Računalniška strojna oprema Leon KOS, LECAD

Računalniška strojna opremaRačunalniška strojna opremaLeon KOS, LECADLeon KOS, LECAD

Dve predavanji Dve predavanji Arhitektura računalnikaArhitektura računalnika

SplošnoSplošnoCPU, vodilo, RAM, zunanji pomnilniki,…CPU, vodilo, RAM, zunanji pomnilniki,…Računalniška grafika,Računalniška grafika,Vhodno-izhodne naprave,Vhodno-izhodne naprave,mikrokrmilnikimikrokrmilniki

Računalniške komunikacije in omrežjaRačunalniške komunikacije in omrežjaStandardiStandardiTopologija, arhitekturaTopologija, arhitekturaInternetni protokoliInternetni protokoli

Arhitektura računalnikaArhitektura računalnikaArhitektura - Kako je sistem zgrajen?Arhitektura - Kako je sistem zgrajen?

Obsega naprave, ki so nanj priklopljene Obsega naprave, ki so nanj priklopljene Podaja:Podaja: Arhitektura nabora: Arhitektura nabora: CPU, tip, širina vodila, CPU, tip, širina vodila,

večopravilnostvečopravilnost Mikroarhitektura: Mikroarhitektura: RISC, CISC CPURISC, CISC CPU Konstukcija sistema: Konstukcija sistema: RAMRAM , ,

DMA, SMP, DMA, SMP, IO napraveIO naprave, …, …

Razvoj računalnikovRazvoj računalnikov

ZgodovinaZgodovina prehod od velikih na mikro prehod od velikih na mikro

računalnike računalnike manjšanje velikosti (delovne manjšanje velikosti (delovne

postaje -> PC)postaje -> PC) večanje hitrostivečanje hitrosti, paralelizacija, paralelizacija večanje zahtevnosti opravilvečanje zahtevnosti opravil

Moore’ov zakonMoore’ov zakon

Eksponentna rastEksponentna rast2,25

0

Število transistorjev v CPE se bo podvojilo vsakihŠtevilo transistorjev v CPE se bo podvojilo vsakih 18 18 mesecevmesecev

Gordon Moore, Intel co-founder

42millions

1.7 billionsMontecito

10 μm13.5mm2

Gostota transistorjevGostota transistorjev

NaNačrt procesorja črt procesorja Itanium 2Itanium 2

Trend gostote moTrend gostote močiči

Strojna oprema računalnikaStrojna oprema računalnika

Osnovne potrebe:Osnovne potrebe: Vhod-IzhodVhod-Izhod Shranjevanje in posredovanje podatkovShranjevanje in posredovanje podatkov ProcesiranjeProcesiranje

SplošenSplošen Intel PC Intel PC SistemSistem

CPU – Central Processing UnitCPU – Central Processing Unit

CPU – Osnovni del v enem kosuCPU – Osnovni del v enem kosu

Podporna vezja (mostovi)Podporna vezja (mostovi)

Sestava:Sestava: ALU, FPUALU, FPU Pipeline (sočasno izvajanje)Pipeline (sočasno izvajanje) Cache (vmesni pomnilnik) L1, L2Cache (vmesni pomnilnik) L1, L2

Intel Core Intel Core i7 procesori7 procesor

Integrirana porazdelitev toplote (IHS) prenaša toploto na hladilnik

Silicijeva rezinav enem kosu vsebuje več jeder(procesorjev)

SubstratNosi in skrbi za povezavo (kontate) z matično ploščo

Core 2 Duo Core 2 Duo MikroarhitekturaMikroarhitektura

Karakteristike CPUKarakteristike CPU

Število bitov (8, 16, 32, 64, 128)Število bitov (8, 16, 32, 64, 128)

Naslovno vodiloNaslovno vodilo

Podatkovno vodiloPodatkovno vodilo

FrekvencaFrekvenca

Blok diagram enostavnega CPUBlok diagram enostavnega CPU

branje ukazovbranje ukazov

dekodiranje (nabor)dekodiranje (nabor)

registri (operandi)registri (operandi)

ALUALU

NABORNABORCISC in RISCCISC in RISC

ComplexComplex

ReducedReduced

Vzporedna obdelava na veVzporedna obdelava na večč procesorjih (CPU, GPU)procesorjih (CPU, GPU)

OpenMP – nitkanje na veOpenMP – nitkanje na veččih jedrihih jedrih

MPI – Povezovanje MPI – Povezovanje procesov (lahko na procesov (lahko na različnih računalnikih)različnih računalnikih)

