ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ II. χειμερινό εξάμηνο & εαρινό εξάμηνο (σε κίτρινο υπόβαθρο)

Transcript

1 I χειμερινό εξάμηνο & ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ II εαρινό εξάμηνο (σε κίτρινο υπόβαθρο). Νικολός Καθηγητής

2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή στην ομή, Οργάνωση, Λειτουργία και Αξιολόγηση Υπολογιστών Ενότητα 1.1 Υλικό και Λογισμικό Ενότητα 1.2 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ενότητα 1.3 ομή, Οργάνωση και Λειτουργία Υπολογιστών ομή του υπολογιστή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Κύρια μνήμη Βοηθητική μνήμη Κρυφή Μνήμη (Cache memory) 1351Κρυφή Μνήμη μεταξύ ΚΜΕ και Κύριας Μνήμης Κρυφή Μνήμη δίσκου Ιδεατή Μνήμη (Virtual Memory) Μονάδες Εισόδου/Εξόδου Ενότητα 1.4 Αξιολόγηση Υπολογιστών

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Οργάνωση και διαχείριση της πληροφορίας στον υπολογιστή Ενότητα 2.1 εδομένα Αριθμητικά εδομένα Αναπαράσταση σταθερής υποδιαστολής Αναπαράσταση σε μορφή κινητής υποδιαστολής Πρότυπο αναπαράστασης αριθμών κινητής υποδιαστολής Αλφαριθμητικά Σύμβολα Αναπαράσταση ψηφιακής εικόνας Αναπαράσταση ήχου

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Οργάνωση και διαχείριση της πληροφορίας στον υπολογιστή Ενότητα 2.2 Εντολές Εντολές γλώσσας μηχανής Είδη εντολών γλώσσας μηχανής Είδη και μέγεθος δεδομένων Τρόποι διευθυνσιοδότησης της κύριας μνήμης Ταξινόμηση Υπολογιστών βάσει του Συνόλου Εντολών Υπολογιστές απλού (RISC) και πολύπλοκου συνόλου εντολών (CISC) Κωδικοποίηση του Συνόλου Εντολών Υποστήριξη γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου Υποστήριξη χρόνου ζωής μεταβλητών Υποστήριξη συναρτήσεων και διαδικασιών 2283Χ Χρήση της μνήμης

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Kεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Ενότητα 3.1 Μονάδα Επεξεργασίας ξργ εδομένων Μονάδα Επεξεργασίας εδομένων σταθερής υποδιαστολής Αριθμητική Λογική Μονάδα Καταχωρητές γενικού σκοπού Μονάδα ολίσθησης Μονάδα Πολλαπλασιασμού Μονάδα διαίρεσης Μονάδα επεξεργασίας δεδομένων κινητής υποδιαστολής

6 Eνότητα 3.2 Μονάδα Ελέγχου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Kεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Υλοποίηση της μονάδας ελέγχου ως κλασσικό ακολουθιακό κύκλωμα Υλοποίηση της Μονάδας Ελέγχου με την Τεχνική του Μικροπρογραμματισμού Τεχνικές μείωσης της απαιτούμενης χωρητικότητας η της μνήμης ελέγχου

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Kεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Ενότητα 3.3 Σχεδίαση Μονάδας Επεξεργασίας εδομένων και της Μονάδας Ελέγχου της Προσκόμιση και εκτέλεση κάθε εντολής σε ένα κύκλο ρολογιού Σχεδίαση μονάδας ελέγχου Προσκόμιση και εκτέλεση εντολής σε περισσότερους από ένα κύκλους ρολογιού Σχεδίαση της Μονάδας ελέγχου

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Eπεξεργαστές μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών Ενότητα 4.1 Λειτουργία επεξεργαστών μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών Τεχνική μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών (pipelining) ομή και λειτουργία επεξεργαστών μερικής επικάλυψης λειτουργιών Προβλήματα αποδοτικής λειτουργίας των επεξεργαστών μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών ομικές εξαρτήσεις Εξαρτήσεις από δεδομένα ιαδικασιακές εξαρτήσεις Εντολές καθυστερημένης διακλάδωσης Τεχνικές πρόβλεψης του μονοπατιού που θα ακολουθηθεί μετά από εντολή διακλάδωσης

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Eπεξεργαστές μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών Ενότητα 4.2 Σχεδίαση μονάδας επεξεργασίας δεδομένων με την τεχνική μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών

