BM-311 Bilgisayar Mimarisi



Benzer belgeler
BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BM-311 Bilgisayar Mimarisi. Hazırlayan: M.Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

Bilgisayar Mimarisi ve Organizasyonu Giriş

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

İşletim Sistemleri (Operating Systems)

Sunucu Bilgisayarlarda Kullanılan CISC ve RISC İşlemcilerin Performans Karşılaştırımı

Dr. Feza BUZLUCA İstanbul Teknik Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

MİKROİŞLEMCİ MİMARİLERİ

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BİLGİSAYAR MİMARİSİ. << Bus Yapısı >> Özer Çelik Matematik-Bilgisayar Bölümü

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

İŞLEMCİLER (CPU) İşlemciler bir cihazdaki tüm girdilerin tabii tutulduğu ve çıkış bilgilerinin üretildiği bölümdür.

Tarih Saat Modül Adı Öğretim Üyesi. 01/05/2018 Salı 3 Bilgisayar Bilimlerine Giriş Doç. Dr. Hacer Karacan

Ders - 1. BİL 221 Bilgisayar Yapısı GİRİŞ. Ders Hakkında. Ders İzlencesi

Yrd.Doç.Dr. Celal Murat KANDEMİR

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BİLGİSAYAR MİMARİLERİ

BM 375 Bilgisayar Organizasyonu Dersi Vize Sınavı Cevapları 10 Nisan 2009

DERS 3 MİKROİŞLEMCİ SİSTEM MİMARİSİ. İçerik

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

BİLGİSAYAR MİMARİSİ. Komut Seti Mimarisi. Özer Çelik Matematik-Bilgisayar Bölümü

DONANIM. 1-Sitem birimi (kasa ) ve iç donanım bileşenleri 2-Çevre birimleri ve tanımlamaları 3-Giriş ve çıkış donanım birimleri

MİKROİŞLEMCİLER. Mikroişlemcilerin Tarihsel Gelişimi

Bilgisayar Donanım 2010 BİLGİSAYAR

T E M E L K AV R A M L A R. Öğr.Gör. Günay TEMÜR / Teknoloji F. / Bilgisayar Müh.

BM-311 Bilgisayar Mimarisi

CUMHURİYET MESLEKİ VE TEKNİK ANADOLU LİSESİ BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİNİN TEMELLERİ DERSİ DERS NOTLARI BELLEKLER

İşletim Sistemlerine Giriş

ÇOK ÇEKİRDEKLİ İŞLEMCİLER VE PARALEL YAZILIM GELİŞTİRME OLANAKLARI HAKKINDA BİR İNCELEME

BİL 542 Paralel Hesaplama. Dersi Projesi. MPJ Express Java Paralel Programlama

Bilgisayarların Gelişimi

Bilgisayar Donanımı. Temel Birimler ve Çevre Birimler. Öğr.Gör.Günay TEMÜR / KAYNAŞLI MESLEK YÜKSEOKULU

SİSTEM İHTİYAÇLARI (Tiger Plus / Tiger 3)

Mikroçita. Mikroçita Rapor 2:

SİGORTACILIKTA PERFORMANS: WEBLOGIC COHERENCE, EXADATA

Enterprise Power Platformu. F. Korhan ALTAN Teknik Satış Uzmanı Power Sistemler Systems & Technology Group IBM Turkiye

İşletim Sistemleri. Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

İşletim Sistemleri. Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Oracle MiniCluster S7-2

Quiz:8086 Mikroişlemcisi Mimarisi ve Emirleri

İŞLEMCİ İşlemcilerin Temel Birimleri, İşlemcinin Çalışma Sistemi ve Komutlar, İşlemci ve Hafıza Arasındaki İlişki, İşlemci Teknolojileri, Modern

Donanımlar Hafta 1 Donanım

Bölüm 8: Ana Bellek. Operating System Concepts with Java 8 th Edition

Öğr. Gör. Özkan CANAY

Embedded(Gömülü)Sistem Nedir?

Kursad MANGALOGLU Sales Specialist Power Systems Systems & Technology Group IBM Turkey

Anakart ve Bileşenleri CPU, bellek ve diğer bileşenlerinin bir baskı devre (pcb) üzerine yerleştirildiği platforma Anakart adı

Bölüm 8: Ana Bellek 8.1

MİKROİŞLEMCİLER 1 Ders 1

Bilgisayar Donanımı Dersi BİLGİSAYARIN MİMARI YAPISI VE ÇALIŞMA MANTIĞI

İŞLETİM SİSTEMLERİ. (Operating Systems)

SİSTEM İHTİYAÇLARI (Tiger Enterprise / Tiger 3 Enterprise)

Ara Katman Yazılımları İçin İşlemci Değer Birimi Lisanslaması

İŞ İSTASYONU SEÇİM REHBERİ

İşletim Sistemleri (Operating Systems)

İşletim Sistemleri. Hazırlayan: M. Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

İŞLETİM SİSTEMİ İşletim sistemi kullanıcıyla bilgisayar donanımı arasında iletişim sağlayan programdır.

