Osnove arhitekture računalniških sistemov
description
Transcript of Osnove arhitekture računalniških sistemov
![Page 1: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/1.jpg)
Osnove arhitekture računalniških sistemov
Predavatelj:Milan Ojsteršek Asistenta: Aleksander Kvas, Milan Zorman
![Page 2: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/2.jpg)
Vsebina predmeta: Uvod:
Lastnosti računalniških sistemov Zgodovina Klasifikacija računalniških arhitektur Zmogljivost računalniških sistemov
Mikroprogramirani nivo Osnove zbirnega jezika Horizontalna organizacija Vertikalna organizacija
![Page 3: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/3.jpg)
Vsebina predmeta - nadaljevanje
Nivo strojnega jezika Vodila Von Neumanova in Harvardska arhitektura Cevljenje CISC - RISC Predstavitev podatkov v računalniku Vrste in format ukazov Vrste registrov Vrste naslavljanj
![Page 4: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/4.jpg)
Vsebina predmeta - nadaljevanje
Hierarhija pomnilnikov Lokalnost dostopov Verjetnost zadetka in zgrešitve Predpomnilnik Navidezni pomnilnik
Vhodno-izhodne enote Nivo operacijskega sistema Paralelni računalniški sistemi
![Page 5: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/5.jpg)
Literatura D. Kodek: Arhitektura računalniških sistemov. BI-TIM,
Ljubljana 2000. D. A. Patterson, J. L. Hennessy: Computer Architecture A
Quantitative Approach. Morgan Kaufman Publishers, INC., San Mateo, California 1998.
W. Stallings: Computer Organization and Architecture, Fifth edition, Prentice Hall 2000.
R. J. Baron in L. Higbie: Computer Architecture. Adisson Wesley, Wokingham 1992.
A. S. Tanenbaum: Structured Computer Organization. Third Edition, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs 1999.
![Page 6: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/6.jpg)
Pomembno !!! Obveznosti študentov
Najmanj 80 % udeležba na vajah Opravljene vaje Ustni izpit
Materiali na internetu: http://chp.uni-mb.si/oars
![Page 7: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/7.jpg)
Arhitektura in organizacija 1 Z računalniško arhitekturoračunalniško arhitekturo definiramo lastnosti
računalniškega sistema, kot jih vidi programer če programira na njegovem strojnem nivoju:
Nabor ukazov, predstavitev podatkovnih tipov na strojnem nivoju, načini naslavljanja ukazov.
Z organizacijo računalniškega sistemaorganizacijo računalniškega sistema definiramo lastnosti, ki so nevidne za programerja na strojnem nivoju računalniškega sistema in so odvisne od tehnologije, ki je uporabljena za implementacijo:
Nadzorni signali, vmesniki, seštevalniki, množilniki, pomnilniki ….
![Page 8: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/8.jpg)
Arhitektura in organizacija 2 Vsi tipi računalnikov Intel x86 iz družine
imajo isto računalniško arhitekturo. Podobno velja za IBM System/370
družino računalnikov. Kompatibilnost programskega koda
( navzdolna (bacwards), navzgorna (forward)
Organizacija je različna za posamezne tipe računalnikov (npr. med Intel 486 in Pentium ali Pentium II)
![Page 9: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/9.jpg)
Kaj vpliva na uspeh in preživetje računalniške arhitekture? Veliki proizvajalci Baza uporabnikov Obstoječa programska oprema Enostavnost uporabe Konkurenčna cena Arhitektura, ki je neodvisna od tehnologije
(razširljivost, prilagodljivost) Odprtost (proizvajalci publicirajo njene
specifikacije) Zmogljivost
![Page 10: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/10.jpg)
Struktura in funkcija računalniškega sistema
S strukturo računalniškega sistema definiramo način kako so komponente računalniškega sistema med seboj povezane
S funkcijo računalniškega sistema definiramo posamezne operacije, ki jih izvajajo posamezne komponente računalniškega sistema
![Page 11: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/11.jpg)
Funkcije Poznamo naslednje funkcije
komponent računalnikega sistema: Procesiranje podatkov Shranjevanje podatkov Prenos podatkov Nadzor nad operacijami
![Page 12: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/12.jpg)
Pogled na funkcije računalniškega sistema
Prenos podatkov
Nadzorni mehanizem
Shranje-vanje podatkov
Proces-iranjepodatkov
![Page 13: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/13.jpg)
Operacije (1) Prenos podatkov (npr. tipkovnica ali zaslon)
Prenos podatkov
Nadzornimehanizem
Shranje-vanje podatkov
Proces-iranjepodatkov
![Page 14: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/14.jpg)
Operacije (2) Shranjevanje podatkov (npr. prenos podatkov iz
interneta na disk)
Prenos podatkov
Nadzorni mehanizem
Shranje-vanje podatkov
Proces-iranjepodatkov
![Page 15: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/15.jpg)
Operacije (3) Procesiranje podatkov iz pomnilnika (npr. pripis
obresti bančnemu računu)
Prenos podatkov
Nadzorni mehanizem
Shranje-vanje podatkov
Proces-iranjepodatkov
![Page 16: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/16.jpg)
Operacije (4) Procesiranje iz pomnilnika v vhodno-izhodne enote (npr.
