1 / 29

Računarstvo i informatika III

Računarstvo i informatika III. Le kcija 2 - P ravci razvoja kompjuterskih arhitektura. U ovoj lekciji. Šta ćemo učiti. Arhitektura, konfiguracija, organizacija Familije računara Mikroračunarski sistemi Tehnološki trendovi Kako napraviti bolji kompjuter. RAČUNARSKI SISTEMI.

baylee
Download Presentation

Računarstvo i informatika III

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Računarstvo i informatika III Lekcija2 - Pravci razvoja kompjuterskih arhitektura

  2. U ovojlekciji... Šta ćemo učiti • Arhitektura, konfiguracija, organizacija • Familije računara • Mikroračunarski sistemi • Tehnološki trendovi • Kako napraviti bolji kompjuter

  3. RAČUNARSKI SISTEMI • Šta podrazumevamo pod računarskim sistemom? • Konfiguracija • sastav hardvera – komponenete, OD ČEGA je napravljen • Arhitektura • osobine značajne za programiranje (mašinski jezik, broj i namena registara u procesoru, komunikacija procesora sa drugim uređajima sistema,...) - ŠTA može sistem da radi • Organizacija • KAKO su mogućnosti realizovane • Familiju računara čine računari iste arhitekture, a različite organizacije, konfiguracije. Iza oznake familije računara obično se nalazi oznaka modela računara. Model=računar iste arhitekture i organizacije, npr. IBM 360/44, PC AT,…

  4. Familija računara - ista arhitektura, različita organizacija • IBM S/360  S/370  S/390 • Intel 80x86 • 16-bitni • P1: 8086, 8088; P2: 80286 • 32-bitni • P3: 80386; P4: 80486: P5: Pentium, Pentium MMX • P6: Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium II XEON, Pentium III, Pentium III XEON • P7: Pentium IV • Power PC (Performance Optimization With Enhanced RISC) • IBM RISC System/6000 - POWER1  …  POWER4

  5. Familije mikroprocesora DEC MOTOROLA INTEL INTERNI BUS 4 bitni: 8 bitni: 16 bitni: 24 bitni: 32 bitni: 64 bitni: 4004 6502 Commodore PET TRS 80, Atari Apple II, GS 6800 6809 8008, 8080 CP/M 8086 IBM PC MS-DOS 8088 (8 bit I/O) - XT 80186 DEC LSI 11 TI 99/4 80286 IBM PC-AT 386 Windows 486 586 Pentium Pentium Pro Pentium II, III, 4 68000... Macintosh Amiga PowerPC 601.. 620 Plus projekti: IBM Control Data Burroughs/Unisys Hewlett Packard Sun... DEC ALPHA Itanium

  6. Klase računarskih sistema • Personalni kompjuteri • Desktop • Laptop • Serveri • Istorijski minikompjuteri, mainframe, superkompjuteri • Donja granica je napredna desktop konfiguracija • Gornja granica je superkompjuter (preko 100 procesora, terabajti memorije, petabajti informacija na izmenjivim medijima - storage) • Integrisani “Embedded” kompjuteri • Veš mašina • Mobilni telefon • PDA • Video game

  7. Prodaja procesora po klasama rašunarskih sistema

  8. Klase računarskih sistema • Zajedničko za sve vrste - zasnovani na istim principima projektovanja, teoretskom modelu kompjuterakoji se naziva Fon Nojmanova (Von-Neumann) arhitektura (1946) • Razlike - brzina, kapacitet, ulaz/izlaz i sl.

  9. Karakteristike Fon Nojmanove arhitekture • 1. Kompjuter se sastoji od 4 osnovna podsistema • 1.1 Memorije • 1.2 Ulaza-izlaza • 1.3 Aritmetičko-logičkog organa (ALU) • 1.4 Upravljačkog organa (Control Unit - CU) • 2. Koncept unutrašnjeg programa • Instrukcije se zapisuju binarnim brojevima i čuvaju u memoriji • 3. Sekvencijalno izvršavanje instrukcija • Instrukcije se donose jedna po jedna iz OM u CU, gde se dekodiraju i zatim izvršavaju

  10. Šta je mikroračunarski sistem? • Mikroračunarski sistem (MRS) = Računarski sistem zasnovan na mikroprocesoru • Mikroprocesor = CPU izveden u jednom čipu ili čipsetu • Čipset (chipset) - skup čipova projektovan da tesno sarađuju i funkcionišu kao celina pri izvršavanju nekog zadatka, npr. skup integrisanih kola kao što je programski kontroler signala prekida koji podržavaju CPU, zajedno sa samim CPU • Svi današnji kompjuteri imaju CPU izveden u jednom čipu • Pošto se van čipa sporije radi, što više posla treba obavljati u samom čipu • 2.26+ GHz P4 • Van CPU se radi na 500 MHz • 2 nivoa keš memorije u samom čipu

