View
222
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
1/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
2/160
Tartalomjegyzk
TARTALOMJEGYZK... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1.BEVEZETS ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.1.NHNY FOGALOM RTELMEZSE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 1.2.SZMTSAUTOMATIZLS ALAPJAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.ARCHITEKTRKRL ALAPFOKON .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.AZ ARCHITEKTRA LNYEGE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.2.ARCHITEKTRT BEFOLYSOL S MEGHATROZ TNYEZ K. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.2.1.Technolgiai eszkzk..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.2.2.Szoftver eszkzk..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 2.2.3.Strukturlis eszkzk ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.SZMTGPEK ARCHITEKTURLIS CSOPORTOSTSI LEHET SGEI . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 2.4.TIPIKUS STRUKTRK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
2.4.1.Klasszikus, egyprocesszoros, Neumann-elv szmtgpek .. . . . . .. . . . . . 19 2.4.2.Harvard struktra .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.3.Vektorszmtgpek(vector computers).... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.4.4.Tmbprocesszoros szmtgpek(array computer) .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4.5.Tbbprocesszoros szmtgpek ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4.6.Adatvezrelt(data-flow) szmtgp ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.7.Neurlis hlzatok ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.NEUMANN-ELV , EGYPROCESSZOROS GPEK FELPTSE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 2.5.1.Neumann-elv gpek jellemz i . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 29 2.5.2.Szmtgpek er forrsai . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . 29 2.5.3.Neumann-elv , egyprocesszoros gpek korltjai ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.SZMTGPEK ER FORRSAI .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . 37 3.1.KZPONTI EGYSG, PROCESSZOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.1.1.Adatok trolsi formi .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1.2.Utastsok trolsi formi .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.1.3.M veletek vgrehajtsa .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.1.4.Utastsok vgrehajtsa .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.1.5.RISC struktra.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 3.2.FOLYAMATOK PRHUZAMOSTSA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
3.2.1.tlapolt (pipeline) feldolgozsi technika ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.2.2.Szuperskalr technika ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3.TROLKEZELS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 3.3.1.Alapfogalmak, trolhierarchia .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.3.2.Vals trkezels(f tr hasznlata).... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 3.3.3.Regisztertrak ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.3.4.Gyorst(cache)-trak..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Cserny: Szg. arch. 2005/06 2
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
3/160
3.3.5.Virtulis trkezels . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . 104 3.3.6.Trvdelmi mdszerek..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
3.4.KAPCSOLATOK KEZELSE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.4.1.Megszaktsi rendszer.. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.4.2.Snrendszer(buszrendszer) .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.4.3.Adatbevitel/kivitel... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.PERIFRILIS ESZKZK .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.1.TROLESZKZK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.1.1.ltalnos jellemz k .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . 132 4.1.2.Informcitrols .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.1.3.Floppy illeszt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 4.1.4.Merevlemez illeszt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.2.MONITOROK S VEZRLSK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.2.1.Alapfogalmak..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.2.2.Krtyatpusok .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . 146
4.3.EGYB BEVITELI /KIVITELI ESZKZK. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . 154 4.3.1.Billenty zet, egr . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . 154 4.3.2.Nyomtatk ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
ELLEN RZ KRDSEK .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . 158
Cserny: Szg. arch. 2005/06 3
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
4/160
Szmtgp
architektrkDr.Cserny LszlTmakrk:
1.Bevezets
Szmtsautomatizls alapjai2.Architektrkrl alapfokon
Struktrt meghatroz tnyez k Alapvet s t ruktrk Neumann-elv gpek elemei
3.Legfontosabb er forrsok
Kzponti egysg, processzor Korszer processzor archi tektrk Trolkezels (vals, vir tul is) Kapcsolatok kezelse
4.Per ifr il is eszkzk Troleszkzk
Monitorok Egyb per ifr ik
Cserny: Szg. arch. 2005/06 4
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
5/160
1.BevezetsNhny alapkrds:
M i r e h a s z n l j u k a s z m t g p e t ?
feladat : valamilyen problma, feladat megold-snak seg tse
feladatadatai
adatok feldolgozsa(talaktsa) eredmny
feldolgozs lpsei(algoritmus - szoftver)
feldolgozs eszkze(hardver)
(1.bra)
cl : a lehet legrvidebb id n bell , minimlisrford tssal el l l tani az eredmnyt
te l jes tmny, hatkonysg
problma : = feladatok bonyolul tsga,= tbb feladat egyidej megoldsa.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 5
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
6/160
M i t k e l l t e n n i a t e l j e s t m n y n v e l s e r - d e k b e n ?
A tel jes tmnynvels forrsa: feldolgozsi lpsek prhuzamostsa, er forrsok tbbszrzse.
g a feladat rszekre bontsa munkamegoszts
g megfelel feldolgoz rszegysgek kialak tsa er forrsok
= el len r izhet sg,= hatkonysg(special izl t egysg) .
g rszfeladatok vgrehaj tsi sorrendjnek kidol-gozsa, tekintet tel az er forrsokra:
a lgor i tmus , temezs ;
(2.bra)g er forrsok s rszfeladatok egymshoz ren-
delsnek, ( rsz)eredmnyek egysgek kztt itovbbtsnak, trolsnak id beli szab-lyozsa
vezr ls
Cserny: Szg. arch. 2005/06 6
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
7/160
M i l y e n l e g y e n a f e l d o l g o z e s z k z ?
V
B/K K
P
M
(vezrls)
(trols)
(feldolgoz egysg)
(kapcsolatok)
(bevitel/kivitel)
fe lh as zn l
- algoritmus- adatok
(3 .bra)
tetsz leges feladat megoldshoz univerzl is d igi tl is
csak algor i tmizlhat feladatokhoz hasznlhat !(elvi jelent sg - a gyakorlatban igazblcsak i lyenekkel tallkozunk)
programozhat
Cserny: Szg. arch. 2005/06 7
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
8/160
1.1.Nhny fogalom rtelmezse
informci, informatika,
adat , adatfeldolgozs,
kd, kdols, kdrendszer,
algor i tmus, utas ts , program,
szmtgp,
hardver(hardware) , szof tver(sof tware) , frmver(f irmware) ,
CISC(Complex Instruct ion Set Computer) ,
RISC(Reduced Instruct ion Set Computer)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 8
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
9/160
1.2.Szmtsautomatizls alapjai
cl : m veletek automatikus elvgzse, adatbevitel / -kihozatal biztos tsval
trol t program, trol t adatok.
V
B/K K
P
M
(vezrls)
(trols)
(feldolgoz egysg)
(kapcsolatok)
(bevitel/kivitel)
felhas zn l
- algoritmus- adatok
(4.bra)kvetelmnyek, szksges rszegysgek :
feldolgoz egysg(minimlis m veletkszlet : logikai alapm veletek)
trol eszkz(program, adatok rszre) bevi tel i /kihozatal i egysgek
kapcsolatokat biztos t rendszer je lsorozatok tvi tele vezr l egysg m kdtets
(utas tsok r telmezse, el z l lapot f igye-lembevtelvel , fel tteles vgrehaj tsok keze-lse)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 9
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
10/160
Pldk a rszegysgek kialak tsra
1.plda: az egysgek kztt i adatforgalom biztos t-sa
P/DCU ALU
I/O
snrendszer
processzor
klvilg
trol
(5 .bra)
2.plda: processzor - memria kztt i tvi tel gyors-tsa
P/DCU ALU
snrendszer
processzor trol gyorsttr
CACHE
(6 .b ra )
Cserny : Szg . a rch . 2005 /06 10
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
11/160
3.plda: graf ikus megjelen ts problmja: nagy mennyisg adat tvi tele igen
rvid id a lat t .
kpmret : 600x400 pixel ,sznek szma: 256 8 binr is jegy = 8 bi t ,kpvl ts sebessge: 30 kp/sec,
sebessg:
600x400x30x8 [bi t /sec] = 57,6 mil l . [b/s]
ha 32 bi tes szavak tvi telt kel l megoldani ,
1 ,8 mil l . [sz/s] 0 ,55 [s/sz]
kvetkezmny: = kln videomemria,
= kapcsolat a rendszersn s avideovezr l fel is ,= kln sn a videomemria s
a videovezr l kztt ;
a graf ikus adattvi tel s az utas tsok tvi teleegymstl elklntet ten tr tnik
egymst nem zavar jk!