tiskanje podatkov o transakcijah na bančnem računu)
Prenos podatkov
Nadzorni mehanizem
Shranje-vanje podatkov
Proces-iranjepodatkov
![Page 17: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/17.jpg)
Struktura računalniškega sistema – najvišji nivo abstrakcije
Računalnik
Glavni pomnilnik
Vhod/izhod
Sistemskekomunikacijske povezave
Vhodno-izhodne enote
Zunanje komunikacije
Centralna procesna enota
Računalnik
![Page 18: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/18.jpg)
Struktura računalniškega sistema – centralna procesna enota
Računalnik AritmetičnoLogičnaEnota
KontrolnaEnota
Povezave ZnotrajCPE
Registri
CPE
V/I
Pomnilnik
Sistemskovodilo
CPE
![Page 19: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/19.jpg)
Struktura računalniškega sistema – Kontrolna enota
CPE
Nadzorni Pomnilnik
Registri, Multiplekserji inDekoderji
Sekvenčna logika
KontrolnalEnota
ALE
Registri
NotranjeVodilo
Kontrolna enota
![Page 20: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/21.jpg)
Zgodovina računskih strojev Abakus Antiktere (stara Grčija) Obdobje mehanike (uporaba zobnikov)
Leibnitz Babbage
Analitični stroj
Mlin Pomnilnik
Tiskalnik in
luknjalnik kartic
Ukazne kartice
Podatkovne kartice
UkaziPodatki
Podatki
Podatki
![Page 22: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/22.jpg)
Zgodovina računskih strojev - nadaljevanje Obdobje elektromehanike
Holerith – ustanovitelj IBM 1924 Zuse – Z3 - 1941
Numerični prikaz – žarnice Pomnilnik – 64 22 bitnih besed Ukazi na luknjanem traku Binarna in desetiška aritmetika Plavajoča vejica 2600 relejev
Mark 1 – Aiken – Harvardska arhitektura 1943 Ukazi A1,A2 OP
![Page 23: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/23.jpg)
Zgodovina računskih strojev – elektronski računalniki ENIAC Electronic Numerical Integrator
And Computer Eckert and Mauchly Univerza v Pensilvaniji Izračun poti balističnih istrelkov Začetek 1943 Konec 1946 Uporabljal se je do 1955
![Page 24: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/24.jpg)
ENIAC - podrobnosti Desetiška števila 20 akomulatorjev za 10 cifer Programiral se je z nastavljanjem 6000 stikal 18 000 elektronk 30 ton 140 kW porabe električne energije 5000 seštevanj na sekundo
Programska enota
Centralna procesna
enotaPomnilnik
Čitalec kartic
TiskalnikLuknjalnik
karticStikala
Ukazi
PodatkiPodatki
![Page 25: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/25.jpg)
Von Neumannov in Turingov koncept Glavni pomnilnik hrani program in podatke ALE izvaja operacije nad binarnimi števili Nadzorna enota vzame ukaz iz pomnilnika,
ga dekodira in izvede Delovanje vhodno – izhodnih enot
nadzoruje kontrolna enota Prvi računalnik takšnega tipa so naredili na
Princeton Institute for Advanced Studies IAS
Končan je bil 1952
![Page 26: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/26.jpg)
Struktura Von Neumannovega računalnika
Glavnipomnilnik
Aritmetična in logična enota
Kontrolna enota
Vhodno – izhodna enota
![Page 27: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/27.jpg)
IAS - podrobnosti 1000 x 40 bitne besede
Bnarna števila 2 x 20 bitni ukazi v eni pomnilniški besedi – vsak ukaz ima
operacijsko kodo in naslov v pomnilniku Registri v CPE
Pomnilniški podatkovni register (Memory Buffer Register - MBR)
Pomnilniški naslovni register (Memory Address Register - MAR)
