OIKT Lecture 4 - Hardver

7/25/2019 OIKT Lecture 4 - Hardver

http://slidepdf.com/reader/full/oikt-lecture-4-hardver 1/26

10/25/2014

1

10/25/2014 Osnove IKT

Fakultet organizacionih nauka

1/52

Osnove informacionokomunikacionih tehnologija

Dejan Simić

[email protected]

Univerzitet u Beogradu



2/52

Sadržaj

Uvod

Arhitektura računara

Memorija

Procesor

Disk

U/I komponente

Tehnološka poboljšanja



10/25/2014

2



3/52

Uvod

"Hijerarhija" računara (tehnologija i hardver)

• mikro računari

• radne stanice

• mini računari

• mainframe računari

• super računari



4/52

Uvod

Tehnološki trendovi

• distribuirano procesiranje

• downsizing• mreže mikroračunara

• kooperativno procesiranje

• paralelno procesiranje

• superčipovi – specijalni namenski čipovi



10/25/2014

3



5/52

Tipičan “desktop” računar



6/52

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



10/25/2014

4



7/52


CPU

(Central Processing Unit)

Ulazni

ureaji

Izlazni

ureaji

Primarna (glavna)

memorija



8/52


• Von Neumann-ova arhitektura



10/25/2014

5



9/52

Von Neumann-ova arhitektura



10/52

“Harvard” arhitektura



10/25/2014

6



11/52

Arhitektura računara• Primer arhitekture Pentium računara



12/52

U/I komponente

• Ulazni uređaji

tastatura (za unos karaktera i simbola)

miš (za selekciju i za crtanje)

uređaji za prepoznavanje govora

digitalna kamera

...



10/25/2014

7



13/52

U/I komponente• Izlazni uređaji

ekran

zvučnici

štampač

NC mašine

...



14/52

U/I komponente

• Ulazno-izlazni uređaji

modem

touch screen

flash memorija

...



10/25/2014

8



15/52

U/I komponente• Flash memorija

silikonski čip koji se može reprogramirati

sadržaj ostaje sačuvan inakon isključenja napajanja

druge primene

• memorisanje fotografija u digitalnim kamerama

• memorisanje informacija o letu avionau pilotskoj kabini



16/52

Unutrašnjost PC računara



10/25/2014

9



17/52

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)



18/52

Memorija

• Hijerarhija memorije



10/25/2014

10



19/52

Memorija - nastavak



20/52

Memorija - nastavak

C P U

r e g i s t r i

KEŠ

G l a v n am e m o r ija

d i s k

8 B 3 2 B 4 K B

K e šV i r t u e l n am e m o r ija

R e g is t r i K e šG l a v n a

m e m o r ijaM e m o r ij a

d i s k a

V e l i ~ i n a

B r z i n a

C e n a

V e l i ~ i n al i n i j e

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 , j e f t in i je



10/25/2014

11



21/52

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.)



22/52

Memorija

• Adresiranje

.

.

.

0

n

0

N

.

..

. . .. . .

. . .. . .

. . .

. . .. . .



10/25/2014

12



23/52

Memorija• Adresiranje

.

.

.

0

n

0

N

.

.

.

. . .. . .

. . .. . .

. . .

. . .. . .



24/52

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

Internafragmentacija

Strana

Bitovi zaštite

Po~etna adresa

OS

Memorija



10/25/2014

13



25/52

Memorija• RAM

DRAM (Dynamic Random Access Memory)

SDRAM (Synchronous DRAM)

EDO (Extended Data Out)

• ROM

PROM (Programmable ROM) EPROM (Erasable PROM)



26/52

Memorija

• Cache memory

Level 1 – na procesoru

Level 2 – između procesora i RAM memorije

cache controller• upisuje instrukcije i podatke u cache i

briše ih kada je to potrebno



10/25/2014

14



27/52

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. . .



28/52

Procesor

• Procesor i memorija

IP

ALU

IR

CU

. . .

DR

. . .

AR

. . .