Cserny: Szg. arch. 2005/06 11
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
12/160
utas tsfeldolgozs elemi lpsei := utas ts el ksz ts( lehvs, kikeress) ,= m velet i el rs r telmezse( 'mit kel l csi-
nlni? ' ) ,
= a m
velethez szksges adatok (operandusok)kikeresse a trolbl ,= a m velet elvgzse,= az eredmny visszarsa a trol meghatro-
zot t helyre,= a kvetkez u tas ts helynek(cmnek) meg-
hatrozsa
Ha az utas ts s az adatok ugyanabban a tro-lban tallhatk, akkor csak egymst kvet enlehet azokat kikeresni
operandus bers
ALU
ACPC
IR
program
adatok
op. cmoperandus olvass
utasts olvass
1
3
utastslehvsoperandus lehvs
24
5
6
mv.vezrls
CU
cm -dek-dol
7MAR MBR
MBR
(7 .bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 12
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
13/160
2.Architektrkrl alapfokon
2.1.Az architektra lnyegeszmtgp rtegelv felfogsa v ir tul is gpek
legegyszer bb : felhasznl
szof tver
hardverl ta lnosabb :
alkalma- felhasznli keretrendszerzsok alkalmazi programok szint je
opercis rsz. fels szint jeopercis (parancs szint)rendszerek opercis rsz. als szint je
(rut in hvsi szint)
archi tek- gpi kd utas tsok szint jetrk elemi m velet i szint
(-program szint) d ig.r.krk ramkri egysg szint je
technolgik ramkri elemek szint je
Cserny: Szg. arch. 2005/06 13
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
14/160
vir tul is gp : brmely szinten a szemll l tal l-tot t egysgek s m kdsi , viselkedsi jel lem-z k sszessge.
(pl . felhasznli szinten:= PC, bi l lenty zet , monitor, egr, nyomtat;= bekapcsols , felhasznli rendszer - pl .
szvegszerkeszt - funkciinak hasznlata,kikapcsols , s tb .)
archi tektra : az adott vir tul is gp egysgei ,szerkezet i (s t rukturl is) felp tse, m kdsielvei .
archi tektra meghatrzja: szmtsi ( feldolgozsi) modell .
problma : a felhasznli alkalmazs feladatfelbon-tsa (m veletei) s a vgrehaj ts elemi egy-sgei kztt i sszhang, megfelel tethet sg:
u tas ts vgrehaj that m velet ssze-rendelhet sge;
szof tver-hardver rs (sof tware - hardwaregap);
cl : ennek cskkentse megfelel rtegzssel s ahozzjuk tar toz modular izl t ( funkcionl is)feldolgoz egysgek kialak tsval .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 14
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
15/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
16/160
2 .2 .2 .Szo f t v er es zk zk
Opercis rendszer := mult iprogramozott feldolgozs,
= vdelmi funkcik,= er forrsok hatkony hasznlata.
Magassszint programozsi nyelvek(HLL =High Level Language) s gpi kd kztt i t-volsg cskkentse ===> ' semantic gap ' .
Optimalizl ford tprogramok hasznlata.Krds : mit bizzunk a hardverre s mit a szof t-
verre?
2.2 .3 .S t r u k tu r l i s es zk zk
a.)Er forrsok hasznlata (klnsen: processzor, trolk)
processzor funkciinak jav tsa= m veletek, utas tsok vgrehaj tsnak
t lapolsa 'p ipel ine ' (cs vezetk,futszalag) feldolgozs,
= vgrehaj t egysgek szmnak nvelse szuperskalr feldolgozs;
= bels s t ruktra i l lesztse a magasszint nyelvekhez, feladatokhoz(pl . ciklusszerve-zs);
Cserny: Szg. arch. 2005/06 16
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
17/160
trolkezels= adatelrsi lehet sgek formja:
- kzs (shared) memria egyet len adat- elosztot t memria; zenet- tovbbts
rendszer.= trhierarchia kialak tsa cache- tr,= vir tul is trkezels;
per ifr ia hasznlata= csatorna-elv,= s nrendszer ;
er
forrsok(processzorok) tbbszrzse.b.) .Vezr ls elve ( szmtsi modell)
= vezr ls ramlsos(control dr iven, - f low),= adatvezrel t (data dr iven, - f low),= ignyvezrel t (demand dr iven) ,
c . )Utas tsszerkezet , utas tskszlet = bonyolul tsg nvekedett CISC pro-
cesszorok vgrehaj ts sebessge cskkent
= egyszer s tet t utas tskszlet RISC pro-cesszorok
m velet i (utas ts vgrehaj tsi) vezr ls meg-vals tsa:
= huzalozott(l talban: RISC),= mikroprogramozott(l talban: CISC).
Cserny: Szg. arch. 2005/06 17
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
18/160
2.3.Szmtgpek architekturlis cso-portostsi lehet sgei
a . ) F o l y a m a t o k s z e r i n t i c s o p o r t o s t s ( F l y n n ,1 9 6 6 ) :
SISD(Single Instruct ion Single Data Stream),===> pl . Neumann-fle modellek
SIMD(Single Instruct ion Mult iple Data Stream),
===> pl . vektor- , tmbprocesszoros sz-mtgpekMISD(Mult iple Instruct ion Single Data Stream),
===> nincs i lyen(eset leg: pipel ine)MIMD(Mult iple Instruct ion Mult iple Data
Stream),===> pl . mult iprocesszoros gpek.
b . ) V e z r l s i e l v s z e r i n t i c s o p o r t o s t s :
vezr lsramlsos, vezr lsfolyam elv (control-f low, control-dr iven) ,
adatfolyam elv (data-f low, data-dr iven) , igny elv (demand-dr iven) ,
Cserny: Szg. arch. 2005/06 18
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
19/160
2.4.Tipikus struktrk
2 . 4 . 1 . K l a s s z i k u s , e g y p r o c e s s z o r o s , N e u m a n n - e l v s zm t g p ek
je l lemz k:= 'control-f low' vezr ls u tas tsok vgrehaj-
tsa egymst kveten; SISD elv ,= trol t program,= kzs program- s adat trols program m-
dos thatsga,= funkcionl is egysgei :- kzponti egysg(CU, ALU),
- kzponti tr,- per ifr ik.
kzponti trol
CU ALU
utastsok adatokCPU
(8 .bra)
kor lt : processzor-memria kztt i adattvi telsebessge.
prhuzamosts lehet sge mrskel t := mult iprogramozs(programszint prhuzamos-
ts) ,= utas tsok s m veletek t lapolt /prhuzamosvgrehaj tsa 'p ipel ine ' /szuperskalr techn.
