Hardver Ismeretek. Várady Géza

Hardver Ismeretek Várady Géza [email protected]

1

Bevezetés - fogalmak 

Informatika sokrétű 

Információk    



Információtechnika 



Szerzése Feldolgozása Tárolása Továbbítása

Informatika a technikai eszköz oldalról

Számítástechnika Automatizált adatfeldolgozás eszközeivel foglalkozik 

2


Rendszer  



Elemekből áll Elemek között viszonyok léteznek

Rendszerkörnyezetek 

Határok meghúzása  



Belső környezet Külső környezet

Kettős rendszernézet  

Valóság, valós rendszer (VR) Róla szóló ismeret – információs rendszer (IR)

3


Probléma  



Fejlesztő nem érti (jól) a VR-t Felhasználó nem érti (jól) az IR-t

Helyes informatikai szemlélet, 3 dolog egységében gondolkozni   

Valóság (valós rendszer, VR) Ismereti kép (információs rendszer, IR) Technikai erőforrás (eszközrendszer, ER)

4


VR – IR 

A megfelelő kapcsolatot egy jó modell biztosíthatja, amely a feladat szempontjából jól írja le absztrakt módon a valós rendszert. Modell: valós rendszer megfelelő mértékben egyszerűsített leírása. Csupán a feladat szempontjából érdekes összefüggéseket és objektumokat tartalmazza.

5

Bevezetés 

Informatikusok feladata 

Valós rendszer (VR) ismerete 



Információs rendszer (IR) ismerete 



Ismerni kell az adott feladat valós rendszerbeli működését (pl. kémia, aerodinamika, stb...) Informatikai megoldások ismerete

Eszközrendszer (ER) ismerete 

Technikai eszközök ismerete

6

Bevezetés 

Informatikai megoldások elsődleges eszközei: 

Számítógépek 





Analóg számítógépek (folyamatos jeleken és értékeken alapul) Digitális számítógépek (ugrásszerű jeleken és értékeken alapul)

Tárgy témája a digitális számítógépek   

Felépítése Működése Osztályozása 7

Bevezetés 

Digitális számítógép   



Emberi problémák Utasítások Megoldás

Számológép – számítógép  

Sűrű interakció Program  Utasítások sorozata

? = 8

Bevezetés 

Elektronikus áramkörök 

 

Egyszerű utasításokat hajtanak végre („add össze”, „hasonlíts”, „másolj”)

Utasítások együttese: Nyelv Gép nyelve: „Gépi nyelv” (L0) 



Pl.

„0F A2” (cpuid) „F4” (hlt) „E9” (jmp short) Emberek számára nehézkes, fárasztó, komplex feladatoknál átláthatatlannak tűnik 9

Bevezetés 

Megoldás: Ember számára érthetőbb, új utasításrendszer (L1, L2, L3…)



Absztrakciós szintek - komplexitás kezelése Strukturált számítógép felépítés

10

Struktúrált számítógép felépítés 



Az új utasítások rendszere is nyelv (L1). Két módszer az új nyelv kezelésére: Első módszer: 

L1 utasításait L0-beli sorozatokkal helyettesítjük L1

aa1 bb1 cc1 ..

L0

a0 a1 a2 b0 b1 c0 11

Nyelvek 

Ekkor L1-ből létrejön egy új L0-beli program és az fut le L1 nyelvű program

L0 nyelvű Fordító

Számítógép

program

Ez a módszer: Fordítás A fordítást végző program: Fordító (Compiler)

12

Nyelvek 

Másik módszer:  

L0 nyelvű L1 értelmező (Interpreter) Utasításonként végrehajtódik az L1 program

L1 nyelvű program



Értelmező

Számítógép

Nincs köztes L0 nyelvű program 13

Nyelvek 

Fordító – Értelmező különbségek     

Tc(futtat) << Ti(futtat) Fordítás: létrejön egy köztes L0 program Értelmezés: nincs köztes program Értelmezés: fejlesztés, hibakeresés gyorsabb Tc(fordít)+Tc(futtat) > Ti(futtat)