10 Ενοτητα 5.1 Τεχνολογία μνημών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σύστημα μνήμης Ημιαγωγικές μνήμες Στατικές μνήμες άμεσης προσπέλασης υναμικές μνήμες άμεσης προσπέλασης Ημιαγωγικές μνήμες προσπελάσιμες ανάλογα με το περιεχόμενό του (Content Addressable Memories, CAM) Μαγνητικές Μνήμες Μνήμες μαγνητικών δίσκων 5122Μ Μνήμες μαγνητικής ταινίας Οπτικές Μνήμες

11 Ενότητα 5.2 Ιεραρχία μνήμης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σύστημα μνήμης Ενότητα 5.3 Κρυφή Μνήμη Τακτική Προσκόμισης Μπλοκ Πληροφορίας (fetch policy) Τρόπος Απεικόνισης Μπλοκ της Κύριας Μνήμης σε Πλαίσια της Κρυφής Μνήμης (placement policy) Κρυφές μνήμες με οργάνωση μονοσήμαντης απεικόνισης Κρυφές μνήμες με οργάνωση πλήρους συσχέτισης Κρυφές μνήμες με οργάνωση τ-τρόπων συνόλου συσχέτισης Στρατηγική Απελευθέρωσης Πλαισίων της Κρυφής Μνήμης για την Προσκόμιση Μπλοκ της Κύριας Μνήμης (replacement policy) Τακτική Ενημέρωσης του επόμενου Επιπέδου της Ιεραρχικής Μνήμης (update policy)

12 Ενότητα 5.4 Κύρια Μνήμη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σύστημα μνήμης Οργάνωση κύριας μνήμης Υψηλής τάξης διαφύλλωση μνήμης (high-order interleaving) i Μ-δρόμων χαμηλής τάξης διαφύλλωση μνήμης Ελεγκτής μνήμης (Μ-way low-order order interleaving)

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σύστημα μνήμης Ενότητα Ιδεατή Μνήμη (Virtual Memory) Η τεχνική της σελιδοποίησης (paging) Τρόποι υλοποίησης του πίνακα σελίδων Τμηματοποίηση (segmentation) Σελιδοποιημένη τμηματοποίηση (paged segmentation) Κρυφή μνήμη πίνακα σελίδων (Translation Lookaside Buffer, TLB) Σχετική θέση κρυφής μνήμης επεξεργαστή και κρυφής μνήμης πίνακα σελίδων Στρατηγικές διαχείρισης φυσικής μνήμης - ιδεατής μνήμης Στρατηγικές προσκόμισης Στρατηγικές τοποθέτησης Στρατηγικές αντικατάστασης

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Σύστημα διασύνδεσης και διαδικασίας εισόδου-εξόδου Ενότητα 6.1 Αρτηρίες (Buses) Παράλληλες και σειριακές αρτηρίες Αρτηρίες αποκλειστικής χρήσης και κοινής χρήσης Σύγχρονες και ασύγχρονες αρτηρίες Χρήση της αρτηρίας και διαιτησία Τεχνικές σηματοδότησης Ταχύτητα αρτηρίας

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Σύστημα διασύνδεσης και διαδικασίας εισόδου-εξόδου Ενότητα 6.2 ιαδικασία εισόδου/εξόδου ιακίνηση πληροφορίας ελέγχου μεταξύ ΚΜΕ και μονάδων εισόδου/εξόδου Xρονοπρογραμματισμένος έλεγχος Σήματα διακοπής Συμμετοχή της ΚΜΕ στη διαδικασία δ εισόδου/εξόδου / Ο ρόλος του λειτουργικού συστήματος στη διαδικασία εισόδου/εξόδου

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Σύγχρονοι επεξεργαστές Ενότητα 7.1 Υπερβαθμωτοί επεξεργαστές (superscalar processors) Προσκόμιση εντολών Αποκωδικοποίηση εντολών, έλεγχος εξαρτήσεων και αποστολή εντολών Άμεση αποστολή εντολών στις λειτουργικές μονάδες Χρησιμοποίηση Μονάδας Αναμονής Αποστολής 713Σειριακή συνέπεια Μηχανισμός επαναδιάταξης αποτελεσμάτων Ενότητα 7.2 Επεξεργαστές πολύ μεγάλου μήκους εντολών (VLIW procesors)