CR

Heap

Stack

Data

Code



10/25/2014

15



29/52

Procesor• Mašinski ciklus

faza pripreme ili uzimanja instrukcije (fetch)

faza izvršavanja (execute)

• Pipelining

jedna instrukcija se izvršava, druga sedekodira, treća se uzima iz memorije

Pentium: dvostruki pipeline

• izvršavanje dve instrukcije tokom jednog ciklusa



30/52

Procesor - “Pipelining”

Uzimanjeinstrukcije

Dekodiranjeinstrukcije

Uzimanjeoperanda

Izvršavanjeinstrukcije

Upisivanjerezultata

F1 F2 F3 F4 F5



10/25/2014

16



31/52

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



32/52

Procesor

• AdresiranjeMemorija

Linearni

adresni

prostor,

podeljen nasegmente

jednake

dužine

Selektor

segmentaOffset

Adresa



10/25/2014

17



33/52

Procesor• Adresiranje



34/52

Procesor

• Adresiranje



10/25/2014

18



35/52

Višeprocesorski sistem sadeljenom memorijom



36/52

Višeprocesorski sistem sadistribuiranom deljenom memorijom



10/25/2014

19



37/52

Višeprocesorski sistem sadistribuiranom nezavisnom memorijom

DM1

P1 P2 P3

DM2 DM3



38/52



10/25/2014

20



39/52

• Bitne karakteristike

vreme pristupa

cena

kapacitet

portabilnost između različitih medija i uređaja

Disk



40/52

Disk

• Primer magnetnog diska sa četiri ploče



10/25/2014

21



41/52

Disk – vreme pristupa diskuVreme pozicioniranja (“seek time”) – vreme potrebno za pokretanje glave diskado adresiranog cilindra

Vreme usled rotacije diska (“rotationallatency”) – vreme potrebno da disk rotirado adresiranog sektora (tj. da glava diskabude iznad adresiranog sektora)

Vreme prenosa podataka



42/52

Disk

• Metode pristupa podacima

sekvencijalni pristup

direktni pristup



10/25/2014

22



43/52

Disk• Trendovi

veći kapacitet

manji uređaji sa povećanom portabilnošću

više uređaja sa direktnim pristupom



44/52

Sistem prekida



10/25/2014

23



45/52

Povezivanje više U/I uređaja



46/52


• Multi-Core procesori

• Superprovodni metali

• Galijum arsenid (GaAr)

• Optički procesori

korišćenje svetlosti umesto električne struje



10/25/2014

24



47/52

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)



48/52


• Višeprocesorski sistemi

istovremeno izvršavanje (paralelno procesiranje)više od jedne instrukcije

• Paralelno procesiranje istovremeno procesiranje podsistema

nije težak problem

logičko struktuiranje problemau nezavisne delove je komplikovano



10/25/2014

25



49/52

Primer pitanjaFaktori koji utiču na brzinu procesiranja su:

a) brzina takta procesora, dužina reči, brzinarada ALU

b) brzina takta procesora, vreme mašinskogciklusa, dužina reči, širina magistrale

c) brzina takta procesora, brzina rada ALU,

širina magistraled) brzina rada ALU, brzina takta procesora,

širina magistrale.



50/52

Primer pitanja

Faktori koji utiču na brzinu procesiranja su:

a) brzina takta procesora, dužina reči, brzinarada ALU

b) brzina takta procesora, vreme mašinskogciklusa, dužina reči, širina magistrale

c) brzina takta procesora, brzina rada ALU,širina magistrale

d) brzina rada ALU, brzina takta procesora,širina magistrale.



10/25/2014



51/52

Primer pitanjaPipelining kod nekog procesora znači da se

a) jedna instrukcija izvršava, a drugadekodira

b) dve instrukcije izvršavaju istovremeno

c) jedna instrukcija izvršava, druga dekodira,treća uzima iz memorije

d) jedna instrukcija izvršava, a dve uzimaju izmemorije.



52/52

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.

Documents

OIKT Lecture 4 - Hardver