L1 nyelvű

Fordító

program L1 nyelvű program

L0 nyelvű

Számítógép

program Értelmező

Számítógép 14

Nyelvek 

Értelmezés - Virtuális gép

L1 nyelvű

Értelmező

Számítógép

program



„Gépi” nyelve L1 15

Nyelvek  

Értelmezés - virtuális gépek – többszintű gép Az n-edik szintű Ln nyelvű, Mn virtuális gép nyelven írt programokat lefordítják n-m-edik L3 nyelvű, M3 virtuális gép szintűre, vagy egy L2 nyelvű, M2 virtuális gép n-m-edik szintű értelmező értelL1 nyelvű, M1 virtuális gép mezi őket, mЄ[1,..,n] L0 nyelvű, M0 valódi gép

16

Nyelvek 

Egyre magasabb szintű nyelvek 



Miért nem hardveresen? 



Speciális célú, de átlátható Lehetséges, de nagy költséggel járna

Hordozhatóság 

n-edik szintű nyelv, különböző gépek n-1-edik szintjeire épülhet

17

Nyelvek 



n-edik szintű nyelv programozója nem szükséges hogy ismerje az n-m szinteket Azoknak akik új szinteket terveznek vagy gyors és hatékony programokat akarnak írni, szükséges az alsóbb szintek ismerete

18

Többszintű gépek problémaorientált nyelvi szint 

Legtöbb mai számítógép kettő vagy több szintű

assembly nyelvi szint operációs rendszer gépi szintje utasításrendszer-architektúra szintje mikroarchitektúra szintje digitális logikai szint

19


Valódi hardver 

Kapuk  Digitális eszközök

assembly nyelvi szint operációs rendszer gépi szintje utasításrendszer-architektúra szintje



Alatta: eszközszint (tranzisztorok)

mikroarchitektúra szintje digitális logikai szint

20


ALU (Arithmetic Logic Unit), regiszterek

assembly nyelvi szint operációs rendszer gépi szintje utasításrendszer-architektúra szintje mikroarchitektúra szintje digitális logikai szint

21


ISA (Instruction Set Architecture) szint 

assembly nyelvi szint operációs rendszer gépi szintje

Gépi nyelvű utasítások utasításrendszer-architektúra szintje szintje


22






Kevert szint, ISA szintű assembly nyelvi szint utasítások és új utasítások vegyesen operációs rendszer gépi szintje eltérő memóriautasításrendszer-architektúra szintje szervezés Több program egyidejű mikroarchitektúra szintje futtatása

digitális logikai szint

23

Többszintű gépek 

Alkalmazás problémaorientált nyelvi szint programozók (többnyire fordító, szavakból álló assembly nyelvi szint nyelvek)

operációs rendszer gépi szintje



Rendszerprogramozók (értelmező, numerikus programok)

utasításrendszer-architektúra szintje mikroarchitektúra szintje digitális logikai szint

24


Az alsóbb assembly nyelvi szint szintek nyelveinek „kényelmeoperációs rendszer gépi szintje sebb” formája utasításrendszer-architektúra szintje (assembler) mikroarchitektúra szintje digitális logikai szint

25




Magas szintű nyelvek (C, assembly nyelvi szint C++, Java, stb..) operációs rendszer gépi szintje Speciális alkalmazási utasításrendszer-architektúra szintje területre is kiélezett lehet


26

Többszintű gépek 

Egy szint   



adattípusai, műveletei, Szolgáltatásai

A szint architektúrája

Számítógép felépítése ~ Számítógép-architektúra

27

Mikroprogramozás 

1940 – digitális számítógépek kétszintűek  



Digitális logika szintje (bonyolult áramkörök) ISA-szint (programok)