= funkcionl is egysgek(pl . : ALU) tbbszrzse= processzor s I /O m veletek t lapolsa
' spooling ' technika,
Cserny: Szg. arch. 2005/06 19
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
20/160
2 .4 .2 .H a r v a r d s t r u k t r a
- jel lemz : u .a . mint a Neumann-elv szmt-gp, csak kln program- s kln
adat trol van programmdos-ts lehet sge megsz nik.
kzponti trol
CU ALU
utastsok adatokCPU
M1 M2 M1 = programtrolM2 = adattrol
(9.bra)
2.4 .3 .V ek t o r s zm t g p ek (v ec t o r c o m p u t er s )
- jel lemz i := SIMD tpus szmtgp,= adatsor(vektor) feldolgozsa ugyanazzal a
m velet tel adat-pipel ine,= vektor-utas tsokkal rendelkezik,= memribl adatsor letl tse adatsor
(vektor) cmzse t lapolt memriakezels(memory inter leaving) ,
= skalr processzor is clszer .
- szuperszmtgpek: Cray 1,2(138-250 MFLOPS), CDC Cyber 205
Cserny: Szg. arch. 2005/06 20
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
21/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
22/160
2.4 .5.T b b p r o c es s zo r o s s zm t g p ek
- jel lemz k:= MIMD tpus szmtgpek,
= processzorok kztt feladatmegosztslehetsges,= processzoronknt tbb folyamat is lehet
temezsi problmk,
- memriahasznlat ( folyamatok kztt i adat-csere) alapjn:
= kzs hasznlat(shared) memria: d inamikus kapcsolhlzat kt i sszea processzorokat s a kzs memri(ka)t kzs vl tozk,
s t ruktrja hasonl a 9.brn lv -hz;
= e losztot t (dis tr ibuted) memria: s tat ikus kapcsolhlzat , adatcsere zenetek seg tsgvel
(message passing) ; formja: cl( fogad) processzor azonos t-
ja , kld processzor azonos tja,
egyb jel lemz k(pl . : k\vnt m ve-let) , adatok.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 22
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
23/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
24/160
2. 4. 6 .A d at v ezr el t (d at a -f l o w ) s zm t g p
- utas tsok vgrehaj tsa:= ha az el z u tas ts ksz control-f low,
Neumann-struktra,= ha az operandusok rendelkezsre l lnak adatvezrel t szmtgp
(data-dr iven, - f low)
- programozssal egy-egy csomponthoz(node)egy-egy el jrst , m veletet rendelnek hoz-
z.- ki indul pont: az adatfolyam grf , pl . :
kifejezs = b - 4*a*c2
a c
4
bb
**
*
- b - 4*a*c2 (12.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 24
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
25/160
- plda:
Manchester Ring Machine (1976-1980)
processzorokP1 P2 Pn-1 Pnhlzat
kapcsolvezrlszmtgp
bemeneti sn
kimeneti sn
vrakozsora
tokenek
tokensszeilleszt
utasts-elkszts
program-trol
elfeldolgoz
(13.bra)
2.4 .7.N eu r l i s h l za t o k
specil is feldolgozelemek(neuronok) klnb-z t pus hlzatai alkot jk,
nem programozzk, tan t jk mintapldk seg t-sgvel nem univeryl is , a lkalmazsa : mestersges intel l igencia, i r-
nytstechnika, robottechnika.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 25
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
26/160
2.5.Neumann-elv , egyprocesszoros g-pek felptse
e l zmnyek(C.Babbage, Neumann J . )
felp ts bemutatsi mdjai :
= funkcionl is felp ts:
httr
trolk
beviteli kiviteli
eszkzk eszkzk
kzponti
egysg
ember-gpkapcsolat
programadatok eredmny
(14.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 26
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
27/160
= rendszer technikai felp ts:
PCI rendszer sn
SCSI sn ISA bvt sn
(PCMCIA bvt sn)
lemez CD-ROMstreamer
SCSIilleszt illeszt
hlzati hang-krtya illeszt
bvt
ftr cache-tr
procesz-szor
illesztgrafikus video-
memria
I/Ovezrlk
I/Ovezrlk
I/Ovezrlk
memriasnmonitor
(15.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 27
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
28/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
29/160
2 . 5 . 1 . N e u m a n n - e l v g p ek j el l em z i
vezr lse: vezr ls-ramlsos (control f low),az utas tsok soros feldolgozsa az utas ts-
szmll regiszter(PC=Program Counter) se-g tsgvel , trol t program alapjn m kdik, kzs program- s adat trols ===> program
mdos thatsga, ar i tmetikai(sszeads/kivons - szorzs/osz-
ts) s logikai( 'S '- , 'VAGY'- , 'NEM'-) m vele-
tek vgzsre alkalmas, nl l bevitel i /kivi tel i egysggel rendelkezik.
2 .5 .2 .S zm t g p ek e r f o r r s ai
kzponti egysg(CPU=Central ProcessingUnit) , processzor
= vezr l egysg(CU=Control Unit) ,= ar i tmetikai s logikai egysg (ALU=Arith-
metic-Logic Unit) ,= kzponti tr(?) helyet te: regiszterek,
gyors t trak; trolk(regiszter trak, gyors t trak, f tr,
msodlagos- , vagy ht tr trak) ,
kapcsolat i , tvi tel i eszkzk(snrendszer,csatornarendszer) , per ifr ik(bevitel i /kivi tel i egysgek, ember-
gp-kapcsolat eszkzei) .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 29
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
30/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
31/160
trolk:= regiszterek
funkcionl is(utas tsszmll regisz-ter[PC=Program Counter] , utas tsre-giszter[IR=Instruct ion Register] , ve-zrl /l lapotjelz regiszter [Control /State Register] , akkumultor regiszter[AC=Accumulator Register] , s tb) ,l talnos cl regiszter tr ;
= gyors t(cache) trak;
bels s nrendszer(adatutak)
t pusai , pl . : Intel pr.csald( i386/486, iP, iP I I , iP I I I ,
iP4) , AMD(K5, K6, Athlon) , Cyrix(M1, M2) ha-
sonmsok, Motorola csald(MC68030, MC68040,
MC68060) , Apple-IBM-Motorola(Power1,2
PowerPC csald) , Sparc, MIPS (RISC processzorok).
Cserny: Szg. arch. 2005/06 31
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
32/160
b.)Trolk
feladatuk trhierarchia
regiszterek(funkcionl is , l talnos) , gyors ttrak(cache- trak) , f tr(bi t , byte, rekesz, cm, cmtar tomny)
RAM=Random Access Memory(DRAM,SRAM)
ROM=Read Only Memory(PROM,EPROM);
ht tr trak( tulajdonkppen per ifr il is esz-kzk): mgnesszalagtrak, mgneslemeztrak(merevlemez, haj l-
konylemez) , opt ikai lemezek;
c.)Kapcsolat i rendszerek feladatuk:
kapcsolat teremts a gp klnbz egys-gei kztt
(processzor - memria,processzor - per ifr ia ,
memria - per ifr ia) s nrendsze r(ISA, EISA, PCI, VESA, AGP,stb)
csatornarendszer(szelektor, mult iplexorcsatornk):
Cserny: Szg. arch. 2005/06 32
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
33/160
bill.vezrl vezrl
mon.
FD
HD
PRT
prt.vezrlvezrl
lemezMEM
PR
processzor
helyisn
rendszer sn
adatcm
KBD DPL
vezrls
CH
gyorsttr
(18.bra)
memria-csatorna sn
rendszer-sn
CPU
MEM SEL MPX
I/O-vezrls
PRT
DPL
KBD
TAF
D
D
D
TTgyors
perifrik
perifriklass
tvadat-feldolgozs
(19.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 33
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
34/160
d.)Per ifr il is eszkzk
feladatuk:
t pusaik(bi l lenty
zet , egr, szkenner, nyom-tat, rajzgp, hlzat i csatol, tvkzlsicsatol, s tb .)
2 . 5 . 3 . N e u m a n n - e l v , e g y p r o c e s s z o r o s g p e k k o r- l t j a i
Egyid ben csak egy folyamat feldolgozsa tr tnhetcsak egy processzor van csak; az er forrsokhasznlata nem, vagy csak rszben megoszthat.(Memria svszlessg!)