  11. Vrste mikroračunarskih sistema • Integrisani mikrokompjuteri • Single board computer - SBC • Obično kompjuter ugrađen u sam proizvod • Osobine: Specijalizovani za jedan fiksni zadatak, minimum hardvera za podršku zadatka • Minimizovani cena, napajanje, težina, veličina • Primeri: PostScript printer, mikrotalasna pećnica, mobilni telefon • Mikrokontroleri • Cela ploča je svedena na jedan čip - najčešća vrsta mikrokompjutera • CPU, memorija, I/O • Primeri: 68HC11 (memorijski kontroler 815 čipseta), 8051 • Modularni mikroračunari • Moduli povezani sistemskom magistralom (busom) • Obično kompjuteri opšte namene • Osobine • Koriste se za rešavanje širokog spektra problema • fleksibilan hardverza podršku različitih aplikacija • Primeri: personalni kompjuteri, fabrički kontroleri

  12. Trendovi u razvoju mikroprocesora • Stalni zahtev za povećanje brzine mikroprocesora • Debljina silicijumskih ploča ima tehnološka ograničenja (ispod određene debljine, silicijumske ploče postaju krte i neupotrebljive) • Inače, poluprovodnički čipovi se ne koriste SAMO za izgradnju procesora, već se koriste i u telekomunikacionim uređajima, perifernim uređajima računara, poluprovodničkim memorijama,...

  13. Primer - Osnovne karakteristike Intelovih mikroprocesora

  14. Primer - Osnovne karakteristike Pentium 4 mikroprocesora

  15. Primer – Detaljnije karakteristike nekih Pentium 4 mikroprocesora

  16. Tehnološkitrendovi Broj tranzistora ugrađenih u CPU Alpha 21264: 15 miliona Pentium Pro: 5.5 miliona PowerPC 620: 6.9 miliona Alpha 21164: 9.3 miliona Sparc Ultra: 5.2 miliona Moore’s Law Murov zakon: 2x tranzistora/čipu svakih 1.5 godina

  17. Tehnološkitrendovi Kapacitet DRAM memorije godinakapacitet (MB) 1980 0.0625 1983 0.25 1986 1 1989 4 1992 16 1996 64 1999 256 2000 1024 1.55x/godišnje, ili udvostručavanje svakih 1.6 godina

  18. Komjuterska tehnologija se dramatično menja! (podaci iz 2003. god) • Procesori • 2x više komponenti u čipu svake 3 godine • 2xbrži svakih 1.5 godina; 1000x performanse u poslednjoj dekadi • Memorije • Kapacitet DRAM: 4x za 3god; 1000xkapacitetu poslednjoj dekadi • Cena po bitu: Smanjuje se oko 25% godišnje • Brzina 1.4x za 10 godina. • Diskovi • Kapacitet: 2xveći svake 3god: 200xkapacitetu poslednjoj dekadi • Cena po bitu: smanjuje se oko 60% godišnje • Brzina 1.4x za 10 godina • Šta već postaje standard? • Takt procesora: 8 GHz • Kapacitetmemorije: 1 GB • Kapacitetdiska: 1 TB Nove mere! Mega -> Giga, Giga -> Tera, Šta dolazi posle Tera?

  19. Kompjuteri: brzine i kapaciteti • Vreme • sekunda s 1 nalaženje sloga na traci • milisec ms10-3vreme pristupa disku • microsecs10-6 • nanosec ns10-9vreme pristupa OM • picosec ps10-12 Kapacitet: • byte B 8 bitova jedan karakter • kilobyte KB103B vrlo mali fajl; poruka; 1 stranica • megabyte MB106 B OM; tipičan fajl; 1 slika • gigabyte GB109 B hard drive; CD • terabyte TB 1012 B neke velike baze podataka • petabyte PB 1015 B

