sistem za učenje arhitekture i organizacije računara na daljinu
DESCRIPTION
Sistem za učenje arhitekture i organizacije računara na daljinu. Jovan Đorđević, Boško Nikolić , Aleksandar Stoj k ović, Milijan Mitrović. Uvod. Problemi izvođenja nastave iz arhitekture i organizacije računara predavanja vežbe na tabli veliki broj različitih oblasti i koncepata - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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.