Rszleges (program-, i l letve utas tsszint ) prhu-
zamosts alkalmazhat:= program szint prhuzamosts:===> mult iprogramozs,
= processzor m kdse: utas tsszint prhuza-mosts:
===> 'pipel ine ' technika,===> szuperskalr technika,
= processzor-memria kapcsolat gyors tsa:===> gyors ttr(cache- tr) ,===> 'memory inter leaving ' technika,
= processzor - I /O m veletek prhuzamostsa:===> I /O 'spooling '
Cserny: Szg. arch. 2005/06 34
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
35/160
A m u l t i p r o g r a m o z s lnyege: tbb feladat (prog-ram) ltszlag prhuzamos feldolgozsa.
Ktegel t feldolgozs(batch processing) :
eszkzk
id
B-eszkz
K-eszkz
Processzor
1.programindulsa
1.programvge
(20.bra)
Mult iprogramozott(mult i -programming) feldolgozs:
eszkzk
id
Be-eszkz
Ki-eszkz
Processzor
1.programindulsa
1.programvge
3.program2.program 2.program
(21.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 35
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
36/160
A processzor, mint er forrs , id tar tamnak felosz-tsi mdszerei :
= pr ior i tsos mdszer,
= id osztsos( t ime-shar ing) mdszer,
= id azonos(real t ime) mdszer
'Spooling ' technika:
az I /O m veleteket(pl . nyomtats , vagy adatbe-tl ts) fgget len t jk a processzor m kdst l ;
Trhierarchia, gyors ttrak,
"pipel ine ' , szuperskalr technika:
ks bb trgyal juk .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 36
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
37/160
3.Szmtgpek er forrsai3.1.Kzponti egysg, processzor
Mir l lesz sz?
= adat- s utas tstrolsi formk,= ar i tmetikai s logikai m veletek vgrehaj tsa,= utas tsfeldolgozs.
A processzor struktrjt
= mind az adatok,= mind az utas tsok trolsi , kezelsi formja
befolysol ja .
A Neumann-elv szmtgpeknl a trol t jelsorozatalapjn nem dnthet e l , hogy az a jelsorozat adat-e,vagy utas ts!
Csak az r te lmezs mdja hatrozza ezt meg!
Cserny: Szg. arch. 2005/06 37
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
38/160
3.1 .1.A d at o k t r o l s i f o r m i
a.)Szmok szoksos rsmdjai
Napi gyakorlatban: helyir tkes, t zes szmrendszeralapjn.
A szmok szoksos rsmdja az albbi:
( )nmmm aaaaaaaaa A KK 210121 ,++
ahol a a az egyes helyir tkekenszerepl szmjegyek alakir tkei .
a a am m + , , , , , ,1 1 0K K
n
r
A jelsorozat rtelmezse(r = radix, az alapszm):
A aii
i m
n
= = s 0
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
39/160
b.)Trolsi formk
Feladat : mindig a clnak leginkbb megfelel t-rolsi forma hasznlata:
= numerikus adatok: ket tes szmrendszerszer int ,t zes szmrendszerszer int ,
= alfanumerikus adatok: ASCII , EBCDI
b 1 . )N u m e r i k u s a d a t o k t r o l s a k e t t e ss z m r e n d s z e r a l a p j n
Cl : az ar i tmetikai m veletek gyors elvgezhet s-ge
helyir tkes szmrendszer alapjn, ket tes szmrendszer alapjn.
Szoksos formi:
= ket tes szmrendszer alapjn:- f ixpontos egsz,
tr t ,- lebeg pontos, normalizl t ,
= decimlis forma szer int(BCD).
Cserny: Szg. arch. 2005/06 39
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
40/160
Fixpontos egsz s tr t tro lsi formja(2-4 byte) :
kettedes pont helyefixpontos trtszm
eljelbit
fixpontos egszszm
eljelbit
kettedes pont helye
(22.bra)pldul:
fixpontos
trtszm
egszszm
fixpontos
a trolt szmrtk: 11/16=0.6875kettedes pont helye
1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0n-1n-2 ... ... ... ... 12345...
n-1 n-2 ... ... ... ... 12345...
a trolt szmrtk: 44 kettedes pont helye
000 1 110000000000
0
(23.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 40
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
41/160
Lebeg pontos szmok trolsi formja(4-8 byte):
kettedes pont helye
(fixpontos trt)(fixp. egsz)
eljelbitek
karakterisztika mantissza
(24.bra)pldul:
kettedes pont helye
eljelbitek
karakterisztika mantissza0 1 1 11 1 000 0 ... ... ... ...0000 0 0
rtke: 2+11 rtke: +0.1011
(25.bra)a trol t szmrtk:
+0.1011 2+11 = 101.12 = 5.510
Cserny: Szg. arch. 2005/06 41
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
42/160
Pozi t v, negat v szmok trolsa:
Cl : az ar i tmetikai m veletek(kivons) elvgezhet -sge minimlis talak tssal , kiegsz t m ve-
letek nlkl .Formi: = el je les, abszoltr tkes(+ 0 , - 1) ,
= egyes komplemens (0 1 , 1 0) ,= ket tes komplemens ( jobbrl az els 1-
esig bezrlag vl tozat lan, majd atovbbiakban 0 1 , 1 0) ,
= 2n - 1
tbbletes(az n-bi t hosszsg, el je-les szmhoz hozzadott r tk) .
- 107
- 107
- 107
- 107
1 0 0
0 0 0 0
0
1 1 1 11
1
1111
111
0 0 0
0000
0
1 10
eljeles,abszoltrtkes
egyes
kettes
komplemenskd
komplemenskd
2 tbbletesn-1
a troltszmrtk
(26.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 42
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
43/160
IEEE 754-es , 854-es lebeg pontos szabvny:
Cl : az egysges s pontos lebeg pontos szmke-
zelsFormja(matematikai r telmezse) :
( ) ( ) e pa s A += 2.11
ahols a mantissza el jele; 0, ha pozitv s 1, ha negatv,a az egyesekre normalizlt mantissza trtrsze,p a karakterisztika(hatvnykitev ) eredeti rtke,e az eltols(a tbblet) rtke, amelynek nagysga
2m-1-1, ahol m=8, 11, 15.
kettedes pont helye
karakterisztika
szignifikandus eljele
szignifikandus
1
egyszeres sdupla pontossg
kiterjesztettpontossg
kettedes pont helye
szignifikandus eljele
karakterisztika szignifikandusp+e+- a
(27.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 43
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
44/160
Lehetsges mretek:
= egyszeres pontossg(single precision, 32 bit),= dupla pontossg(double precision, 64 bit),
= kiterjesztett pontossg(extended precision, 80 bit),= ngyszeres pontossg(quadrupled precision, 128 bit).
Adatformtumok:
normalizlt
adatformtumok
denormalizlt
nulla
vgtelen
'nem-szm'
szignifikandus eljele
karakterisztika szignifikandus
tetsz. kitev tetszleges szmrtk+
111 .... 111 nem nulla szmrtk+
0 0+
0 nem nulla szmrtk+
0111 .... 111+
(28.bra)
= normalizlt adatformtum,= denormalizlt(denormalized) adatformtum,= nulla szmrtk,= vgtelen rtknek adatformtuma,= nem meghatrozott szmrtk, 'nem-szm' (NaN=Not a
Number) adatformtum;
Cserny: Szg. arch. 2005/06 44
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
45/160
b 2 . ) N u m e r i k u s a d a t o k t i z e s s z m r e n d s z e rs z e r i n t i t r o l s a
Cl : nagyobb adatmennyisg s kevesebb ar i tme-
t ikai m
velet esetn===> kevesebb legyen az adatkonverzi.