BLG2109 BİLGİSAYAR DONANIMI DERS 3. Öğr. Grv. Aybike ŞİMŞEK

Von Neumann Mimarisi. Mikroişlemciler ve Mikrobilgisayarlar 1

Mimari Esaslar. Mikroişlemcinin mimari esasları; Kaydediciler Veriyolları İş hatları dır.

1. İŞLEMCİLER. İlk İşlemci

İşletim Sistemlerine Giriş

8086 nın Bacak Bağlantısı ve İşlevleri. 8086, 16-bit veri yoluna (data bus) 8088 ise 8- bit veri yoluna sahip16-bit mikroişlemcilerdir.

William Stallings Computer Organization and Architecture 9 th Edition

BİLGİSAYAR MİMARİSİNDE YENİ YAKLAŞIMLAR DÖNEM PROJESİ

Bilgisayara Giriş. Bilgisayarlar ilk geliştirilmeye başlandıklarından bugüne kadar geçen süre içerisinde oldukça değişmişlerdir.

ncü Bilgi İşleyen Makine Olarak Beyin Beyin 2005 Albert Long Hall, Boğazi

Java 2 Micro Edition (J2ME)

Sanal Makineler ve Linux Konteynerlerin Performans Karşılaştırması

CISC Complex Instruction Set Computers

BİLGİ TEKNOLOJİSİ ALTYAPISI. Mustafa Çetinkaya

İŞLETİM SİSTEMLERİ DERS NOTLARI BÖLÜM 1 GİRİŞ. Yard. Doç. Dr. Deniz KILINÇ

x86 Ailesi Mikroişlemciler ve Mikrobilgisayarlar

Bilgisayar Temel kavramlar - Donanım -Yazılım Ufuk ÇAKIOĞLU

EEM 306 Mikroişlemciler ve Lab. Doç.Dr. Mehmet SAĞBAŞ

REALTIME LINUX. 3. Linux ve Özgür Yazılım Şenliği Murat Demirten, 16 Mayıs 2004, Ankara

DONANIM KURULUMU. Öğr. Gör. Murat YAZICI. 1. Hafta.

ENF 100 Temel Bilgi Teknolojileri Kullanımı Ders Notları 2. Hafta. Öğr. Gör. Dr. Barış Doğru

RAM Standartları, Spesifikasyonları, Test Yöntemleri

ANAKARTLAR. Anakartın Bileşenleri

8. MİKROİŞLEMCİ MİMARİSİ

1. İŞLEMCİLER 1.2. İşlemcinin Görevi 1.3. İşlemcinin Yapısı

İşletim Sistemi. BTEP205 - İşletim Sistemleri

Bilgisayar Mimarisi Nedir?

Android e Giriş. Öğr.Gör. Utku SOBUTAY

Bilgi Teknolojisi Altyapısı. Tarihi Gelişim. Tarihi Gelişim. Bulut Servis Sağlayıcı. Bulut Bilişim

BİLGİ TEKNOLOJİSİ ALTYAPISI. Mustafa Çetinkaya

Bilgisayar Mimarisi. Elektroniğe Giriş 1.1. Bilgisayar Mimarisi

İŞLETİM SİSTEMLERİNE GİRİŞ - 2. Sistem, sistem kaynaklarını belli bir hiyerarşi içinde kullanıcının hizmetine

Dağıtık Ortak Hafızalı Çoklu Mikroişlemcilere Sahip Optik Tabanlı Mimari Üzerinde Dizin Protokollerinin Başarım Çözümlemesi

Bilgi ve İletişim Teknolojileri (JFM 102) Ders 10. LINUX OS (Programlama) BİLGİ & İLETİŞİM TEKNOLOJİLERİ GENEL BAKIŞ

William Stallings Computer Organization and Architecture 9 th Edition

Sistem. Sistem, bilgisayarda veri işlemek amacıyla kullanılan elektronik bileşenleri içeren kasadır.