OpenCL, OpenACCOpenCL, OpenACC (CUDA)– Povezava GPU (CUDA)– Povezava GPU in CPU s skupnim jezikom in CPU s skupnim jezikom Ozko grlo (bottleneck)Ozko grlo (bottleneck) Analiza problemov glede naAnaliza problemov glede na

zahtevano opravilo. Pohitritevzahtevano opravilo. Pohitritev

P=stopnja vzporednostiP=stopnja vzporednosti

N=N= število procesorjev število procesorjev

RAM - RAM - Random access Random access MemoryMemory

StatičniStatični

DinamičniDinamični

Ostali: FLASH, CMOS, ROM, EEPROM,...Ostali: FLASH, CMOS, ROM, EEPROM,...

Osnovna lastnost:Osnovna lastnost:

KapacitetaKapaciteta

HitrostHitrost

Dinamični pomnilnikDinamični pomnilnik

RASRAS

CASCAS

WEWE

Zakasnitve v dostopuZakasnitve v dostopu SDRAMSDRAM DDRDDR RDRAMRDRAM

Sočasnen dostop do Sočasnen dostop do dinamičnega pomnilnikadinamičnega pomnilnika

Double Data Double Data Rate (DDR) Rate (DDR) omogoča omogoča podvojitev podvojitev hitrostihitrosti

RDRAM RDRAM načeloma še načeloma še več več

BUS – Podatkovno vodiloBUS – Podatkovno vodilo

Vodilo CPU (address/data BUS)Vodilo CPU (address/data BUS)

Vodilo I/O napravVodilo I/O naprav

Vodilo med napravamiVodilo med napravami

SpecifikacijaSpecifikacija električnaelektrična hitrostnahitrostna

Blokovna shema vodilBlokovna shema vodil

Procesorsko vodiloProcesorsko vodilo

DataData

AddresAddresss

ControlControl

Interna vodila (v rač.) Interna vodila (v rač.)

ParalelnaParalelna ISA, EISA, VME, ...ISA, EISA, VME, ... VESAVESA, SCSI, SCSI AGPAGP, PCI, PCI-x, PCI, PCI-x

SerijskaSerijska PCIe, PCIe, I²C I²C SSASAS, SATA, SATA FireWireFireWire

Zunanja vodilaZunanja vodila

ParalelnaParalelna SCSI, PATASCSI, PATA GPIB, PCMCIAGPIB, PCMCIA CentronicsCentronics

SerijskaSerijska USBUSB FirewireFirewire omrežja (LAN)omrežja (LAN)

Operacije na vodiluOperacije na vodilu

PrekinitvePrekinitve / Interrupt / Interrupt

DMADMA Direct Memory Access Direct Memory Access

prenos brez posredovanja CPUprenos brez posredovanja CPU

Zunanji pomnilnikiZunanji pomnilniki

Trdi diskiTrdi diski kapacitetakapaciteta HitrostHitrost

Solid State DiskiSolid State Diski

DelovanjeDelovanje

SATA in SASSATA in SAS

RAID = Redundant Array of RAID = Redundant Array of Inexpensive DisksInexpensive Disks

Nivo (Level 0) – stripping Nivo (Level 0) – stripping

razporeditevrazporeditev

Nivo 1 – ZrcaljenjeNivo 1 – Zrcaljenje

Nivo 2, CRCNivo 2, CRC

Nivo 3, Višja stopnja CRCNivo 3, Višja stopnja CRC

Nivo 4, Ločen disk za CRCNivo 4, Ločen disk za CRC

RAID5, RAID6, ZRAID RAID5, RAID6, ZRAID

Nivo 5 , priljubljenNivo 5 , priljubljen

odpravljanje in rekonstrukcijaodpravljanje in rekonstrukcija

podatkovpodatkov

Nivo 6 Dvojni CRC level 5Nivo 6 Dvojni CRC level 5

Kombinacije RAID10, Kombinacije RAID10, RAID50RAID50

ZRAID in ZFS za velike ZRAID in ZFS za velike sisteme diskovsisteme diskov

Prenosni pomnilniki Prenosni pomnilniki

DVDDVD n*4,7GB n*4,7GB

BBluelueRRayay 25, 50, 25, 50, 200GB200GB

USBUSB flash 64GB flash 64GB

tračne enotetračne enote

Računalniška grafikaRačunalniška grafika

GPU pospeševalnikiGPU pospeševalniki(Tesla, Fermi)(Tesla, Fermi)

2D – bitblt2D – bitblt

3D3D OpenGLOpenGL DirectXDirectX