC Da Ne 60

SMOK UDIS Da CL IC Da Ne 50

DigLC2 UDIS Da IL IC Da Ne 70

JCachesim CIS Da IL BC Ne Da 60

10

Ne postoji sistem koji može adekvatno da odgovori na postavljeno pitanje

Najpribližniji idealnom simulatoru su sistemi Dinero–HASE i HASE sistemi, DLXview

Na ETF Beograd duži niz godina projektuju se različiti sistemi i koristili su se i za određene laboratorijske vežbe

Novi sistem:analiza postojećih sistema i sinteza novih računarskih modula, uz proveru teorijskog znanja

Zaključak sprovedene analize i predlog rešenja

11

Rešenje problemaRešenje problemaPodsistem za simulaciju projektovanih

računarskih sistem: CISC, HMS, pipeline sistemi

Podsistem za projektovanje novih računarskih modula

Podsistem za samoučenje i testiranje

12

Rešenje problemaRešenje problemaRealizovani prototip se uspešno primenjuje

na laboratorijskim vežbama iz više predmeta450 različitih Java klasa sa ukupno preko

100000 linija koda Ukupan korisnički interfejs čini preko 250

različitih ekrana

13

PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

Tri podsistema sa različitim računarskim sistemima: CISC, HMS, pipeline – 100% pokrivenost definisanih tema iz AOR oblasti

Iste karakteristike softverskih podsistema: inicijalizacija i simulacija

14

Struktura računarskog sistemaStruktura računarskog sistemaPPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

15

slobodno konfigurisanje sistema iparametara simulacije

asemblerski podsistema za programiranje sistema izvršavanje simulacije na nivou takta, instrukcije i celog

programa prikaz strukture digitalnog sistema na nivou standardnih

elemenata, logičkih kola i memorijskih elemenata prikaz vrednosti elemenata digitalne strukture sa

mogućnošću njihove promene u svakom trenutku

PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

Korisničke opcijeKorisničke opcije

16

PrProzori delova simuliranog sistemaozori delova simuliranog sistemaSoftverski Softverski sistemsistem

17

PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

DDeoeo za pregled parametara simulacije za pregled parametara simulacije

Show Clear Clock Signals

18

PProcesor rocesor sa sa pipeline obradompipeline obradom PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

19

PProcesor rocesor sa sa pipeline obradompipeline obradom PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

20

HHijerarhijskijerarhijskii memorijsk memorijskii sistem sistem PPodsistemodsistem za za simulaciju simulaciju projektovanih projektovanih raraččunarskih sistemunarskih sistemaa

21

PPodsistemodsistem za za simulaciju korisnisimulaciju korisniččki ki projektovanih prekidaprojektovanih prekidaččkih mrekih mrežžaa

Omogućava projektovanje modula digitalnog sistema Koriste se raspoloživi kombinacioni i sekvencijalni

elementi Mogućnost simulaciju projektovanog modula Mogućnost snimanja konteksta simulacije i kasnije

pokretanja istog

22

Upravljački deoUpravljački deoSSimulacijimulacijaa korisni korisniččki projektovanih prekidaki projektovanih prekidaččkih mrekih mrežžaa

23

Površina za radPovršina za radSSimulacijimulacijaa korisni korisniččki projektovanih prekidaki projektovanih prekidaččkih mrekih mrežžaa

24

PPodsistemodsistem za za samoučenje i testiranjesamoučenje i testiranje

Studenti koriste sistem za proveru znanja pre rada u laboratoriji

I za samotestiranje i samoučenje kod kuće kao deo pripreme za rad u laboratoriji

Predavači koriste sistem za definisanje kriterijuma testiranja studenata i praćenje njihovog rada i uspeha pri testiranju.

25

Student - testiranjeStudent - testiranjePodsistem za samoučenje i testiranjePodsistem za samoučenje i testiranje

26

Student - samotestiranjeStudent - samotestiranjePodsistem za samoučenje i testiranjePodsistem za samoučenje i testiranje

27

PredavačPredavačPodsistem za samoučenje i testiranjePodsistem za samoučenje i testiranje

28

PredavačPredavačPodsistem za samoučenje i testiranjePodsistem za samoučenje i testiranje

29

LaboratorijaLaboratorija

Softverski sistem se uspešno primenjuje na različitim kursevima:– Više škole (Viša elektrotehnička Beograd, Viša

poslovna Blace, Viša ekonomska Valjevo)– I, II, III godina ETF Beograd

Različito predznanje iz ove oblasti, različiti afiniteti Pored laboratorijskih vežbi, studenti imaju i provere

znanja tokom semestra – pomoću podsistema za projektovanje i simulaciju prekidačkih mreža ili podsistema za proveru znanja

30

LaboratorijaLaboratorija

Više školeViše škole

+

3x4x

4xf

3x

2x

2x

+

+

+

+

+

1x

1x +

31

LaboratorijaLaboratorija

Osnovni kurseviOsnovni kursevi

I0

I1

I2

I3

y

E

x 0x 1

M P4/1

M P4/1

M P4/1

M P4/1

M P y4/1

I1 5I1 4I1 3I1 2

I11I1 0I9I8

I7I6I5I4

I3I2I1I0

E

E

E

E

Y

1

1

E

1

1

x 0x 1x 2x 3

E

I3I2

I1

I0

I3

I2I1

I0

I3

I2I1

I0

I3

I2I1

I0

I3

I2I1

I0

y

y

y

x 1 x 0

x 1 x 0

x 1 x 0

x 1 x 0

x 1 x 0

T

C

S d

R d

Q M

Q M

Q

Q

32

LaboratorijaLaboratorija

Napredni kurseviNapredni kursevi

Osnovne instrukcijeCiklusi na sistemskoj magistrali Vektorisani mehanizam prekida Rad sa kontrolerima bez direktnog pristupa

memorijiRad sa kontrolerima sa direktnim pristupom

memoriji

33

LaboratorijaLaboratorija

Napredni kurseviNapredni kurseviGlavni program – početak

0100 LOADB imm(0C) ! 20 D0 0C ! acc = 0C

0103 STOREB mem(0110) ! 22 30 01 10 ! [0110] = acc

0107 HALT ! 01 ! kraj programa

Glavni program – kraj

34

LaboratorijaLaboratorija

Završni kurseviZavršni kursevi

Korišćenje nestandardnih instrukcija Arbitracija nad magistralomRazličite realizacije keš memorije Simulacija tri tipa virtuelne memorije sa tri tipa

realizacije jedinice za preslikavanje virtuelnih u fizičke adrese

Preklapanje pristupa memorijskim modulima Rad procesora sa pajplajn organizacijom

35

ZaključakZaključak Definisan je softverski sistem koji se može koristiti na

proizvoljnom kursu iz oblasti Arhitekture i organizacije računara i na originalan način rešava problem efikasnog predavanja ove oblasti. Celokupan sistem se sastoji iz tri podsistema.

Sistem je implementiran kao Web aplikacija. Time je dobijen jednostavan korisnički interfejs i povećana bezbednost podataka, olakšana je manipulacija podacima i mogućnosti daljeg razvoja. Kao razvojno okruženje korišćen je programski jezik Java (JSP strane i Java servleti), baza podataka MySQL i Tomcat Jakarta Web Server, čime je dobijeno besplatno razvojno okruženje.