Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙI ηµήτρης Γκιζόπουλος Καθηγητής
Γενικά ηµήτρης Γκιζόπουλος, Καθηγητής http://www.di.uoa.gr/~dgizop γραφείο Α32 ιδασκαλία στο αµφιθέατρο Α2 ευτέρα 11 00 13 00 Πέµπτη 13 00 15 00 Εργαστήριο (simulators) Έναρξη σε λίγες εβδοµάδες αφού προχωρήσουµε στη θεωρία E-class http://eclass.uoa.gr/courses/d52/ διαφάνειες, υλικό, ασκήσεις, εργασίες, επικοινωνία Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 2
Αρχιτεκτονική Υπολογιστών; Ο ευρύτερος ορισµός: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών είναι η σχεδίαση των επιπέδων αφαίρεσης (abstraction layers) που µας επιτρέπει να υλοποιήσουµε εφαρµογές επεξεργασίας πληροφορίας (information processing applications) µε αποδοτικο τρόπο χρησιµοποιώντας τις διαθέσιµες τεχνολογίες κατασκευής. Γιατί χρειάζονται επίπεδα αφαίρεσης; ιότι η απόσταση µεταξύ της εφαρµογής και της φυσικής συσκευής που θα την εκτελέσει είναι πολύ µεγάλη Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 3
Επίπεδα αφαίρεσης Στα σύγχρονα υπολογιστικά συστήµατα Application Algorithm Programming Language Operating System/Virtual Machines Instruction Set Architecture (ISA) Microarchitecture Gates/Register-Transfer Level (RTL) Circuits Devices Physics Εφαρµογή Αλγόριθµος Γλώσσα προγραµµατισµού Λειτουργικό Σύστηµα/Εικονικές Μηχ. Αρχιτεκτονική Συνόλου Εντολών Μικροαρχιτεκτονική Πύλες/Επίπεδο Μεταφοράς Καταχ/τή Κυκλώµατα Συσκευές (στοιχεία κυκλώµατος) Φυσική Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 4
Το όνοµα του µαθήµατος Εµείς έχουµε τα µαθήµατα Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ι βασικές έννοιες οργάνωσης υπολογιστών, αρχιτεκτονικής υπολογιστών, αριθµητικής υπολογιστών, σχεδίασης υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ προηγµένες έννοιες αρχιτεκτονικής υπολογιστών και µέθοδοι σχεδίασης υψηλών επιδόσεων άλλα τµήµατα έχουν Οργάνωση Υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 5
Βιβλίο Οργάνωση και Σχεδίαση Υπολογιστών: η ιασύνδεση Υλικού και Λογισµικού, 4 η έκδοση, 2010 (Computer Organization and Design: the Hardware/Software Interface) D.A.Patterson Chairman, CS@Berkeley President of ACM J.L.Hennessy President, Stanford U Elsevier/Morgan Kaufmann Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 6
Βιβλία των συγγραφέων Patterson & Hennessy Computer Organization & Design: the Hardware/Software Interface, 4e Hennessy & Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach, 5e Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 7
Βαθµολογία Γραπτή εξέταση 60% Εργασίες σε προσοµοιωτές ιοχέτευσης (pipeline) 20% Κρυφής µνήµης (cache memory) 20% Προβιβάσιµοι βαθµοί διατηρούνται Τα παραπάνω ισχύουν υποχρεωτικά για φοιτητές µε ΑΜ 2009... και µεγαλύτερο Για τους παλαιότερους (ΑΜ 2008 και πίσω): γραπτό 100% ή προαιρετικά το παραπάνω σχήµα Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 8
Περιεχόµενο µαθήµατος Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 9
Αρχιτεκτονική Ι και ΙΙ Ι κόκκινο ΙΙ µπλε Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 10
Αρχιτεκτονική Ι και ΙΙ Αρχιτεκτονική Ι σύνολο εντολών, επεξεργαστής Αρχιτεκτονική ΙΙ προηγµένες τεχνικές επεξεργαστή, µνήµες και είσοδος/έξοδος Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 11
Τι απασχολεί την Αρχιτεκτονική Σχεδίαση Πόσο εύκολα και σωστά σχεδιάζεται; Απόδοση Performance Πόσο γρήγορα εκτελείται; Ενέργεια/Ισχύς Energy/Power Πόσο καταναλώνει; Αξιοπιστία/Ασφάλεια Reliability/Security Προστασία δεδοµένων/πληροφορίας; Προγραµµατισιµότητα Programmability Πόσο εύκολα προγραµµατίζεται; Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 12
Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Κεφάλαια 4, 5, και 6 της 4 ης έκδοσης του «Οργάνωση & Σχεδίαση Υπολογιστών» Τεχνικές Αύξησης Απόδοσης σε Επίπεδο Εντολής Παραλληλία Επιπέδου Εντολής (Instruction Level Parallelism ILP) ιοχέτευση (pipelining) Ιεραρχία Μνήµης Κρυφή µνήµη (Cache memory) Εικονική µνήµη (Virtual memory) Αποθήκευση και θέµατα Εισόδου/Εξόδου ίσκοι, περιφερειακές συσκευές Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 13
Προσοµοιωτές (Simulators) Κυρίαρχα εργαλεία στην Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Γιατί; Θα χρησιµοποιήσουµε προσοµοιωτές για: CPUs µε διοχέτευση (pipelining) CPUs µε κρυφές µνήµες (caches) Αρχιτεκτονική Υπολογιστών ΙΙ Γενικά 14