1)Wydajność systemu komputerowego

CZAS ODPOWIEDZI

-ile czasu potrzeba do wykonania zadania

-po jakim czasie uzyska się odpowiedż na zapytanie

-jak długo trzeba czekać aby skorzysta z zasobów systemu

PRZEPUSTOWOŚĆ

-liczba zadan wykonana przez system jednocześnie

-średni czas wykonania zadania

-liczba zadan wykonanychw jednostce czasu

MIARY WYDAJNOŚCI

a)CPI

CPI=liczba taktów procesora/liczba instrukcji

CPI jest miarą wskazującą jakoś architektury systemu, efektywność listy instrukcji.

b)MIPS

MIPS=częstotliwośc zegara/CPI*10 do 6

Miliony instrukcji procesora na sekundę

c)MFLOPS

miliony instrukcji zmiennoprzecinkowych procesora na sekundę

BENCHMARK

Pozwalają ocenić:

-wydajnośc systemów opartch na różnej architekturze

-wpływ zmiany konfiguracji sprzętu na prędkość działania

Rodzaje:

-szkolne dla wykrywania zatorów i wyznaczenia szczytowych wydajności

-syntetyczne modelują rzeczywiste sytuacje przetwarzania Whestone

-jądra wydzielone z rzeczywistych programów krytyczne czasowo procedury przetwarzania

=rzeczywiste programy najczęściej do modelowania zjawisk fizycznych

SPEC

Przygotowanie dla róznych klas aplikacji, uaktualniana jest wraz z postępem technologii

komputerowych.Pozwala oceniać wydajność maszyn i jakość kompilatorów.

RÓWNANIE AMDAHL'A

przyspieszenie=czas_wykonania/poprawiony_czas_wykpnania

nowy czas= poprawiony_czas/przyspieszenie+czas_wykonania_reszty

Pwypadkowe=1/1-U+U/P

Czas wykonania operacji A stanowiący ułamek U zadania został przyspieszony P razy korzystając z równania AMDAHL'A uzyskuje się wypadkowe przyspieszenie.

historia komputerów (1600-1847)

- Wilhelm Schickhard (1623)

» astronom i matematyk

» automatyczne dodawanie,odejmowanie, mnożenie i dzielenie

- Blaise Pascal (1642)

» matematyk

» po raz pierwszy seria

» tylko dodawanie i odejmowanie

» kłopotliwe w utrzymaniu sprawności

- Gottfried Liebniz (1673)

» matematyk i wynalazca

» udoskonalił maszynę Pascala

» dodawanie, odejmowanie, mnożenie,dzielenie

- Charles Babbage (1822)

» matematyk “Father of modern computer”

» wymagana większa dokładność obliczeń

» maszyna różnicowa

»wykonanie tablic matematycznych

» maszyna analityczna

wszystkie operacje arytmetyczne

nowoczesna struktura:

I/O, pamięć, ALU dodawanie - 1 sekunda,mnożenie - 1 minuta

» w obu maszynach problemy mechaniki

- George Boole (1847)

» matematyczna analiza logiki

» badanie praw myślenia

Podsumowanie dokonań:

- Komputery mechaniczne

przeznaczone były do skrócenia czasu obliczeń i podniesienia dokładności

- Ich wady to:

» prędkość działania ograniczona bezwładnością przekładni i dźwigni,

» kłopotliwe, zawodne i kosztowne.

GENERACJA KOMPUTERÓW

I Generacja - lampowe, pierwszy IBM seria &))

II Generacja - tranzystorowe z pamięciami ferrytowymi

III Generacja - układy scalone w technologii TTL, pierwszy minikomputer PDD-8 firmy DEC, opracownie IBM system 1360

IV Generacja - technologia MOS układy VLSI, pierwsze mikroprocesory

Założenia von Neumanna

• Jeśli komputer ma przede wszystkim liczyć, to musi mieć wydzieloną jednostkę arytmetyczną, i musi to być jego centralna część, jednostka centralna

• jeśli komputer ma być uniwersalny, to musi zawierać urządzenie w prosty sposób szeregujące operacje do wykonania kolejno i rozróżniające specyficzne rozkazy - sterowanie

• jeśli urządzenie ma pozwalać na wykonywanie długich obliczeń, to rozkazów do wykonania musi przyjąć wiele i muszą one być pamiętane - pamięć,

• przyjmując analogię do systemu nerwowego człowieka jednostka centralna i sterowanie odpowiadają neuronom skojarzeniowym, należy więc dodać urządzenia odpowiadające neuronom sensorycznym i motorycznym - wejście i wyjście,

• informacja z we / wy nie powinna zaprzątać bezpośrednio jednostki centralnej, lecz trafiać najpierw do pamięci - sterowanie urządzeń i buforowanie we / wy

ARCHITEKTURA

Własności i funkcje systemu komputerowego widziane przez programistę(lista instrukcji)

ORGANIZACJA(IMPLEMENTACJA)

Implementacja tych funkcji,realizacja przepływów danych i sygnałów sterowania wewnątrz systemu komputerowego.

