OIKT Lecture 3 - · PDF file2/50 Uvod • "Hijerarhija" ra čunara (tehnologija...

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.