1951 – Maurice Wilkes 

legyen három szint   

 

Digitális logika Beépített értelmező (mikroprogram) ISA-szint

Kevesebb áramkör (azaz kevesebb vákuumcső) 1970-re minden komoly gép így készült 28

Operációs rendszerek 

~1960  

Számítási idő Kezelés - programozó személyesen      



Fordító program betöltése (kártyákról, pl. FORTRAN) Program betöltése (FORTRAN nyelvű) Fordítás  új program kártyán (Gépi kódú) Új program betöltése Futtatás Kimenet

Hiba esetén memóriamásolat (core dump),

otthon tanulmányozható. 29

Operációs rendszerek 

Gépkezelő munkájának kiváltása  



Vezérelt betöltések (fordító, új program, adat) Egyre több szolgáltatás az ISA szint felett

Új réteg körvonalazódott Operációs rendszeri makroutasítások  mai néven: rendszerhívások

30

Mikroprogram szintje  

Egyre több szolgáltatás ezen a szinten Eleinte „csak” műveleti utasítások 



Később új tulajdonságok is  



Pl. megszakítások rendszere Program felfüggesztés, folytatás

Mikroprogramok „meghíztak” 



Pl. „ADD” huzalozott, de „INC” mikroprogram

Visszatértek a hardveres megoldások

Programozó szempontjából mindegy 31

Mérföldövek – 0. generáció 

1642 Blaise Pascal 



1694 Gottfried Wilhelm von Leibniz 



Mechanikus gép – 4 alapművelet

1822 Charles Babbage 



Mechanikus gép – összead, kivon

Differenciagép – polinom közelítés

1837 Charles Babbage  

Analitikus gép – 4 művelet Lyukkártyákkal programozható, kimenet is kártyákon 32


1937, John Atanasoff, Georg Stibbitz  

Számológép Kondenzátor memória, felejtés ellen frissítés (mint ma...)

33


1943 Alan Turing 



1943 - 1946 John Mauchley  



COLOSSUS – vákuumcsövek, kódfejtés ENIAC – 18000 vákuumcső, 140000 Watt 30 tonna, programozás 6000 kapcsolóval

1945 Neumann János 

EDVAC IAS    

Memória (adat és program) Aritmetikai Logikai Egység (ALU) Vezérlő egység Bement/Kimeneti eszközök 34

1. Generáció – Neumann elvű gép Processzor (CPU) Vezérlő egység

Beviteli egység (Input)

Aritmetikai logikai egység

perifériák adatátvitel

Operatív tár (Memória)

vezérlés

Kiviteli egység (Output)

perifériák © Dr. Istenes Zoltán

35


1948 John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley 



Tranzisztor

DEC PDP-8  

Egyetlen sín (omnibus) Eltér a memóriacentrikus felépítéstől (miniszámítógépeken ez van ma is) CPU

Memo

Terminal

Lyukszallag I/O

omnibus

Egyéb

36

Mérföldkövek - 2. generáció 

1964 CDC 6600   

Seymour Cray 1 nagyságrenddel gyorsabb mint a korabeliek Nagyfokú párhuzamosság 



Kiegészítő CPU-k

Mai gépek sok lényeges eleme visszavezethető erre a gépre

37

2. Generáció Processzor

Vezérlő egység

(CPU)

vezérlés Aritmetikai logikai egység

Operatív tár (memória)

Csatorna

Csatorna

adatátvitel perifériák

háttértárak 38

Mérföldkövek – 3. generáció  

1958 Robert Noyce – Integrált Áramkör (IC) Gépcsalád felfogás (IBM System 360)  



Multiprogramozás Más gépek emulációja (több mikroprogram)

Első operációs rendszerek

39

Mérföldkövek – 4. generáció 

VLSI (Very Large Scale Integration) 

    

Több millió tranzisztor egy lapkán

1980 – Személyi számítógépek kora 1981 IBM PC (MS DOS) 1984 Apple Macintosh (GUI) 1985 386 (Pentium igazi őse) Manapság: 64 bites PC-k

40

Mérföldkövek – 5. generáció 

Méretek csökkennek  

PDA-k „láthatatlan számítógépek” 



Körömnyi gépek mindenben (óra, bankkártya, stb)

„mindenütt jelenlevő számítástechnika” – Mark Weiser

41

Mit hoz a jövő? 