Ukazni register (Instruction Register – IR) Ukazni vmesni register (Instruction Buffer Register – IBR) Programski števec (Program Counter – PC) Akomulator (Accumulator – AC) Multiplier Quotient
![Page 28: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/28.jpg)
Struktura IAS - podrobnosti
Glavnipomnilnik
Aritmetična in logična enota
Krmilna enota
VhodnoIzhodna enota
MBR
Vezja ALE
MQAkomulator
MAR
Vezja KE
IBR
IR
PC
Naslov
Ukaziin podatki
Centralna procesna enota
![Page 29: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/29.jpg)
Poslovni računalniki 1947 - Eckert-Mauchly Computer
Corporation UNIVAC I (Universal Automatic
Computer) US Bureau of Census 1950
calculations Konec1950 - UNIVAC II
Hitrejši Več pomnilnika
![Page 30: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/30.jpg)
IBM 1953 - model 701
Prvi IBM-ov računalnik s shranjenim programom
Namenjen znanstvenim izračunom 1955 - model 702
Namenjen poslovnim aplikacijam
![Page 31: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/31.jpg)
Tranzistorji Zamenjajo elektronk Manjši Cenejši Manj se grejejo in porabijo manj
energije Narejeni iz silicija Iznašli so ga v Bellovih
Laboratorijih - William Shockley
![Page 32: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/32.jpg)
Računalniki, ki so uporabili trazistorsko tehnologijo Druga generacija računalnikov IBM 7000 DEC - 1957
Proizvedli so PDP-1
![Page 33: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/33.jpg)
Generacije računalnikov Prva generacija - Elektronke - 1946-1957 Druga generacija - Tranzistorji - 1958-1964 Tretja generacija - Small scale integration (SSI) - 1965 do
100 tranzistorjev na čip Tretja genracija - Medium scale integration (MSI) do 1971
100-3000 tranzistorjev na čip Četrta generacija - Large scale integration (LSI) - 1971-
1977 3000 - 100000 tranzistorjev na čip
Četrta generacija - Very large scale integration (VLSI)- 1978 do danes
100 000 – 100 000 000 tranzistorjev na ćip Ultra large scale integration (ULSI)
Več kot 100 000 000 tranzistorjev na čip
![Page 34: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/34.jpg)
Prva računalniška generacija 1946-1957 Primeri ENIAC, EDVAC, IAS Aritmetika s fiksno vejico Releji in elektronke Strojni in zbirni jezik Čitalci in luknjalci kartic Magnetni boben
![Page 35: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/35.jpg)
Druga računalniška generacija• 1958-1964 • Tranzistorji• Magnetni diski• Feritni pomnilniki• Visoki programski jeziki (FORTRAN, COBOL)• Primeri IBM 7094, CDC 6600• Paketna obdelava (batch processing)• Aritmetika s plavajočo vejico• V/I procesorji
![Page 36: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/36.jpg)
Tretja računalniška generacija 1964 – 1978 SSI in MSI integracija Polprevodniški pomnilniki Predpomnilnik Navidezni pomnilnik Mikroprogramiranje Multiprogramiranje Multiprocesiranje Cevljenje Vektorski računalniki (TI-ASC) SIMD računalniki (ILIAC 4) MIMD računalniki (CMMP)
![Page 37: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/37.jpg)
Četrta računalniška generacija 1979 – LSI, VLSI, ULSI RISC Časovno dodeljevanje (time sharing) Paralelno procesiranje (podatkovno
vodeni računalniki, sistolična polja, rekonfigurabilni
Masovni paralelizem (Connection machine)
![Page 38: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/38.jpg)
Peta računalniška generacija 1980 – Procesiranje znanja Direktno izvajanje logičnih jezikov (npr.