PROGRAM - jest sekwencją rozkazów.

LICZNIK ROZKAZÓW

generuje adres kolejnego rozkazu, adres może nie być kolejnym w sekwencji gdy wykonano skok lub rozgałęzienie.

PAMIĘĆ

-informacje przechowywane są w komórce o jednakowym rozmiarze

-znaczenie słów nie jest przypisane ich treści , dane i instrukcje są nierozróżnialne

-interpretacja słowa zależ od stanu maszyny w chwili pobierania słowa za pamięci

-komórki tworzą uporządkowany zbiór i posiadają jednoznacznie przypisany wskażnik położenia - adres

-zawartość komórki może zmienić tylko procesor.

NOWE CECHY KOMPUTERA

-stos programowy część pameci o dostępie typu LIFO

-tryb adresowania metoda określania adresu ułatwiająwymianę danych

-pamięć wirtualna metoda adresowania i organizacji pamięci umożliwiająca ominięcie ograniczeń fizycznego rozmiaru pamięci

-nowe typy danych liczby zmiennoprzecinkowe,łańcuchy znaków

-przetwarzanie potokowe

-wieloprocesorowe architektury

KOMPUTRE JAKO AUTOMAT

-można potraktowac komputre jako automat skończony

-stan komputera jest superpozycjnąi lub rozkazów zmiana stanu pamięci.

3)Pamięci Podręczne

ZASADA LOKALNOŚI

-czasowa

W zadanym niewielkim odcinku czasu zakres używanych adresów pamięci przez program jest zwarty i niewielki

-przestrzenna

Treśc i dane programu zajmują zwartą przestrzeń adresową.Programy wykonywane są sekwencyjnie z kolejnych komórek pamięci.

ZARZĄDZANIE PAMIĘCIĄ,POBRANIE,PRZYDZIAŁ I WYMIANA DANYCH

Wybór strategii zarządzania pamięcią podręczną ma znaczny wpływ na współczynnik trafień.Obejmuje ona:

-strategie wypełnienia pamięci podręcznej obejmujące zasady odwzorowania linii pamięci głównej w pamięci podręcznej

-strategie pobrania linii z pamci głównej obejmujące reguły podejmowania decyzji o wypełnieniu linii

-strategie aktualizacji i wymiany kopii w pamięci podręcznej.

STRATEGIE POBRANIA

-żądanie pobierania danych brak danych w pamięci operacyjnej

-realizacja uprzedzającego pobrania implementując zasade lokalności pobierania się na zapas sąsiednie do uprzednio pobranych, dane z pamięci podręcznej

STRATEGIE PRZYDZIAŁU

-BF blok umieszczony w pierwszej "dziurze" o wystarczającym rozmiarze, lista dziur o rosnącym rozmiarze, adresy nieuporządkowane

-FF blok umieszczony w pierwszej "dziurze" o wystarczającym rozmiarze,dresy uporządkowane rosnąco(kumuluje male dziury)

-WF blok umieszczony w pierwszej "dziurze" o wystarczającym rozmiarze, lista dziur o malejącym rozmiarze, adresy nieuporządkowane(pozostałe dziury są duże)

_BB blok umieszczony w pierwszej "dziurze" o wystarczającym rozmiarze, dziury uporządkowane wymiarami, adresy uporządkowane kolejno.

STRATEGIE WYMIANY

Pamięć z blokami o stałym rozmiarze:

-FIFO -losowa -FINUFO -LRU

Pamięć z blokami o zmiennym rozmiarze:

-WS wymiana całego zbioru roboczego

-PFF wymiana nie używanych stron po przekroczeniu progu występowania błędu braku strony.

TRAFIENIE,CHYBIENIE,ŚREDNI CZAS DOSTĘPU

*trafienie obecnośc poprzedniej kopiii danych w pamięci podręcznej

-wspólczynnik trafienia h prawdopodobieństwo znalezienia poprzedniej kopii danych

-czas trafienia Tca czas dostępu do danej + czas określenia czy dana jest w pamięci

*chybienie

-wspólczynnik chybień m=1-n

-strata czasu Tmp czas wymiany bloku danych w pamięci podręcznej

-średni czss dostępu

Tn=(1-m)(Tca=m)(Tpao+Tmp)

ORGANIZACJA PAMIĘCI

-linia blok danych w pamięci podręcznej

dane + wskaźniki towarzyszące

Typowa linia od 4 do 8 słów, liczba lini w pamięci podręcznej 64-4096. PAo

podzielona na bloki po k słów, pamięc podręczna zawiera C linii po k słów, zawiera 2 do n słow.

OPERACJE NA PAMIĘCI

-unieważnienie linii

-wypełnienie pobranie danych bloku z PAO

-odczyt danej

*"hit on read" dana odczytywana i przekazywana do procesora

*"miss on read" brak danej przejście do wypełnienia linii

-zapis danej

*zapis jednoczesny z uaktualnieniem wszystkich kopii na wyższych poziomach pamięci

*zapis lokalny zapis tylko w pamięci podręcznej

*zapis bezpośredni zapis wprost do PAO i unieważnienie linii.