Moore-szabály 



~18 havonta megduplázódik a tranzisztorok száma egy lapkán

Moore-szabály másik értelmezése: ugyanazt egyre olcsóbban állíthatjuk elő

42

Mai gépek skálája Eldobható számítógép 0,5 USD

Zenélő képeslap

Mikrovezérlő

5 USD

Órák, autók, stb

Játékgép

50 USD

Videójátékok

PC

500 USD

Asztali és hordozható gépek

Szerver

5000 USD

Hálózati kiszolgáló

Munkaállomás csoport

50000-500000 USD

Mini-szuperszámítógép

Nagyszámítógép

5000000 USD

Banki kötegelt adatfeldolgozás Tanenbaum 43

Eldobható számítógépek 



Eldobható számítógép – eldobható repülőgép? Körömnyi számítógépek egyik fontos területe RFID (Radio Frequency IDentification, rádiófrekvenciás azonosító)   

Ár: pár tíz Forint Benne: rádióadóvevő + 128 bites szám Méret: kiskörömnyi 44

Eldobható számítógépek 

RFID-vel megjelölhetőek:    



Áruk Járművek Állatok Emberek…

Pénz is megjelölhető vele 

Pl.: Euro   

Rablás Hamis pénz Pénzforgalom

Több infó: www.rfid.org

45

Mikrovezérlők 

Beágyazott számítógépek 



Mosógép, „mikró”, mobil telefon, nyomtató, CDROM-meghajtó, MP3-lejátszó, TV, kamera, rakéta, kávéautomata, rádiós autó

Teljes értékű számítógépek    

8 – 64 bites CPU + I/O + Mem Beépített szoftver (ROM) Gyakran „realtime” – azonnali válasz kell 46

Személyi számítógépek 

Lelke: nyomtatott áramköri kártya 

 

CPU, Memória, I/O eszközök,perifériavezérlők, bővítők

Rengeteg periféria és szoftver Különböző méretekben  

Laptop PDA (teljes értékű PC)

47

Kiszolgálók (szerverek) 

Általában egy „erősebb” PC



Több memória Nagyobb háttértár(ak) Gyors hálózati kapcsolat



Szoftver: általában UNIX v. Windows változat

 

48

Munkaállomás csoport 

Csoportba – Cluster (fürt)-be kapcsolt gépek (COW, Clusters of Workstations)  

 

Gigabites hálózatban Speciális szoftverrel – feladatokat megosztva végzik Könnyen skálázható pl. géptermi gépek éjjel „render farm”-ként üzemelnek

49

Nagyszámítógépek    

A teremnyi gépek leszármazottai A gyors szervereknél nem sokkal gyorsabbak, de Több ezer Gigabyte tárat kezelnek Drága és kockázatos lecserélni őket 

 

Régi, megbízható szoftverek

Internetes kiszolgálásra is jók manapság Szuperszámítógépek (Cluster-ezés kiejtette őket) 50

Számítógépek felépítése

51

Számítógépek felépítése 

Digitális számítógép fő komponensei   

CPU-k (Central Processing Unit) Memóriák Bemeneti / kimeneti (I/O) egységek

Intel 486DX2  12x6,75 mm

52

Egyszerű számítógép Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység

Aritmetikai Logikai Egység (ALU)

Regiszterek

I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

Sín (bus) 53

CPU feladata Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység


Regiszterek

Központi memóriában tárolt programok futtatása Utasítások beolvasása, értelmezése, végrehajtása I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

54

Sín (bus) feladata Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység

Részegységek összekötése, Címek, adatok, vezérlőjelek haladnak rajta


Regiszterek

I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

55

Vezérlőegység feladata Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység

Utasítások beolvasása a memóriából, típusuk megállapítása (AND ? OR? JMP?)


