Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu Giriş

Transkript

1 + Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu Giriş

2 Bilgisayar Mimarisi Bilgisayar Organizasyonu Programcının görebileceği bir sistemin nitelikleri Bir programın mantıksal yürütülmesi üzerinde direk bir etkisi vardır Komut seti, çeşitli veri tiplerini temsil etmek için kullanılan bit sayısı, G / Ç mekanizmaları, bellek adresleme teknikleri Bilgisayar Mimarisi Mimari Niteliklerin içeriği Organizasyonel niteliklerin içeriği Bilgisayar Organizasyonu Programlayıcıya şeffaf donanım detayları, kontrol sinyalleri, bilgisayar ve çevre birimleri arabirimleri, kullanılan bellek teknolojisi Mimari spesifikasyonları gerçekleştiren operasyonel birimler ve bunların bağlantıları

3 + Fonksiyon Bir bilgisayar dört temel işlevi yerine getirebilir: Veri işleme Veri depolama Veri hareketi Kontrol

4 Bilgisayar

5 Yapı

6 + Bilgisayarın dört ana yapısal bileşen vardır: CPU - bilgisayarın çalışmasını kontrol eder ve veri işleme işlevlerini yerine getirir Main Memory veri kaydeder I / O - verileri bilgisayardan harici ortama taşır Sistem Arabağlantısı - CPU, ana bellek ve G / Ç arasında iletişim sağlayan bazı mekanizmalar Bilgisayarın Gelişimi ve Performansı

7 + John von Neumann EDVAC (Elektronik Ayrık Değişken Bilgisayar) Fikrinin ilk yayınlanması 1945'deydi. Saklanan program konsepti ENIAC tasarımcılarına, özellikle de matematikçi John von Neumann'a aittir. Verilerin yanısıra belleğe depolanmaya uygun bir biçimde temsil edilen program IAS bilgisayarı Princeton İleri Araştırmalar Enstitüsü (Princeton Institute for Advanced Studies) Sonraki tüm genel amaçlı bilgisayarların prototipi 1952'de tamamlandı

8 Von Neumann Makinesinin Yapısı

9 Bilgisayar Kuşakları + Computer Generations

10 + Çiplerin Gelişimi

11 Moore Yasası 1965; Gordon Moore Intel in kurucu ortağı Tek bir çip üzerine konabilecek transistör sayısı her yıl iki katına çıktı 1970'li yıllarda bu kural her 18 ayda bir iki katına çıkma hızı olarak yavaşlamış ancak şu ana dek bu oranın devam etmesine neden olmuştur. Moore yasasının sonuçları: Bilgisayarın mantığı ve bellek devresinin maliyeti dramatik bir oranda düştü Elektrik yolu uzunluğu kısalır, çalışma hızı artar Bilgisayar daha küçük hale gelir ve çeşitli ortamlarda kullanmak daha uygundur Güç ve soğutma gereksinimle rinde azalma Hatlar arası daha az bağlantı

12 Intel Mikroişlemcilerinin Gelişimi a. 1970s Processors b. 1980s Processors

13 Intel Mikroişlemcilerinin Gelişimi c. 1990s Processors d. Recent Processors

14 + Mikroişlemci Hızı Çağdaş işlemcilerin içine yerleştirilen teknikler şunları içerir: Pipelining Branch prediction Data flow analysis Speculative execution İşlemci, verileri veya talimatları kavramsal bir boru içerisinden eşzamanlı olarak taşır. İşlemci, bellekten getirilen komut kodunu öne çıkarır ve hangi dalların veya talimat gruplarının gelecekte işleneceğini öngörür İşlemci, optimize edilmiş talimatlar çizelgesini oluşturmak için hangi talimatların birbirinin sonuçlarına veya verilerine bağlı olduğunu analiz eder Dal tahmini ve veri akışı analizini kullanarak, Bazı işlemciler, program yürütülmesinde fiili görünüşlerinin öncesinde talimatları spekülatif olarak yürütürler, sonuçları geçici konumlarda tutarak yürütme motorlarını mümkün olduğunca meşgul ederler

15 + İşlemci Trendleri

16 + Genel bakış ARM Kompleks yönerge seti bilgisayarlarında (complex instruction set computers, CISC) yıllarca yapılan tasarım çabalarının sonuçları Intel CISC tasarımının mükemmel örneği Bir zamanlar yalnızca ana bilgisayarlarda ve süper bilgisayarda bulunan sofistike tasarım ilkelerini bir araya getirir İşlemci tasarımına alternatif bir yaklaşım, azaltılmış yönerge seti bilgisayarı (reduced instruction set computer, RISC) ARM mimarisi çok çeşitli gömülü sistemlerde kullanılmaktadır ve piyasadaki en güçlü ve en iyi tasarlanmış RISC tabanlı sistemlerden biridir In terms of market share Intel is ranked as the number one maker of microprocessors for non-embedded systems CISC x86 Mimarisi RISC

17 + Donanım ve Yazılım Yaklaşımları

18 + Yazılım Bir dizi kod veya talimat Donanımın bir kısmı her talimatı yorumlar ve kontrol sinyalleri üretir Her yeni program için donanımın yeniden kablolaması yerine yeni bir kod dizisi sağlar Ana bileşenleri: CPU Komut yorumlayıcısı Genel amaçlı aritmetik ve mantık fonksiyonlarının modülü I/O Bileşenleri Giriş modülü Verileri ve talimatları kabul etmek ve bunları sistem tarafından kullanılabilen dahili bir sinyal biçimine dönüştürmek için temel bileşenler içerir Çıkış modülü Sonuç raporlama araçları Yazılım I/O Bileşenleri

19 Memory address register (MAR) Bir sonraki okuma veya yazma işlemi için bellekteki adresi belirtir Memory buffer register (MBR) Belleğe yazılabilecek verileri içerir veya bellekten okunan verileri alır Hafıza MAR I/O address register (I/OAR) I/O buffer register (I/OBR) + Belli bir G / Ç cihazını belirtir Bir G / Ç modülü ve CPU arasında veri alış verişi için kullanılır MBR

20 + Bellek Hiyerarşisi - Diyagram

21 Cache ve Main Memory