oikt lecture 3 - · pdf file2/50 uvod • "hijerarhija" ra čunara (tehnologija...
TRANSCRIPT
1/50
Sadržaj
• Uvod• Arhitektura računara• Memorija• Procesor• Disk• U/I komponente• Tehnološka poboljšanja
2/50
Uvod
• "Hijerarhija" računara (tehnologija i hardver)� super računari
� mainframe računari� mini računari
� radne stanice� mikro računari
3/50
Uvod
• Tehnološki trendovi� distribuirano procesiranje
� downsizing• mreže mikroračunara• kooperativno procesiranje
� paralelno procesiranje
� superčipovi – specijalni namenski čipovi
4/50
Tipičan “desktop” računar
5/50
Savremeni računari opšte namene
Nivo viših programskih jezika
Nivo asemblera
Nivo operativnog sistema
Konvencionalni mašinski nivo
Mikroprogramski nivo
Nivo hardvera
Direktno izvršavanje mikroprograma
Interpretacija
Parcijalna interpretacija
Asembler
Prevodilac
6/50
Arhitektura računara
• Procesor� ALU
� registri
• Memorija� RAM� ROM
• Disk, U/I komponente i ostalo
P
M
DT
O
Primarna (Glavna) memorija
Sekundarna memorija
CPU
7/50
Arhitektura računara
• Von Neumann-ova arhitektura
8/50
Arhitektura računara
• Primer arhitekture Pentium računara
9/50
Gde je centralni procesor?
10/50
Arhitektura računara
• Važni pojmovi� dužina reči
• broj bita koji mogu biti procesirani odjednom
� širina magistrale • broj bita koji mogu biti preneti odjednom
� brzina takta procesora (clock)• meri se u gigahercima (GHz)
11/50
Memorija
• Hijerarhija memorije
12/50
Memorija - nastavak
13/50
Memorija - nastavak
C P U
r e g is t r i
KEŠ
G la v n a m e m o r i ja
d is k
8 B 3 2 B 4 K B
K e šV ir tu e ln a m e m o r i ja
R e g is t r i K e šG la v n a
m e m o r i jaM e m o r i ja
d is k a
V e l i~ in a
B r z in a
C e n a
V e l i~ in a l in i je
3 2 B
1 n s
8 B
3 2 K B – 4 M B
2 n s
$ 1 2 5 /M B
3 2 B
1 0 2 4 M B
3 0 n s
$ 0 .2 0 /M B
4 K B
1 0 0 G B
5 m s
$ 0 .0 0 1 /M B
V e } e , s p o r i je , je f t in i je
14/50
Memorija
• Kapacitet� bajt (B - 8 bita)
� kilobajt (KB – 1024 bajtova)� megabajt (MB – 1024 x 1024 bajtova)
� gigabajt (GB – 1024 x 1024 x 1024 bajtova)� terabajt (TB – 1024 x 1024 x 1024 x 1024 b.)
15/50
Memorija
• Adresiranje
.
.
.
0
n
0
N
.
.
.
. . . . . .
. . . . . .
. . .
. . . . . .
16/50
Memorija
• Adresiranje
.
.
.
0
n
0
N
.
.
.
. . . . . .
. . . . . .
. . .
. . . . . .
17/50
Memorija – tabela strana
1 K
1 K
1 K
1 K
0
1
2
3
4 1 K
0
1
2
3
4
program
Tabela strana
Interna fragmentacija
Strana
Bitovi zaštite
Po~etna adresa
OS
Memorija
18/50
Memorija
• RAM� DRAM (Dynamic Random Access Memory)
� SDRAM (Synchronous DRAM)� EDO (Extended Data Out)
• ROM� PROM (Programmable ROM)
� EPROM (Erasable PROM)
19/50
Memorija
• Cache memory� Level 1 – na procesoru
� Level 2 – izmeñu procesora i RAM memorije� cache controller
• upisuje instrukcije i podatke u cache i briše ih kada je to potrebno
20/50
Memorija
• Mašinske instrukcije
Op Code Operand 1 Operand 2
1 0 10 1. . . 0 1 1 0 1 0. . . 1 0 0 1 0 0. . .
21/50
Procesor
• Procesor i memorija
IP
ALU
IR
CU. . .
DR
. . .
AR
. . .