Regiszterek

I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

56

ALU feladata Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység

Műveletek végzése, pl: Összeadás, szorzás, stb…


Regiszterek

I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

57

Regiszterek feladata Központi vezérlő egység (CPU) Vezérlő egység

Több regiszter, más más feladatokkal: - részeredmények - vezérlőinformációk


Regiszterek

I/O eszközök

Központi memória

Lemez

Nyomtató

58

Regiszterek 

Utasítás- vagy programszámláló regiszter (Program Counter, PC) 



Utasításregiszter (Instruction Register, IR) 

 

Következő utasítás címe Épp végrehajtott utasítást tartalmazza

Általános célú regiszterek Egyéb speciális célú regiszterek

59

CPU felépítése - adatút Regiszterek (tipikusan 1..32)

adatút

A+B A

ALU (Aritmetikai-logikai egység) bemeneti regiszter

B

B

A

ALU bemeneti sín ALU kimeneti regiszter

ALU

A+B

60

CPU felépítése - adatút Megfelelő regiszterek tartalma az ALU regiszterekbe kerülnek a művelet végrehajtásához

adatút

A+B A B

B

A

ALU

A+B

61

CPU felépítése - adatút

adatút

A+B A

Amíg az ALU máson dolgozik, az adatok az ALU regiszterekben tárolódnak

B

B

A

ALU

A+B

62


adatút

A+B A B

B

A

ALU

ALU elvégzi a megfelelő műveletet

A+B

63


adatút

A+B A B

B

A

ALU

A+B

A művelet elvégzése után az eredmény az ALU kimeneti regiszterbe kerül, ha szükséges, visszakerül a memóriába 64

Utasítások 

„Regiszter – memória” típus 



„Regiszter – regiszter” típus 



Memóriából vagy memóriába ír egy regiszterbe vagy regiszterből Tipikusan két regiszterből vesz operandusokat, beteszi őket az ALU-regiszterekbe, majd az ALU művelet utáni eredményt tárolja egy regiszterbe

Operandusok ALU-n való átfuttatása és eredmény regiszterbe helyezése az adatciklus. Jelentős mértékben az adatciklus határozza meg egy gép teljesítményét. 65

Utasítás végrehajtás 

Az utasításokat a CPU apró lépésekben hajtja végre:       

Soron következő utasítás beolvasása a memóriából az utasításregiszterbe Utasításszámláló beállítása a köv. utasításra Beolvasott utasítás típusának megállapítása Ha az utasítás memóriabeli szót használ, szó helyének megállapítása Ha szükséges, a szó beolvasása egy regiszterbe Utasítás végrehajtás Előlről, a köv. utasítással

betöltés (fetch) dekódolás (decode) Végrehajtás (execute)

66

Értelmezők 





A „betöltő-dekódoló-végrehajtó” ciklust imitálhatja egy szoftver is, azaz nem muszály az utasításokat „huzalozva”, „hardver”-ből megoldani  „Értelmező” (Interpreter) Az értelmező a célgép utasításait kis, egyszerű lépésekre bontja A célgép utasításai komplikáltak lehetnek, hardveres megvalósításuk sokkal drágább mint egy értelmező beiktatása 67

Értelmezők 



 

Az összetett utasítások gyorsabbak, gyakori „egyszerű utasítás szekvenciákat” ki lehet váltani velük Az összetett utasításokat hardver kiegészítőkkel jól lehetett párhuzamosítani Nagygépek – összetett utasítások Kisgépek – egyszerű utasítások