YZM 3102 İşletim Sistemleri

Optik Sürücüler CD/CD-ROM DVD HD-DVD/BLU-RAY DİSK Disket Monitör LCD LED Projeksiyon Klavye Mouse Mikrofon Tarayıcı

SOME-Bus Mimarisi Üzerinde Mesaj Geçişi Protokolünün Başarımını Artırmaya Yönelik Bir Algoritma

Transkript:

1 BM-311 Bilgisayar Mimarisi Hazırlayan: M.Ali Akcayol Gazi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7

2 Giriş Multicore bilgisayarlar birden fazla işlemciyi (core) birleştirir. Her bir core bir mikroişlemcinin saghip olduğu tüm bileşenlere sahiptir. Her core içerisinde, ALU, register lar, pipeline donanımı, kontrol birimi, L1 komut cache ve L1 data cache bulunur. Bunun yanısıra, günümüz multicore işlemciler L2 ve L3 cache belleklere de sahiptir. Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7

3 Donanım performans kriterleri Mikroişlemci tasarımındaki organizasyonel geliştirmeler temel olarak instruction-level parallellism i artırmaya yöneliktir. Her clock cycle da olabildiği kadar çok sayıda komut çalıştırılmaya çalışılır. Instruction-level paralellism e yönelik ilk geliştirme superscalar mimaridir. Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7

4 Eş zamanlı çalışma Superscalar mimaride, birden fazla pipeline ile execution kaynakları artırılır. Eş zamanlı çalışma Simultaneous multithreading mimarisinde, çok sayıda PC ve çok sayıda register bulunur. Böylelikle birden fazla process arasında geçiş yapılarak programlar çalıştırılır.

5 Eş zamanlı çalışma Instruction-level paralellism e yönelik diğer bir geliştirme simultaneous multithreading mimarisidir. Simultaneous multithreading mimarisinde, çok sayıda PC ve çok sayıda register bulunur. Eş zamanlı çalışma Mikroişlemcielrde perforansı artırmak için yapılan her yenilik karmaşıklığı artırmıştır. Superscalar mimaride birden fazla pipeline ile performans artırılır. Pipeline sayısı arıtırlırken ortaya çıkacak sorunların gideirlmesi için daha çok mantık devresine ihtiyaç duyulur. Bir thread ile çok sayıdaki pipeline üzerindeki çalışmada kaynak bağımlığı veya veri bağımlığı gibi diğer sorunlardan dolayı pipeline mimarisinden alınacak performans sınırlanır. Simultaneous multithreading mimarisinde birden çok thread in çalıştırılması daha karmaşık hale gelmektedir.

6 Eş zamanlı çalışma Grafikte Intel mikroişlemcilerin yıllara göre performans artışı görülmektedir (SPEC CPU da yayınlanmıştır). Eş zamanlı çalışma Grafikte Intel in yayınladığı SPEC CPU değerleri ile clock frekanslarının birleşimi hesaplanan değerin yıllara göre değişimi görülmektedir. Pipelining, superscalar teknikler ve SMT geliştirilmiştir. Instruction level parallelism geliştirilmemişti. Instruction level parallelism limite ulaşılmıştır

7 Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7 Güç tüketimi Mikroişlemci içersindeki transistör sayısı arttıkça, pipelining, superscalar ve SMT tasarımları geliştirildikçe ve clock frekans artırıldıkça güç gereksinimi artmaktadır.

8 Güç tüketimi Mikroişlemci içerisindeki yoğunluk arttıkça ve clock frekans arttıkça güç gereksinimi artmaktadır. Hafızada birim alanda harcanan güç mantık edvrelerinde harcanandan daha fazladır. Mikroişlemcideki cache bellek alanı artırılmaya başlanmıştır. Güç tüketimi 2015 yılında 3cm 2 işlemci alanında yaklaşık 100 milyar transistör olması bekleniyor. Cache belleğinin 100 MB olması, mikroişlemci alanının %50 sini kaplaması ve önbellekte 1 milyar transistör olması bekleniyor.

9 Güç tüketimi Bir mikroişlemcinin karmaşıklığı arttıkça performans karekök oranında artar (Pollack s rule). İşlemci core kısmında mantık devreyi iki katına çıkardığımızda performans %40 oranında artar ( 2 = 1,41). Çoklu core kullanarak core sayısı arttıkça yaklaşık olarak lineer performans artışını sağlanmaktadır. Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7

10 Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonun performansı çoklu kaynakların çalışmakta olan uygulama tarafından etkin kullanımını artırmakla orantılıdır. Amdahl ın kuralına göre hızlanma faktörü aşağıdaki gibidir: Burada, (1 - f) seri çalıştırılması zorunlu olan program parçasını, f ise paralel çalıştırılabilen program parçasını göstermektedir. Yazılım performans kriterleri Multicore bir mikroişlemcide 8 core bulunmaktadır. Bir programın %10 u seri çalışırsa, speedup factor 4,70 olur. speedup (1 1 (0,1) 4,70 1 f ) 0,9 8 f N

11 Yazılım performans kriterleri Bir programda seri çalışn kısım oranı arttıkça hızlanma faktörü azalır. Yazılım performans kriterleri Multicore işlemcilerde işlerin dağıtılması, cache coherence sağlanması ve iletişim için overhead oluşur*. *McDougall, R. Extreme Software Scaling. ACM Queue, September 2005.

