Architektura Komputerów

Transkrypt

1 1/3 Architektura Komputerów dr inż. Robert Jacek Tomczak Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

2 Architektura a organizacja komputera 3.1 Architektura komputera: atrybuty widzialne dla programisty, atrybuty mające wpływ na sposób tworzenia programu, bywatrwała możeprzetrwaćwielelat. Organizacja komputera: sposób realizacji konkretnej architektury, zmienia się szybko wraz z rozwojem technologii.

3 Model von Neumanna 3.2 dane i rozkazy AC Jednostka arytmetyczno- -logiczna MBR Urządzenia wejścia- -wyjścia Pamięć główna rozkazy sygnały sterujące adresy IR Programowa jednostka sterująca MAR PC

4 Procesor 3.3 Rejestry Układ współpracy zszynami Jednostka sterująca połączenia wewnętrzne Jednostka arytmetyczno- -logiczna Jednostka arytmetyczno- -logiczna Jednostka arytmetyczno- -logiczna

5 Architektura współczesnego komputera(1) 3.4 sygnały sterujące adresy dane M P I/O

6 Architektura współczesnego komputera(2) 3.5 P P I/O M bridge I/O I/O I/O I/O I/O

7 Terminologia(1) 3.6 procesor główny składnik komputera interpretujący i wykonujący instrukcje programu jednostka centralna(ang. CPU central processing unit) część komputera zawierająca pamięć operacyjną i jeden lub wiele procesorów, a często inne określenie samego procesora mikroprocesor, µp procesor wykonany w postaci jednego układu scalonego mikroprocesor wielordzeniowy(ang. multi-core microprocessor) wiele niezależnych procesorów wykonanych w jednym układzie scalonym

8 Terminologia(2) 3.7 układ scalony(ang. IC integrated circuit) układ elektroniczny, którego elementy, ich połączenia i obszary izolujące są wytworzone wspólnie, w jednym cyklu technologicznym i w sposób nierozdzielny kość(ang.die,chip) mikropłytka, struktura półprzewodnikowa z wytworzonym na niej układem elektronicznym, bez doprowadzeń i obudowy

9 bajt naogół8bitów oktet zawsze 8 bitów nibble półbajt, zwykle 4 bity Bity,bajty,słowa, słowo maszynowe np.4,8,12,16,24,32,36,39,40,64bity szerokość szyny danych zwykle 1 2,1lub2słowamaszynowe szerokość szyny adresowej determinuje maksymalną wielkość pamięci fizycznej

10 Architektury typu Princeton i Harward 3.9 program i dane program dane M M M P P

11 Klasyfikacja Flynna 3.10 liczba strumieni instrukcji liczba strumieni danych 0 1 >1 0 NISD NIMD 1 automat SISD SIMD >1 automat MISD MIMD NI no instruction SI single instruction MI multiple instruction SD singledata MD multipledata

12 Architektury wieloprocesorowe 3.11 Superkomputer(ang. massively parallel processing) Klaster, grono(ang. cluster) Konstelacja(ang. constellation) Siatka(ang. grid)

13 Pamięć architektur wieloprocesorowych(1) 3.12 Tylko pamięć lokalna M M M M P P P P I/O I/O I/O I/O

14 Pamięć architektur wieloprocesorowych(2) 3.13 SMP Symmetric Multi-Processing UMA Uniform Memory Access(Architecture) M P P P P

15 Pamięć architektur wieloprocesorowych(3) 3.14 NUMA Non-Uniform Memory Access(Architecture) M M M M P P P P

16 Pamięć architektur wieloprocesorowych(4) 3.15 COMA Cache Only Memory Architecture M M M M P P P P

17 Mieszane modele pamięci 3.16 Typowo2do16procesorówtworzywęzeł(ang.node)SMP. Węzły są połączone w NUMA typowe dla superkomputerów. Każdy węzeł ma bezpośredni dostęp tylko do swojej pamięci lokalnej typowe dla klastrów.

18 Czy komputery dwójkowe? 3.17 System jedynkowy zarzucono już tysiące lat temu. System dwójkowy jest najprostszy. ENIAC, USA(1942) arytmetyka dziesiętna Setun, ZSRR(1958) zbalansowanaarytmetykatrójkowa:...,10,11,1,0,1,11, egzemplarzy BCD jest używany np. w aplikacjach finansowych. Podstawy2 k wstosunkudopodstawy2skracajątylkozapis.

19 Transmisja danych 4B3T telekomunikacja PAM5 Ethernet1Gb/s Zwiększanie gęstości pamięci półprzewodnikowych magnetycznych Kodowanie niedwójkowe 3.18

20 Lista Top Lista 500 maszyn o największej mocy obliczeniowej Ustandaryzowane testy wydajności operacji zmiennopozycyjnych Uaktualnianadwarazywroku

21 Top 500, architektury, liczba systemów % klastry 50% 25% superkomputery konstelacje

22 Top 500, architektury, moc obliczeniowa % klastry 50% superkomputery 25% konstelacje

23 12% 8% 0,8% 0% 0% 5,8% 0,8% 1% Top 500, architektury procesorów, liczba systemów ,8% 78,6% 24% 22,6% 21,6% 12% 11,4% 7% 0% 0% 1,8% 1% IA-32 AMD64 Intel64 IA-64 18,2% Power Cray inne