68

Értelmezők  

Szoftverfejlesztés drágult Kompatibilitás igénye nőtt (számítógép – családok)  Olcsó „kis” gépeken is szükségessé vált az összetett utasítások megvalósítása Hogyan érhető el? 69

Értelmezők 

Válasz: interpretálás 



Olcsó gépeken az összetett utasításokat egy értelmező segjtségével hajtották végre

Előnyök: 

 

Hibás utasítások, hardver tervezési hibák áthidalhatóak Új utasítások a hardver módosítása nélkül Strukturált felépítés – fejlesztés, teszt, dokumentáció 70

Értelmezők 





Az értelmező alapú fejlesztést segítették az olcsó vezérlőtárak (control store) is Az összetett utasítások a szűk memóriakeresztmetszetet miatt is gazdaságosak voltak (kevesebb „fetch”) Az összetett utasításokat végrehajtó egyszerű utasítások a mikroutasítások

71

RISC és CISC felépítés 

CISC (Complex Instruction Set Computer) 

Nagy utasításkészlet (200-300 utasítás)   



Nagy mikroprogram-tár igény   

 

Kényelmes Komplex feladatok egy utasításból megoldhatóak Egyszerű, rövid programok Széles címmezők a címzéshez Több tranzisztorral kivitelezhető Változó utasításhossz

Csak a szükséges pár regiszter van jelen Pl.: Intel 286/386/486, Pentium, VAX 72

RISC és CISC felépítés 

RISC (Reduced Instruction Set Computer)   

Kevés, alapvető utasítás (~50) Fix huzalozású (nincs értelmező, mikrokód) Bonyolultabb programozás  

Komplex dolgokat „kézzel” a programban Programok hosszabbak

Sok regiszter  Pl.: Pentium Pro, DEC Alpha, UltraSPARC, ARM (486-tól az Intel processzorokban CISC és RISC együtt: gyakori utasítások RISC, ritkák CISC) 

73

Tervezési elvek 

Mai tervezési elvek a RISC processzorok tervezési elvein alapulnak  

Gyakori utasításokat a hardver hajtsa végre Utasítás-kiadás üteme maximális legyen  



Párhuzamosság számít Sok lassú utasítás egymás mellett jó - időspórolás

Utasítások könnyen dekódolhatóak legyenek  

Minnél kevesebb utasítás formátum, annál jobb Egyforma utasításhosszak jók 74

Tervezési elvek 

Utasítások operandusai regiszterek legyenek 



Memória elérés lassú, jobb ha erre csak a dedikált utasításoknak van lehetősége (LOAD, STORE) és azok másolnak regiszter-memória között

Sok regiszter kell 

Minél több regiszter, annál kevesebb lassú memóriaelérés

75

Teljesítmény növelés 

Teljesítmény növelés módjai 

Órajel frekvencia növelés 



Általában technikai korlátba ütközik (Pl. Intel P4 3,6 GHz  melegedés, hibák)

Párhuzamosítás  

Utasítás szintű (utasítás kiadás növelése) Processzor szintű (több processzor dolgozik)

76

Utasításszintű párhuzamosság 

Csővezeték (Pipeline) 

Utasítások végrehajtásának szűk keresztmetszete az utasítások memóriából történő kiolvasása  



Prefetch buffer: előre kiolvasott utasításokat tárolja Lépések: beolvasás (előre) + végrehajtás

Csővezeték: kettő helyett több lépésben hajtja végre az utasítást 

Minden részt külön hardver kezel, párhuzamosan

77


5 fázisú csővezeték (Pipeline)

Utasítás beolvasó

S1



Utasítás dekódoló

S2

Operandusbeolvasó

S3

Utasításvégrehajtó

Visszaíró

S4

S5

1 órajel késleltetéssel mindegyik fázis elindul és párhuzamosan működik 78


5 fázisú csővezeték (Pipeline)