Formi: BCD(binary coded decimal) , Aiken, St ibi tz ,Gray-kd, s tb .Leggyakoribb a BCD-kd alkalmazsa:
a szmokat szmjegyenknt ket tes
szmrendszerbe konvertlva s 4helyir tkre( tetrd-d) kiegsz tve.
0 0000 El je l rszre, pl :1 00012 00103 0011 1100 + el je l ,4 0100 1101 - el je l .5 01016 01107 01118 10009 1001
- 2 6 5 9 10
10 00 0 0 0 011 10 0 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1
(29.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 45
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
46/160
b 3 . ) A l f a n u m e r i k u s a d a t o k t r o l s i f o r m j a
Cl : az adatok trolsa, ar i tmetikai m veletvgzsignye nlkl .
Karakterenknt egy-egy, tbbnyire 8-bi tes jelkombi-nci (kdsz) hozzrendelse:
ASCII kd(American Standard Code for InformationInterchange): mikroszmtgpeknl l talnosanhasznl t .
pldul: A 41h 0100 0001B 42h 0100 0010
0 30h 0011 00001 31h 0011 0001
9 39h 0011 1001
+ 2Bh 0010 1011
EBCDI kd(Extended Binary Coded Decimal Inter-change Code): IBM nagygpeknl hasznl t kdrend-szer.
b 4 . ) E g y b a d a t t r o l s i m d s z e r e k
= jell t ( tagged) adat trols ,= deszkriptoros trolsi forma,= sszetet t s t rukturl is forma.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 46
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
47/160
3 .1 .2 .U t as t s o k t r o l s i f o r m i
Az utas tsok szerkezete s a rendelkezsre l lelemi utas tsok kre meghatroz a processzor
struktrjnak kialak tsban. Az elemi 'gpi kd ' utas ts rszei :
mveleti jelrsz cmrsz
mdost rsz
(30.bra)
= m velet i jelrsz (operat ion code, opcode): mi ateend ?
= cmrsz (address f ield) : az operandusok trolbel ihelynek a ki jellse.
= kiegsz t , mdos t rsz : a cmzsi el rsmdos tshoz, pontoss ttelhez.
Az utas tsok hossza:
= azonos mindig(pl . RISC processzoroknl 4 byte) ,= vl toz(pl . CISC processzoroknl 1-17 byte) .
Problmk:= utas tshossz tvi tel sebessge,
feldolgozs sebessge,= utas tskszlet processzor s truktrja,
feldolgozs sebessge.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 47
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
48/160
a.)Utas tsszerkezet
El r ja , hogy az utas ts melyik rszt hogyan kel lr telmezni .
Legl talnosabban(ktoperandusos, m velet i utas-tsnl) , egyid ben a kvetkez c mekre van szks-ge a gpnek:
= els operandus cme,= msodik operandus cme,= eredmny cme,= kvetkez u tas ts cme.
Van, amikor nincs szksg ennyi cmre.
mveleti jelrsz
4-cmes utasts
3-cmes utasts
2-cmes utasts
1-cmes utasts
0-cmes utasts
PC bevezetsvel
mveleti jelrsz
AC bevezetsvel, vagy azeredmny a 2.operandushelyre kerl
AC bevezetse szksges
veremtrol bevezetsvel
mveleti jelrsz
mveleti jelrsz
mveleti jelrsz
1.operanduscme
1.operanduscme
1.operanduscme
2.operanduscme
2.operanduscme
cmeeredmny
cmeeredmny
kvetkezut. cme
operandus
cme
2.oper. +eredm. cme
(31.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 48
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
49/160
b.)Utas tst pusok, utas tskszlet
b 1 . ) U t a s t s t p u s o k
= tvi tel i utas tsok:- trolhivatkozs utas tsok,- veremkezel u tas tsok,- per ifr ia utas tsok;
= m velet i utas tsok:
- ar i tmetikai m velet i utas tsok(+,- ,* , / ),- logikai m velet i utas tsok,(and, or, not) ,- lptet / forgat(shif t / rotate) utas tsok,- bi tm velet i utas tsok,- karakter lnc(str ing) m velet i utas tsok;
= vezr l u tas tsok:
- fel ttel nlkli ugrat utas ts ,- fel tteles ugr utas tsok,- alprogram(szubrut in)hv utas ts ,- ' return ' utas ts ,- lel l t utas ts ,- ciklusutas ts ,
- megszaktst t i l t s engedlyez u tas-tsok,
- 'hal t ' u tas ts .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 49
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
50/160
b 2 . ) U t a s t s k s z l e t
Azon elemi (gpi kd) utas tsok sszessge,amelyeket a gp a legals, hardver szinten r tel-
mezni s vgrehaj tani tud.Ez a programoz l tal hasznlhat legals szint .
Jel lemz k:
= elemi utas tsok szma,
= az elemi utas tsok tar talma, az elvgzend
feladatok sszetet tsge,= a kezelhet fel ttelek szma,= az egyes jel lemz k kvetkezetes hasznlat i le-
het sge,= az utas tsok l tal nyjtot t tmogats:
- a programrshoz,- a program ford tshoz,- az el len r zhet sghez.
Az utas tskszlet kialak tst befolysol ja , hogymit bzunk a hardverre s mit bzunk a szof tverre:
sszetet t utas tskszlet CISC processzorok;
Egyszer s tet t utas tskszlet RISC processzo-rok.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 50
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
51/160
3.1 .3 .M v el et ek v g r eh aj t s a
Elvgezhet m veletek: = ar i tmetikai m veletek,= logikai m veletek.
a. )Ari tmetikai m veletek
- ket tes szmrendszer alapjn:= f ixpontos szmok krben,= lebeg pontos szmok krben;
- t zes szmrendszer alapjn:
= BCD kd alapjn.Binr is jelrendszer alkalmazsa rvn, az ar i tmeti-kai m veletek visszavezethet k a logikai m veletek-re.
a1.)M veletek f ixpontos szmokkal
sszeads:
Szoksos helyir tkes brzols szer int vgezhet e l .Pldul: A=22 0 001 0110
B=75 0 100 1011---- ------------ ----97 0 110 0001
tvi telkpzs: 10 s11 esetn.
Vgrehaj ts: prhuzamosan, minden helyir tken.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 51
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
52/160
Kivons:
Komplemenskd hasznlatval ; oka, hogy gy:
= a kivons visszavezethet
az sszeadsra,= az el je l automatikusan addik.
Pldul: A= 97 0 110 0001B=-62 1 011 1110
B komplemense: 1 100 0010
----- ---------------- A+Bk 35 1 0 010 0011
A= 45 0 010 1101B=-52 1 011 0100
----- - - - - - - - - - - - - - - - -B komplemense: 1 100 1100
----- - - - - - - - - - - - - - - - - A+Bk -7 1 111 1001
az eredmny negat v ===> komplementls
A+Bk -7 1 000 0111
Szorzs, oszts :
Az alkalmazott algorimus bonyolul tabb, de vissza-vezethet sorozatos sszeadsokra/kivonsokra sel tolsokra ( lptetsekre) .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 52
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
53/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
54/160
A f ixpontos szmok szorzsnak algor i tmusa:
igen
nem
nem
igen
2
1
szorzlegalacsonyabb
helyirtkbitje = 1 ?