PROLOG – strojni jezik) Inteligentni sistemi Ekpertni sistemi Nevronske mreže Multimedia
![Page 39: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/39.jpg)
Šesta računalniška generacija 1980 – Molekularni računalniki Optični računalniki Fotonika
![Page 40: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/40.jpg)
Moore – ov Zakon Law
Gordon Moore - soustanovitelj Intel-a Rekel je, da se bo število tranzistorjev na čip
podvojilo vsako drugo leto Od 1970 naprej se število tranzistorjev na čip
podvoji vsakih 18 mesecev Cena čipov ostaja enaka Večja gostota na cm2 pomeni krajše električne
povezave, kar pomeni večjo zmogljivost. Zmanjševati moramo napajalno napetost, da ne pride do prebojev, povečujemo lahko frekvenco Manj povezav med čipi pomeni večjo zanesljivost
![Page 41: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/41.jpg)
Rast števila tranzistorjev na čip
![Page 42: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/42.jpg)
Grosch – ev zakon
Zmogljivot = konstanta * cena2
Nakup računalnikov iz zgornjega nižjega razreda je bolj
ekonomičen, kot nakup računalnikov iz spodnjega višjega
razreda.
![Page 43: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/43.jpg)
IBM 360 družina računalnikov 1964 Zamenja serijo 7000 in ni kompatibilna z
njenimi izvedenkami Prva planirana “družina” računalnikov
Enak ali identičen nabor ukazov Enak ali identičen operacijski sistem Iz generacije v generacijo se povečuje
zmogljivost (možno število priključenih terminalov, večji pomnilnik, večje število izvedenih ukazov na sekundo) in cena
Stikalna povezava med enotami
![Page 44: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/44.jpg)
DEC PDP-8 1964 Prvi miniračunalnik $16,000
$100k+ za IBM 360 Uporaba vodil
![Page 45: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/45.jpg)
DEC - PDP-8 vodilna struktura
OMNIBUS
ConsoleController
CPU Glavni pomnilnik
V/IModul
V/IModul
![Page 46: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/46.jpg)
Intel 1971 - 4004
Prvi mikroračunalnik Vse CPE komponente na enem čipu 4 bitna arhitektura
1972 8008 8 bitna arhitektura
1974 - 8080 Prvi splošno namenski mikroračunalnik
![Page 47: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/47.jpg)
Povečevanje zmogljivosti Cevljenje Povečanje števila registrov in izravnalnikov Vektorsko izvajanje Predpomnilnik (cache) na matični plošči L1 in L2 predpomilnik na marični plošči Predvidevanje vejitev (branch prediction) Data flow analiza Spekulativno izvajanje ukazov
![Page 48: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/48.jpg)
Zmogljivost Hitrost procesorjev se povečuje Kapaciteta pomnilnikov se
povečuje Hitrost dostopov do pomnilnikov se
povečuje počasneje, kot se povečuje hitrost procesorjev
![Page 49: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/49.jpg)
Lastnosti DRAM pomnilnikov in procesorjev skozi čas
![Page 50: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/50.jpg)
Trendi pri uporabi DRAM pomnilnikov
![Page 51: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/51.jpg)
Rešitve Povečevanje prenosa večjega števila bitov
istočasno iz pomnilnika v procesor Narediti DRAM “daljši” ne “globlji”
Spremeniti vmesnik do DRAM-a Predpomnilnik
Zmanjšati frekvenco dostopov do glavnega pomnilnika
Boljši predpomnilnik ali več predpomnilnika direktno na čipu, kjer je CPE
Povečati pasovno širino komunikacijske strukture Hitrejša vodila Hierarhično organizirana vodila
![Page 52: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/52.jpg)
Flinova klasifikacija računalniških sistemov
Single instruction, single data stream - SISD
Single instruction, multiple data stream - SIMD
Multiple instruction, single data stream - MISD
Multiple instruction, multiple data stream- MIMD
![Page 53: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/53.jpg)
Single Instruction, Single Data Stream - SISD En sam procesor En sam tok ukazov Podatki so shranjeni v enem
pomnilniku
![Page 54: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/54.jpg)
SISD
![Page 55: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/55.jpg)
Multiple Instruction, Single Data Stream - MISD Zaporedje podatkov Pošljejo se množici procesorjev Vsak procesor izvaja druge ukaze