S1 (utasítás beolv.) S2 (utasítás dekód.) S3 (operandus beolv.) S4 (utasítás végreh.) S5 (visszaíró) 

1

2 1

3 2 1

4 3 2 1

5 4 3 2 1

6 5 4 3 2

Ábra: 6 órajelciklus és 5 fázis

79


5 fázisú csővezeték (Pipeline) 



Amint feltöltődött a csővezeték, már 1 órajelenként végrehajtódhat egy-egy új utasítás Késleltetés: mennyi idő amíg egy utasítás az összes fázison áthalad. Órajel: T ns Fázis: n db Késleltetés: Tn

80


Több pipeline használata 

További gyorsulási lehetőség Utasítás dekódoló

Operandusbeolvasó


Visszaíró


Operandusbeolvasó


Visszaíró

S4

S5


S1

S2

S3

(Pentiumban hasonló, ötfázisú kétszeres csővezeték van, de ott az egyik csővezeték csak egyszerű, egész műveleteket tud elvégezni) 81


Több pipeline használatának feltételei 





Ezt ellenőriznie kell vagy a  





A párhuzamos utasítások nem használhatják u.a. erőforrást Nem használhatják egymás eredményét Fordítóprogramnak, vagy a Kiegészítő hardvernek

Bonyolult szabályok alapján lehet a (kompatibilis) utasításokat párba állítani 4-es pipeline még elképzelhető, de ekkor már sok a plusz hardver elem 82


Megoldás: ALU

Egy pipeline, több funkcionális egységgel  Szuperskaláris architektúra 



ALU

Operandusbeolvasó

LOAD Visszaíró STORE

S1

S2 (Pl. Pentium 4)

S5

S3 Lebegőpontos egység

S4

83




S3 – fázisnak gyorsabbnak kell lennie mint az S4 fázisnak, különben nincs értelme a több feldolgozó egységnek Ez valóban így is van, S4 egységei 1 órajelnél jóval tovább dolgoznak

84

Processzorszintű párhuzamosság 



Csővezeték és szuperskalár működési mód sebességnövelése: 5-10x-es Nagyobb gyorsulás érdekében más technika kell 

Egyetlen mód: több CPU-t tartalmazó gépet kell építeni

85


Tömbszámítógépek Sok számítási probléma tömbökön végzett műveletekből áll  Gyakran ugyanazt a műveletet kell elvégezni a tömb összes elemén  Tömbprocesszor: Nagyszámú egyforma processzorból áll, ezek ugyanazokat a műveleteket végzik adattömbökön 

86


Tömbszámítógép (SIMD – Single Instructionstream Multiple Data stream) Vezérlő egység

CPU + Memória

87


Vektorprocesszor  



Hasonlít a tömbprocesszorra, de Minden összeadást egy csővezeték elvű összeadóban végez el Vektorregiszter-ek használata  több hagyományos regiszterből áll  Vektor-utasítás ezen regiszterek tartalmát irányítja egy csővezetékes összeadóba  Az eredmény újabb vektor

88


Multiprocesszorok 



Tömbprocesszor feldolgozó egységei nem függetlenek, közös vezérlő vezérli őket Több teljes CPU, közös memóriával  multiprocesszor  

Egysínes (csak közös memória, egyszerre érik el) Lokális memória (nem megosztott, csökkenti a sínforgalmat)

89


Multiszámítógépek      

Bizonyos CPU szám felett nehéz a CPU-kat és memóriát összekötni Egyszerűbb külön gépeket összekötni, melyeknek lokális memóriája van  multiszámítógépek Lazán kapcsolt CPU-k (multiprocesszorok szorosan kapcsoltak) Üzenet küldéssel kommunikálnak a CPU-k Ált. lokális környezettel kapcsolódik egy CPU Léteznek hibrid – multiprocesszormultiszámítógép elrendezések is 90

Hardver Ismeretek. Várady Géza

Recommend Documents