  20. Bolji kompjuteri Kompjuteri sa boljim performansama • Brži • Poboljšanja • Tehnologije (komponenti) • Organizacije • Arhitekture • Sa više memorije, specijalno sa većim kapacitetom OM • Za sisteme postoje ograničenjakapaciteta OM • Veličina adresnog registra (MAR), Širina adresne magistrale, Cena • Alternativnememorije - Disk, Trake, CDROM,… • Jeftinije, Znatno sporije • Virtualna memorija • Iluzija da raspolažemo memorijom većeg kapaciteta od onog koji ima OM • Kod sistema koji nemaju VM sve informacijekoje će biti potrebne CPU pune se unapred u OM (statički) • Sistem sa VM može da donese CPU i informacije koje se nalaze na spoljašnjim memorijama, pa se u OM unapred puni samo deo potrebnih informacija, a ostale se donose na zahtev (dinamički) • Prijateljski nastrojeni • User-Friendly • Lako korišćenje mašinskogjezika i omogućavanje korišćenja VPJ jezika • Compiler-Friendly • Omogućavanje kompajlerima da lako generišukod u mašinskom jeziku

  21. Brži kompjuteri Poboljšanja tehnologije • Manje je brže • Vreme ON/OFF je kraće i kašnjenja signala su manja • Postoje fizička ograničenje smanjivanja dimenzija i povećanja gustine komponenti čipova • Proizvodnjačipova • Pakovanje • Brzina elektronskih kola ograničena je brzinom elektrona • Optički uređaji • Biočipovi

  22. Brži kompjuteri Poboljšanje organizacije • Hardverskeimplementacijediktirane su arhitekturom • Manje je brže • Jednostavnost zahteva uniformnost • Najčešće operacije su najbrže • Dobar dizajn zahteva dobre kompromise • Procesor(CU-ALU) • Brži algoritam sabiranja • Brži algoritmi za množenje i deljenje • Način povezivanja i širina internih busova • Vrsteregistara • Glavnamemorija (OM) • Brža OM • Više memorijskih banki • Keš • Ulaz/Izlaz (I/O)

  23. Brži kompjuteri Poboljšanja arhitekture • Balansiranjesistema za postizanje boljih performansi • Sistemski parametri • Procesor • Memorijski sistem • Ulazno/Izlazni sistem

  24. Sistemskiparametri • CPU • Brzina izvršavanja instrukcija - MIPS/MFLOPS • Broj MIPS-ova može da dovede do zabune • 8-bit 1 MIPS : 32-bit 1 MIPS • Operativna memorija • Nivo transfera = ciklus/sec x byte/pristup • Za dato vreme ciklusa, dupliranje nivoa transfera postiže se udvostručavanjem širine memorijske reči • Spoljašnja memorija • Veličina bloka, broj blokova • Brzina prenošenja podataka (Data Rate - B) ne reprezentuje u potpunosti performanse uređaja (Brzina obrtaja, Latencija, Vreme traženja)

  25. Od čega zavisi uspešnost računara? • Usaglašenost osobina njegovih komponenti • Osobine izvršavanog programa (proračuni, interakcija) • Operativni sistem • Kompajler • Najbolji su oni koji se najviše koriste!

  26. Brži kompjuteri Procesor • Glavni faktorikoji ograničavaju brzinu procesora 1. Potreba za interakcijom sa OM koja je višestruko sporija od procesora • Instrukcije programaipodaci čuvaju se u OM • Instrukcije ipodatke treba donositi u procesor(registre) onim redom kojim se se izvršavaju i koriste • Obično procesori nemaju dovoljno registara i zato se ne može izbeći veliki memorijski saobraćaj 2. Nedostatak hardverskih resursau samom procesoru • Nedostatak procesorskih registaraprouzrokuje veliki memorijski saobraćaj • Nedostatak veza među komponentama procesora (zasebnih busova) ograničava njegovu brzinu • Nedostatak funkcionalnihblokova i njihovih veza ograničava brzinu

  27. Pitanja i zadaci • Šta podrazumevamo pod mikroračunarskim sistemom? • Definišite konfiguraciju, arhitekturu i organizaciju računarskog sistema. • Šta je familija računara? • Koje komponenete imaju Fon Nojmanove mašine? • Šta je tipično za arhitekturu mikroračunarskog sistema (MRS)? • Navedite vrste mikroračunarskih sistema. • Kakvi trendovi važe u razvoju kompjuterskih tehnologija? • Kako se mogu unaprediti performanse kompjutera? • U kom pravcu se vrše poboljšanja tehnologije proizvodnje kompjuterskih komponenti i kakva ograničenja postoje? • Kako se može unaprediti organizacija računarskih sistema? • Šta podrazumevamo pod balansiranjem računarskih sistema za postizanje boljih performansi?

  28. Pitanja i zadaci • Navedite osnovne sistemske parametre • Kakve relacije važe između sistemskih parametara? • Koji faktori ograničavaju brzinu procesora? • Kako se može izvršiti ubrzavanje procesora? • Kako se difiniše nivo transfera (Throughput)?

More Related