12 Yazılım performans kriterleri Veritabanı uygulamaları, işletim sistemleri ve middleware yazılımlarda speedup faktörü yüksektir*. *McDougall, R. Extreme Software Scaling. ACM Queue, September 2005. Yazılım performans kriterleri Multicore işlemcilerle aşağıdaki uygulama türlerinde de performans artışı sağlanmaktadır*. Multithreaded native applications: Lotus Domino ve Siebel CRM (Customer Relationship Manager) yazılımları. Multiprocess applications: Oracle veritabanı, SAP, Peoplesoft. Java applications: Java Virtual Machine, Sun Java application server, BEA s Weblogic, IBM Websphere, Tomcat application server, J2EE (Java 2 Platform, Enterprise Edition) kullanan uygulamalar. Multiinstance applications: Bir uygulamanın birden fazla örneği paralel çalıştırılarak performans artırılabilir. Sanallaştırma teknolojisi ile ayrı ve güvenilir ortam oluşturulabilir. *McDougall, R., Laudon, J. Multi-Core Microprocessors are Here. ;login, October, 2006.

13 Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7 Multicore organizasyonu Multicore organizasyondaki temel değişkenler: Chip içerisinde core işlemci sayısı Cache bellek seviye sayısı Paylaşılan cache bellek miktarı

14 Multicore organizasyonu Multicore organizasyondaki temel değişkenler: Chip içerisinde core işlemci sayısı Cache bellek seviye sayısı Paylaşılan cache bellek miktarı Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7

15 Intel Core Duo Intel Core Duo 2006 yılında geliştirildi. İki tane x86 superscalar işlemciye sahiptir. İşlemciler kendi L1 cache belleklerine sahiptir. 32 kb instruction ve 32 kb data L1 cache bellek İşlemciler tarafından paylaşılan L2 cache belleğe sahiptir. Thermal kontrol birimi eşik ısı değeri aşıldığında clock frekansını düşürerek ısı artışını engeller. Intel Core Duo Advanced Programmable Interrupt Controller (APIC) İşlemciler arasında interrupt gönderimini sağlar. Bir işlemci diğerlerine interrupt gönderebilir. I/O cihazlarından gelen interrupt ları doğru core a iletir. Her APIC timer a sahiptir ve OS tarafından set edilerek kendi core ları için interrupt üretir. Power Management Logic: Özellikle mobil cihazlar için güç tüketimini minimuma indirmeye çalışır. Isı durumunu, CPU aktivitesini izler ve gerilim seviyesi ile güç tüketimini ayarlar. Core Duo paylaşılmış 2MB cache belleğe sahiptir. L2 cache bellek ile L1 cache bellek tutarlığı için MESI (Modified Exclusive Shared Invalid ) protokolü kullanır. Bus interface: Main memory, I/O controller lar ve diğer işlemcilerin bağlantısını sağlayan External bus a (Front Side Bus) bağlıdır.

16 Konular Giriş Donanım performans kriterleri Eş zamanlı çalışma Güç tüketimi Yazılım performans kriterleri Multicore organizasyonu Intel Core Duo Intel Core i7 Intel Core i7 Intel Core i7 2008 yılında geliştirilmiştir. Dört tane x86 SMT işlemciye sahiptir. - DDR3 memory controller, 3 tane 8 byte (192 bit) kanala sahiptir. - 32 GB/s data rate - QPI cache-coherent için işlemciler arasında yüksek hızlı iletişim yapar - 6,4 GT/s - Transfer per second - Her transferde 16 bit aktarılır (12,8 GB/s).

17 Intel Core i7 İşlemciler kendi L1 (32kB) ve L2 (256kB) cache belleklerine sahiptir. Her core 32 kb instruction ve 32 kb data L1 split cache belleğe sahiptir. Tüm core lar tarafından paylaşılan L3 (8MB) cache belleğe sahiptir. Intel, cache belleği daha etkin kullanmak üzere speculative fill yapan mekanizmayı kullanmıştır. İşlemcilerin hafıza erişim karakteristiğine göre yakın zamanda kullanılacakları tahmin ederek prefetch yapılır. Intel Core i7 Core 2 Quad işlemci de Core Duo işlemci gibi paylaşılmış L2 cache bellek kullanır. Core i7 işlemci ise her core için dedicated L2 cache kullanmaktadır. Her iki mikroişlemci için cache bellek erişim gecikmeleri clock cycle olarak aşağıda verilmiştir.