AC lptetse jobbraB lptetse jobbra
I > N ?
eljelbit ellltsa
0 AC
(szorzand) A(szorz) B
1 I
[AC] + [A] AC
I + 1 I
N = az A s Bregiszterekhossza
(33.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 54
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
55/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
56/160
Ha a karakter iszt ikk nem egyeznek meg , azazk a k b , akkor az eredmny karakter iszt ikja:
{ }baba k k k ,max)( =+
Ha k a >k b , s gy n=k a -k b , , akkor a B operandusmantisszjt osztani kel l a 2 2n k k a b= r tkkel (azaz nhelyir tkkel el kel l tolni jobbra) s a karakter iszt i -kt ennek megfelel en nvelni kel l , azaz
m m
mbu
b
n
k k a b= = 2
2 ( )
( ) )(222222 )( baaaaba k
bak
buak
buk
ak
bk
a mmmmmmm B A +=+=+=+=+ +
aholm ma b a bu( )+ m= + s k k a b a( )+ =
Cserny: Szg. arch. 2005/06 56
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
57/160
Lebeg pontos szmok sszeadsnak, kivonsnakalgor i tmusa:
igen
nem
2
1
k = k ? A B
igen nemk < k ? A B
karakterisztikk
n helyirtkkel n helyirtkkelm lptetse jobbraBm lptetse jobbra A
az eredmnynormalizlsa
m + m mB (A+B) A
Ak k(A+B)
klnbsge n
Bk k(A+B)
(34.bra)
Szorzs, oszts:
mantisszk esetben ===> f ixpontos szorzs,oszts
karakter iszt ikk esetben ===> sszeads, kivons
Cserny: Szg. arch. 2005/06 57
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
58/160
a3.)M veletek t zes szmrendszer a lapjn
BCD kdban brzolt szmokkal; tvi telkpzs:- tetrdon bell ket tes szmrendszer alapjn,
- tetrdok kztt t zes szmrendszer szer int .Pldul:
245 0010 0100 0101137 0001 0011 0111----- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
382 0011 0111 1100korrekci: 0110-----------------------
0011 1000 0010
b.)Logikai m veletek
b1.)Alapm veletek
- logikai VAGY-m velet(OR),- logikai S-m velet(AND),- logikai NEM-m velet(NOT).
NEM-m velet
VAGY-m velet
S-m velet
m szakirsmd
C = A C = A + B C=A B
matematikairsmd
C = A C = A B C = A B
Cserny: Szg. arch. 2005/06 58
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
59/160
A m veletek igazsgtblzata:
operan-
dusok
NEM
m velet
VAGY
m velet
S
m velet A B C = A C = B C = A + B C=A B 0 0 1 1 0 00 1 1 0 1 01 0 0 1 1 01 1 0 0 1 1
b2.)sszetet t m veletek
= ekvivalencia(azonossg) m velete(jele: , illetve ),
= antivalencia m velete(jele: , illetve ),
= NEM-VAGY(NOR) m
velet(Pierce-m
velet),= NEM-S(NAND) m velet(Sheffer-m velet).
A m veletek igazsgtblzata:
A Bekviva-lencia
ant iva-lencia
NEM-VAGY
NEM-S
A B A B A +B AB 0 0 1 0 1 10 1 0 1 0 11 0 0 1 0 11 1 1 0 0 0
Cserny: Szg. arch. 2005/06 59
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
60/160
A tblzat sszetet t kifejezsei az alapm veleteksegtsgvel :
= ekvivalencia: C = A B + A B
= antivalencia: C = A B + A B = NEM-VAGY: C = A +B A B= = NEM-S: C = A B = A B +
b3.)Logikai fggvnyek
Jelent sgk: klnsen a gpek tervezsekor'Tel jes sszead' (kt binr is szmjegy s az tvi telsszeadsra szolgl egysg) sszeg(S) stvi tel(C) kimenete:
A B D S C
0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 1
1 1 1 1 1
S = A B D+ A B D+ A B D+ A B D = (A B) D+(A B) D (A B) DC = A B D+ A B D+ A B D+ A B D = A B+(A B) D
=
Cserny: Szg. arch. 2005/06 60
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
61/160
c.)Ari tmetikai- logikai m veletvgz egysg(ALU)
Rszei : = tel jes-sszead egysg,= lptet ramkrk,
= logikai m
veletvgz
,= adatregiszterek(AC - akkumultor) .
l lapotjelz regiszter(f lag regiszter) :
= tvi tel(carry) ,= nul la(zero) ,
= tl csorduls(overf low),= el je l(sign) .
Flsszead s tel jes sszead vzlata:
&
+
A B
C
S
1
&
&
+
+C
S
D
BA
a.) flsszead b.) teljes sszead
(35.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 61
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
62/160
1-bi tes ALU vzlata:
1&
&
S
1 &
&&&
1
A BV01V02
V03
L
1
Ci
+
+
BA
C i -1
&
&
V04
Logikaimveletvgz mveletvgz
Aritmetikai
& && &
V01 V02 V03 V04
V0 V1
Vezrl logika
A BV1V0
S
Ci
1-bites ALU
C i -1
(36.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 62
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
63/160
3 .1 .4 .U t a s t s o k v g r eh a j t s a
a.)Utasi tsvgrehaj ts lpsei
= utas tsel
ksz ts(fetching) ,= utas tsszmll regiszter(PC) tar talmnak nve-lse,
= m velet i kd r telmezse(decoding) , operandusokcmnek meghatrozsa,
= operandusok el ksz tse,= m velet vgrehaj tsa(executing),
= eredmny elhelyezse(wri t ing back) .Neumann-elv , hagyomnyos s truktrj szmtg-pek utas tsfeldolgozsa soros rendszer :
mvelet-vlasztsALU
AC
+ 1
Z
{ 1}
01
cm -dek-dol
opcm
IRTMPadatok
program
PCMAR
MBR
utasts cm
operandus cm
operandusutasts
utasts cm
CU
(37.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 63
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
64/160
b.)M velet i vezr ls
Feladat : az utas tsokban meghatrozott m vele-tek elemi lpseinek vezr lse.
Lehet sgek: = huzalozott mdon,= mikroprogramozott mdon.
ACC
ALU
PBR
PAR
DPL
KBD
ssze-ad
A1
A2
A3
A4
A5
S4
R4
P1P2
P3
P4
S3
S-sn
R-sn
S-sn
PC
IR
P/D
op. cm k. cm
CU
R-sn
M1
R1 R2 R3
S1
C1
C4
kompl.kpz
M2
P
IRC2 C3
MARMAR
MBR
S2
A5perifria+1- 1
A6A7
(38.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 64
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
65/160
Plda: LDA X hatsa: [X] AC
elemi lpsek
r intet t
vezr lsipontok[PC] R-sn S-sn MAR R2, S2, M2Cmdekdols[mem(MAR)] MBR[MBR] R-sn IR R1, C1[IR(op.kd)] MAR C2[IR(cmrsz)] S-sn MAR S1, M2Cmdekdols[mem(MAR)] MBR[MBR] R-sn AC R1, A1
c.)Mikroprogramozott m velet i vezr ls Lnyege: az utas tsok vgrehaj tsnak elemi
lpsei t a ROM trolban trol tmikroprogram alapjn vgzi el aprocesszor.