nad istim podatkom Model nikoli ni bil implementiran
![Page 56: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/56.jpg)
Single Instruction, Multiple Data Stream - SIMD En sam strojni ukaz Nadzorna enota nadzira izvajanje
ukaza nad večimi instancami podatkov
Več procesnih elementov Vektorski in poljski (array)
procesorjip1 p2 p3 p4 p5 p6
i1 i1 i1 i1 i1 i1
i2 i2
čas
procesorji
i2 i2 i2 i2i3 i3 i3 i3 i3 i3
![Page 57: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/57.jpg)
SIMD
![Page 58: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/58.jpg)
Multiple Instruction, Multiple Data Stream- MIMD Množica procesorjev Sočasno izvršujejo vsak svoje
ukaze Vsak ukaz uporablja svoje podatke SMP (Symetric Multiprocessors),
grozdi (clusters) in NUMA (Non Uniform Memory Access) sistemi
![Page 59: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/59.jpg)
MIMD – močno sklopljeni rač. Sistem (Tightly coupled)
![Page 60: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/60.jpg)
Močno sklopljeni - SMP Procesorji si delijo skupni pomnilnik Preko skupnega pomnilnika komunicirajo Symmetric Multiprocessor (SMP)
Delijo si en sam pomnilnik ali množico pomnilnikov (pool)
Delijo si skupno vodilo, preko katerega prihajajo do pomnilnika
Čas dostopa do pomnilnika je enak za vse procesorje (UMA – Uniform Memory Access)
![Page 61: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/61.jpg)
Močnosklopljeni rač. sistemi - NUMA Nonuniform memory access Časi dostopa se razlikujejo glede
na del pomnilnika do katerega dostopa procesor
![Page 62: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/62.jpg)
MIMD – šibko sklopljeni rač. Sistem (Loosely Coupled)
![Page 63: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/63.jpg)
Šibko sklopljeni – Grozdi (Clusters) Kolekcija neodvisnih
enoprocesorskih sistemov ali SMP-jev
Združeni so v grozd Komunicirajo prek skupne
komunikacijske povezave (npr. Crossbar) ali računalniške mreže
![Page 64: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/64.jpg)
Delitev računalniških sistemov
![Page 65: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/65.jpg)
Kaj lahko merimo v rač. sistemih? Čas izvajanja programa (execution time) Zakasnilni čas (latency time) -
komunikacije Čas odziva (response time) Propustnost (število obdelanih poslov na
sekundo – troughtput) Pasovna širina (število dostavljenih
podatkov na sekundo bandwith) – pomnilnik, V/I enote, komunikacije
![Page 66: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/66.jpg)
Zmogljivostzmogljivost = 1/čas izvajanja
čas izvajanjaY/čas izvajanjaX =1 + n/100
= zmogljivostx/zmogljivostY
n = 100 *((zmogljivostx – zmogljivostY)/zmogljivostY)
n = ((čas izvajanjaY/čas izvajanjax)- 1) 100
![Page 67: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/67.jpg)
Pospešek - speedup
Pr - zmogljivost z uporabo razširitev
Pc – zmogljivost brez uporabe razširitev
Sr – Povečanje hitrosti z uporabo razširitev
Sr = Pr/Pc
![Page 68: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/68.jpg)
Amhdalov zakon Izboljšanje zmogljivosti, če
uporabljamo izboljšave v računalniku, je omejeno z delom časa, v katerem lahko to izboljšavo izkoristimo.
![Page 69: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/69.jpg)
Amhdalov zakon Fr – del časa, ko lahko uporabimo izboljšave Sr – pospešek pri uporabi izboljšave Sc- pospešek sistema Ts – čas izvajanja brez uporabe izboljšave Tn – čas izvajanja z uporabo izboljšave
Tn = Ts (1-Fr+(Fr/Sr))
Sc= Ts/Tn = (1/ (1-Fr+(Fr/Sr))
![Page 70: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/70.jpg)
Enote za merjenje zmogljivosti Dryston Whetston MIPS (Milion Instructions per Second) VUP (VAX MIPS) IBM MIPS MFLOP (Milion Floating Point Instructions per
Second) SPECINT, SPECFP TPS (Transactins per Second) MBS (Megabytes per Second)
![Page 71: Osnove arhitekture računalniških sistemov](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022012314/56815269550346895dc09c39/html5/thumbnails/71.jpg)
Zmogljivostni testi Drystone Whetstone Linpack Livermore Loops Specmark (12 programov) Transaction Processing Test Debit/credit test Perfect Club Suite Več na http://www.netlib.org/