CR
Heap
Stack
Data
Code
22/50
Procesor
• Mašinski ciklus� faza pripreme ili uzimanja instrukcije (fetch)
� faza izvršavanja (execute)
• Pipelining� jedna instrukcija se izvršava, druga se
dekodira, treća se uzima iz memorije� Pentium: dvostruki pipeline
• izvršavanje dve instrukcije tokom jednog ciklusa
23/50
Procesor - “Pipelining”
Uzimanjeinstrukcije
Dekodiranjeinstrukcije
Uzimanjeoperanda
Izvršavanjeinstrukcije
Upisivanje rezultata
F1 F2 F3 F4 F5
24/50
Procesor
• MIPS� Million Instrunctions Processed Per Second
� faktori koji utiču na brzinu procesiranja• brzina takta• vreme mašinskog ciklusa• dužina reči• širina magistrale
� MIPS vs. Mhz• procesori se ne porede direktno,
već preko benchmark-a
25/50
Procesor
• AdresiranjeMemorija
Linearni adresni prostor, podeljen na segmente jednake dužine
Selektorsegmenta
Offset
Adresa
26/50
Procesor
• Adresiranje
27/50
Procesor
• Adresiranje
28/50
Višeprocesorski sistem sadeljenom memorijom
29/50
Višeprocesorski sistem sadistribuiranom deljenom memorijom
30/50
Višeprocesorski sistem sadistribuiranom nezavisnom memorijom
DM1
P1 P2 P3
DM2 DM3
31/50
Disk
Ureñaj (Vrsta sekundarne memorije) Godina pojavljivanja Maksimalni kapacitet 3,5” diskete 1987 1.44 MB CD – ROM 1990 650 MB Zip 1995 100-250 MB DVD 1996 17 GB Magnetni diskovi velikog kapaciteta 2002 > 100 GB
32/50
• Bitne karakteristike� vreme pristupa
� cena� kapacitet
� portabilnost izmeñu različitih medija i ureñaja
Disk
33/50
Disk
• Primer magnetnog diska sa četiri ploče
34/50
Disk – vreme pristupa disku
Vreme pozicioniranja (“seek time”) –vreme potrebno za pokretanje glave diskado adresiranog cilindraVreme usled rotacije diska (“rotational latency”) – vreme potrebno da disk rotirado adresiranog sektora (tj. da glava diskabude iznad adresiranog sektora)Vreme prenosa podataka
35/50
Disk
• Metode pristupa podacima� sekvencijalni pristup
� direktni pristup
36/50
Disk
• Trendovi� veći kapacitet
� manji ureñaji sa povećanom portabilnošću� više ureñaja sa direktnim pristupom
37/50
U/I komponente
• Ulazni ureñaji� tastatura (za unos karaktera i simbola)
� miš (za selekciju i za crtanje)� ureñaji za prepoznavanje govora
� digitalna kamera� ...
38/50
U/I komponente
• Izlazni ureñaji� ekran
� zvučnici� štampač
� NC mašine� ...
39/50
U/I komponente
• Ulazno-izlazni ureñaji� modem
� terminal� flash memorija
� ...
40/50
U/I komponente
• Flash memorija� silikonski čip koji se može reprogramirati
� sadržaj ostaje sačuvan i nakon isključenja napajanja
� druge primene• memorisanje fotografija u digitalnim kamerama• memorisanje informacija o letu aviona
u pilotskoj kabini
41/50
Sistem prekida
8086 procesor Dati ure| aj
INT zahtev
INT odgovor
Magistrala podataka
42/50
Povezivanje više U/I ureñaja
Izlazi za signale prekida iz
periferijskih ure| aja
0
1
2
3
4
5
6
7
8259PIC
80x86
INTR
INTA
INT#
43/50
Tehnološka poboljšanja
• Superprovodni metali• Galijum arsenid (GaAr)• Optički procesori
� korišćenje svetlosti umesto električne struje
44/50
Tehnološka poboljšanja
• Smanjenje broja instrukcija mikrokoda� CISC (Complex Instruction Set Computers)
� pravilo 80/20� RISC (Reduced Instruction Set Computers)
• primer: Motorola PowerPC procesor
• Povećanje dužine instrukcije� VLIW (Very Long Instruction Word)
45/50
Tehnološka poboljšanja
• Višeprocesorski sistemi� istovremeno izvršavanje (paralelno procesiranje)
više od jedne instrukcije
• Paralelno procesiranje� istovremeno procesiranje podsistema
nije težak problem� logičko struktuiranje problema
u nezavisne delove je komplikovano
46/50
Primer pitanja
Faktori koji utiču na brzinu procesiranja su:
a) brzina takta procesora, dužina reči, brzina rada ALU
b) brzina takta procesora, vreme mašinskog ciklusa, dužina reči, širina magistrale
c) brzina takta procesora, brzina rada ALU, širina magistrale
d) brzina rada ALU, brzina takta procesora, širina magistrale.
47/50
Primer pitanja
Faktori koji utiču na brzinu procesiranja su:
a) brzina takta procesora, dužina reči, brzina rada ALU
b) brzina takta procesora, vreme mašinskog ciklusa, dužina reči, širina magistrale
c) brzina takta procesora, brzina rada ALU, širina magistrale
d) brzina rada ALU, brzina takta procesora, širina magistrale.
48/50
Primer pitanja
Pipelining kod nekog procesora znači da se
a) jedna instrukcija izvršava, a drugadekodira
b) dve instrukcije izvršavaju istovremenoc) jedna instrukcija izvršava, druga dekodira,
treća uzima iz memorije
d) jedna instrukcija izvršava, a dve uzimaju izmemorije.
49/50
Primer pitanja
Pipelining kod nekog procesora znači da se
a) jedna instrukcija izvršava, a drugadekodira
b) dve instrukcije izvršavaju istovremenoc) jedna instrukcija izvršava, druga dekodira,
treća uzima iz memorije
d) jedna instrukcija izvršava, a dve uzimaju izmemorije.