REGUŁY OWZOROWANIA PAO W PAMIĘCI PODRĘCZNEJ(SKOJARZENIOWA, Z ODWZOROWANIEM BEZPOŚREDNIM, WIELODROŻNA)

-całkowicie skojarzeniowa

dowolna linia PAO może być skopiowana do pamięci podręcznej

- z odwzorowaniem bezpośrednim

rozłączne linie w PAO odwzorowane przez linie pamięci podręcznej

-wielodrożna

rozłączne zbiory linii w PAO odwzorowane prze rozłączne zbiory linii(bloki) w pameci podręcznej

4)CISC I RISC

PRZETWARZANIE POTOKOWE

Dekompozycja rozkazu przetwarzania:

pobranie rozkazu

dekodowanie rozkazu

obliczanie efektywnych adresów argumentów

pobieranie argumentów

wykonanie rozkazu (z reguły zajmuje najwięcej czasu !)

zapisanie argumentu

Problem rozgałęzień:

zwielokrotnienie strumienia

pobieranie rozkazu docelowego z wyprzedzeniem

bufor pętli

przewidywane rozgałęzienia

opóźnione rozgałęzienie

Cechy architektury potokowej

-instrukcje wykonywane na zakładke

-kazdy blok architektury jest wykorzystywany w każdym cyklu zegara

-czas wyszukiwania informacji musi być identyczny

-wzrost wydajności jest proporcionalny do liczby faz instrukcji

-łatwiejsza realizacja danych

-instrukcje wykorzystują po kolei wszystkie zasoby procesora

-komplikacja sprzętu,

POTOKI I SUPERPOTOKI

Potoki i superpotoki - hazadry

*Hazardy strukturalne - procesor nie ma dość zasobów, aby

obsłużyć w trybie potokowym dana kombinację instrukcji

*Hazardy sterowania - związane są z instrukcjami rozgałęzień w

programie. Jeżeli instrukcja skoku nakazuje skok do insturkcji

nieobecnej w pamięci podręcznej poziomu 1, wówczas konieczne

jest pobranie instrukcji z pamięci głównej co powoduje zawieszenie

wykonania potokowego.

*Hazardy danych

- próba czytania danych przed zapisem,

- próba zapisu przed zakończeniem czytania,

- próba zapisu przed zakończeniem zapisu.

*unikanie hazardów sterowania poprzez:

• kompilatory zrównoleglające,

• sprzętowo:

• zmianę kolejności wykonania instrukcji,

• przewidywanie rozgałęzień w programie

• wykonanie spekulatywne

*dodatkowe elementy sterowania:

• bufor zmiany kolejności instrukcji,

• procesor rozgałęzień,

• tablica przewidywania rozgałęzień,

• odzyskiwanie zapełnienia potoków po błędzie rozgałęzienia,

• jednostka sterowania zakończenia wykonywania instrukcji

• itd.

TOPOGRAFIE

-przełącznica -magistrala -pierścień -siatka -gwiazda -drzewo -mieszany -hipersześcian

MIKROPROGRAM

Sekwencja mikrorozkazów znajdująca się w specialnej pamięci z której mogą by dynamicznie pobierane w celu wykonywania różnych funkcji.

KLASYFIKACJA FLYNN'A

Opiera się na rozmiarach strumieni danych instrukcji

-SISD pojedyńcza instrukcja i dana

0SIMD jeden procesor wiele danych

MIMD wiele instrukcji i danych

MISD wiele instrukcji i jeden strumień danych

KLASYFIKACJA TREALEAVEN'A

Wyróżnia się mechanizmy sterowania

-przekazywanie sterowania

-przekazywanie danych jednostki obliczeniowe oczekują na dane i uaktywnianie są gdy dane dostają

-przekazywanie żadań jednostki obliczeniowe żądają danych

-poszukiwanie skojarzeń po spełnieniu warunku lub wskutek skojarzenia następuje wykonanie danych.

prehistoria komputerów (1850-1940)

- Herman Hollerith (1889)

» przetwarzenie na kartach perforowanych

» utworzył Tabulating Machine Company (obecnie IBM)

» opracowanie danych ze spisu w 1880 zajęło 5 lat

» spodziewany czas opracowania danych

1890: 7.5 roku ,1900: 10+ lat

» maszyna Hollerith'a skróciła czas z przewidywanych 7.5 lat do 2 miesięcy

- Konrad Zuse (1938)

» zbudował pierwszy mechaniczny komputer na przekażnikach, Z1

» maszyna binarna

» rząd niemiecki zdecydował o nie kontynuowaniu prac

- Howard Aiken (1943)

» skonstruował Harvard Mark I

» implementacja maszyny Babbage'a

» zbudowana przez IBM

---