Mikroutas tsok szerkezete:= hor izontl is(minden bi t je vezr l
funkcival rendelkezik,= ver t ikl is(hasonl a gpi szint
u tas tsokhoz) .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 65
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
66/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
67/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
68/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
69/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
70/160
SPARC processzorok
regiszter utasts
kzvetlen adatcmzs
cmbellt utasts
feltteles ugrutasts
szubrutinhv utasts
utaststpus jelzse
DEST
DEST
DEST
OPCODE
OPCODE
SRC1
SRC1
0
1
FP-OP SRC2
adatkonstans
OP
OPfelttel
konstans
A utastsrelatv cm
utastsrelatv cm
2 5 6 85 1 5
2 5 3 22
(40.bra)MIPS processzor ok
regiszter utasts
kzvetlen adatcmzs
ugrutastsrelatv cm
DESTOPCODE SRC1 SRC2 SHIFT FUNC6 65 5 55
DESTOPCODE SRC1 konstans5 56 16
OPCODE6 26
(41.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 70
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
71/160
C m z s i m d o k
Jel lemz : a 3 cmes utas tsok hasznlata(S1, S2 az operandusok cmmez inek, D
az eredmny cmmez jnek a tar talma,EA = tnyleges cm, A tetsz leges mez
tar talma)
= kzvet len adatcmzs( immediate) :
operandus = A
= kzvet len regisztercmzs: EA1 = S1,EA2 = S2,EA3 = D
= kzvet len trolcmzs(LOAD/STORE):
EA1 = [R0] + AEA2 = D
= kzvetet t ( regiszter indirekt) trcmzs:
EA1 = [R0] + [S2]EA2 = D
= kzvetet t ( regiszter indirekt) re la t v trcmzs:
EA1 = [S1] + AEA2 = D
Cserny: Szg. arch. 2005/06 71
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
72/160
b.)M velet i vezr ls elve
CISC processzoroknl : tulajdonkppen mikroprog-rammal r telmezet t ;
RISC processzoroknl : huzalozott logikval .
3.2.Folyamatok prhuzamostsa
Teljes t kpessg nvelse:= m kdsi sebessg(rajel f rekvencia) nvels-vel ;
= folyamatok prhuzamostsval ,- program szinten mult iprogramozs,- utas ts szinten: p ipel ine technika,
szuperskalr technika;= er forrsok tbbszrzse.
3 .2 .1 . t l a p o l t ( p i p e l i n e ) f e l d o l g o z s i t e c h n i k a
a.)Pipel ine technika lnyege
(Ms elnevezsek: cs vonal , futszalag technika)
Fogalma, a megolds mdja:
a folyamat (kzel egyenl id tar tam) elemi r-szekre bontsval .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 72
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
73/160
21
2.utasts feldolgozsa
1
2
11
11 22
22
1.utasts feldolgozsafokozatok
id3elksztsdekdols
op.cm meghat.op.elkszts
vgrehajtsvisszars
ugr utastsnl felesleges lehet
1.fokozat 2.fokozat 3.fokozat n.fokozat
(42.bra)
Az t lapolt feldolgozs temezse:= szinkron,= aszinkron mdon tr tnhet .
Prhuzamosts terlete:= utas tsvgrehaj ts folyamata, ezen bell= m veletek vgrehaj tsa.
Utas tsfeldolgozsnl : szinkron temezs a jobb.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 73
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
74/160
A pipel ine gyors ts mrtke(n=fokozatok szma,p=feldolgozand utas tsok szma):
s T
T
np
n p soros
ppl
= =+ ( )1
Az egyes fokozatok azonos id ignyt fel ttelezve, atel jes id tar tam-kapaci ts: n(n+p-1). Ekkor ahatkonysg :
e tnyleges leterhels idtartama
teljes leterhels idtartamanp
n n p p
n p= = + = + ( ) (1 1)
Problmk:= egymst kvet u tas tsok egymsrahatsa
vezr lsi fgg sg,= egymst kvet u tas tsok l tal hasznl t adatok
rendelkezsre l lsa adatfgg sg,
= hardver er forrsok irnt i ignyek er forrs fgg sg.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 74
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
75/160
b.)Az utas tsvgrehaj ts gyors tsa
Az utas tsfeldolgozs lehetsges lpsei := el ksz ts ,
= dekdols,= operanduscmek kidolgozsa,= operandusok el ksz tse,= m velet vgrehaj tsa,= az eredmny visszarsa,= kvetkez u tas ts cmnek meghatrozsa.
Folyamatos feldolgozs akadlyai := trolhivatkozs( load/store) utas tsok,= elgazsi utas tsok,= megszaktsok, kivtelek.
A tel jes t kpessget jelent sen cskkenti a trolhi-vatkozs, valamint az elgazsi utas tsok program-bani magas el fordulsi gyakorisga(70-75%).
M e m r i a u t a s t s o k k e z e l s e
Megoldsi lehet sgek:= vrciklusok beiktatsa,= kslel tetet t LOAD utas ts
(a LOAD utas ts hosszabb vgrehaj tsi ideje,vagy a beolvasot t adatra vrakozs miat t , az uta-s tst kvet u .n . kslel tetsi rs be, hasznosutas tst helyez t a ford tprogram, amelyetmindig vgre kel l haj tania a processzornak)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 75
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
76/160
1.Vrciklusok beiktatsa
2.utasts
3.utasts
4.utasts
1.utasts (LOAD)
F = elkszts D = dekdols E = vgrehajts W = visszars
ciklusokE1 WF D E2
F ED W
F ED W
F ED W
utastsok
(43.bra)
2.Kslel te te t t LOAD utas ts
2.utasts (NOP)
3.utasts
4.utasts
1.utasts (LOAD)
F
D
E WF
F
F
E
E
E
D
D
D
W
W
W
F = elkszts D = dekdols E = vgrehajts W = visszars
ciklusokaz adat ekkor elrhet csak
utastsok
(44.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 76
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
77/160
Megolds pl . :
load r1, mem(A) [mem(A)] r1load r2, mem(B) [mem(B)] r2
nopadd r3, r1 , r2 [ r1] + [ r2] r3
E l g a z s i u t a s t s o k k e z e l s e
Problma : mivel az ugrs szksgessge, csak afeldolgozs ks bbi fzisban vl ik nyi lvnval-
v, megszakadhat az utas tsok folyamatos fel-dolgozsa trlni kel l a pipel ine- t .
Az elgazsok kezelsi mdszerei := pipel ine tr lse legegyszer bb,= pipel ine lel l tsa(vrciklusok) ,= elgazs el rejelzse:
- s tat ikus(hardver, vagy a ford tprogram l tal be-l l tot t , fel ttelezet t elgazs szer int) ,- dinamikus(futs kzbeni nyi lvntar ts alapjn) ,
= utas tssorrend trendezs:- kslel tet t elgazs (elgazsi utas tst kvet
helyre r telmes utas tst helyez a ford tprog-ram, amelyet mindig vgrehaj t a gp, fgget lenl
az elgazs i rnytl) leggyakoribb,- elgazs szthzs(fel ttel bel l tsa s vizsg-lata szthzhat) ,
- elgazs sszecsomagols,- ciklusutas ts egyszer s tse,
= pipel ine tbbszrzse.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 77
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
78/160
1.Pipel ine tr lse
elksztsdekdols
vgrehajts
visszars
fokozatok
id
[ciklus]
i
k
ii
i
i+1i+1
i+1i+2
i+2 i+3
k
kk
k+1k+1
k+1
i = i -dik utasts = trlt utastsok
ksleltets = n-1 [ciklus]
(45.bra)
2.Kslel te te t t e lgazs a lkalmazsa
F
D
E WF
F
F
E
E
E
D
D
D
W
W
W
F = elkszts D = dekdols E = vgrehajts W = visszars
ciklusok
elrhet
az ugrsi cmekkor
csak
2.utasts (NOP)
3.utasts (az elgazs 1.utastsa)
1.utasts (ugr utasts)
4.utasts (az elgazs 2.utastsa)
utastsok
(46.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 78
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
79/160
A d a t t k z s e k f e l o l d s a
Az egymst kvet u tas tsok ugyanarra az adatravrnak, pldul:
add R3,R1,R2 [R1]+[R2] R3sub R4,R3,R0 [R3]-[R0] R4
F
D
E WF
F
F
E
E
E
D
D
D
W
W
W
F = elkszts D = dekdols E = vgrehajts W = visszars
ciklusokaz adat ekkor elrhet csak
utastsok
NOP
ADD R3, R1, R2
SUB R4, R3, R0
(47.bra)
Adattkzsek feloldsi mdjai :
= utas tssorrend trendezse,= 'scoreboarding ' ,= adat el reengeds(forwarding)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 79
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
80/160
E WF Dciklusok
utastsok
E WF D
E WF D
E WF D
R3R4
R5R6
R7
F = elkszts D = dekdols E = vgrehajts W = visszars
'scoreboard'
ADD R7, R4, R6
SUB R5, R1, R2
ADD R3, R1, R2
ADD R4, R3, R4
(48.bra)
E r f o r r s o k h a s z n l a t a
Legfontosabb er forrsok:= regiszterek, amelyek hasznlatt a ford tprogram
optimalizl ja ,= kzponti trol, amelynek hasznlatt a kln uta-
s ts- s adatcache- trak, valamint a klnl lutas ts- s adat trol hasznlata(Harvard-struk-tra) , a 'memory inter leaving ' teszik hatkonyab-b.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 80
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
81/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
82/160
fokozatok
id
[ciklus]
Xkitevk sszeadsamantisszk szorzsa
normalizlskerekts
rszszorzatoksszeadsaX X
X X
XX
X
X = els inicializls = msodik inicializls
(49.bra)
3 .2.2 .S zu p e r s k a l r t e c h n i k a
a.)Szuperskalr technika lnyege
Prhuzamossg: = utas ts kibocstsban,= utas ts vgrehaj tsban;
u tas tskibocsts mrtke: 2-3-4 [ut . /ciklus]
utasts-sor
sztoszt
FV LPVEF (50.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 82
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
83/160
Problmk:
= fgg sgek(adat- , vezr lsfgg sgek) kezel-se,
= program konzisztencijnak meg
rzse,= kivtelek(megszaktsok) kezelse.
b.)Feldolgozs lpsei
D e k d o l s
= prhuzamos dekdols nvekv nehzsg magasabb kibocstsi
mrtknl , e l dekdol hasznlata az (L1 szint ) uta-
s ts gyors ttr el t t ;
utasts-sor
FV LPVEF
utasts-gyorsttr
eldekdol
sztosztdekdol/
L1
(51.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 83
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
84/160
= el dekdols lnyege:4-7 kiegsz t b i t , je lezve:
- az utas ts csoport jt ,- hosszt ,- m velet i kd helyt , s tb .
K i b o c s t s / s z t o s z t s
= feladata: a dekdols utn, a fgg sgek el-len rzse/feloldsa, majd az utas tstovbbtsa a megfelel vgrehaj t
egysghez;
utasts-sor
utasts-gyorsttr
eldekdol
sztosztdekdol/
EF FV LPV
L1
vrakoztatpuffer
ellenrzs/kibocsts
(52.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 84
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
85/160
= jel lemz k: kibocsts mdja:
- kzvet len(direkt) b lokkolds a fgg sgek miat t ,
- kzvetet t ( indirekt) vrakoztats a fgg sgek felold-
sig;
kibocstsi ablak:mrett a vizsglatba bevont utas t-
sok szma(4-6) adja meg.
- f ix: csak akkor mozdul arrbb, ha az ab-lak sszes utas tst kibocstot ta ,
- cssz: minden kibocstsnl arrbbmozdul a kibocstot t utas tsszmnakmegfelel en; gy, mindig u.a. uta-s ts vizsglhat egyszerre;
kibocstsi sorrend:
- sorrendi(a program logikja szer int) ,
- sorrenden kvli(a vgrehaj thatsg alap-
jn, de a konzisztencia meg rzsemegoldand!)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 85
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
86/160
= fgg sgek feloldsi mdjai : vezr lsi fgg sg:
pl . fel tteles elgazsi utas tsvgrehaj tsa esetn
e lgazs el rejelzs(spekulat v mdon,fel ttelezet t i rnyban kezd dik afeldolgozs) ,
b lokkols a megoldsig(amg az ugrsii rny vi lgos lesz) vrakoztats
adatfgg sg:pl . egymst kvet u tas tsok u.a. atrolhelyet akar jk hasznlni ;
valdi(RAW = read af ter wri te) fgg sgcsak vrakoztatssal oldhat fel ,
l - fgg sg(WAR, WAW): a fell randhelyet az el z u tas ts mg hasznl-ni akar ja a rgi adat tal ,
regiszter tnevezs
- ideiglenesen ms nevet kap a cll lo-ms, azaz
- ideiglenesen az .n. tnevez puffer-ben trol juk,
Cserny: Szg. arch. 2005/06 86
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
87/160
- kel l egy segdtrol a lekpz tblzat(tnevezsek nyilvntar tsa) t-rolsra;
- befolysol, hogy az operandusoklehvsa a sztoszts (vrakoztatsel t t ) , vagy a kibocsts (vrakoz-tats utn) tr tnik-e; azaz magt azadatot , vagy csak a cmt trol ja avrakoztats alat t .
V g r e h a j t s Problma:
= vgrehaj tsi id k klnbz sge soros konzisztencia meg rzse, eredmny kslel tetet t visszarsa;
= kivtelek hatsa: konzisztencia meg rzse
N h n y p l d a
= tovbbfej lesztet t CISC:
Pentium, MC68060= szuperskalr archi tektra:Cyrix M1, AMD K5
= RISC mag CISC:PPro, PII , PIII , PIV
= RISC processzorok:PowerPC 602, 604, 620
Cserny: Szg. arch. 2005/06 87
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
88/160
3.3.Trolkezels
3 .3 .1 .A l a p f o g a l m a k , t r o l h i e r a r c h i a
Alapfogalmak:
= bi t , byte,= sz(word) ,= rekesz,= cm, cmtar tomny,= troleszkzk: RAM(DRAM, SRAM),
ROM(PROM, EPROM),= elrsi id , felledsi id , c iklusid ,
= kzponti tr kapui:cmregiszter(MAR),adatregiszter(MBR, DR)
A gp hatkony m kdtetshez trolhierarchia kel l := regiszterek, regiszter tr,= gyors t(cache) tr,= f tr,(= gyors ttr) ,= ht tr trolk(mgneslemez, -szalag) ,
= tmegtrolk (mgneslemez, opt ikai lemez,mgnesszalag, s tb .)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 88
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
89/160
Trhierarchia:
regisztertr ftr httrtr tmegtrolk
regisztertr ftr httrtr tmegtrolk
cache-tr
cache-tr
elrsiidk[s] 10-20*10-9 70-100*10-9 10*10-3 300-500*10-3
kapacitsnagysgrend
By
By
MB
MB
GB
GB
(53.bra)
3. 3 .2 .V a l s t r k ez e l s (f t r h a s zn l a t a )
Fogalma: minden troleszkz kezelse a sajtf izikai felp tst l fgg en tr tnik.
Korltos f izikai trolk kezelshez amegolds: ==> v i r t u l i s t r k e z e l s
Cserny: Szg. arch. 2005/06 89
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
90/160
Cmzsi , cmmdos tsi el jrsok
O k : az utas tsok cmrsze csak a legr i tkbb ese-
tekben tar talmazza az operandusok pontos, f izikaicmt .- a cmrsz nem elegend en hossz,- adatsoron kel l m veletet vgezni ,- cikl ikus m veletvgzsre van szksg,- a program, az adatok thelyezhet sgt kel l
biztos tani .
C m z s i m d o k a l a p f o r m i
= abszolt cmzsi md,= relat v cmzsi md= kzvetet t ( indirekt) cmzsi md,= kzvet len adatcmzs, lcmzs, l i terl is ;
= indexels .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 90
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
91/160
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
92/160
Az utas tsok hatsa:
LDA a 2000 [2000] AC
LDA r 200 [[BR] + 200] AC
K z v e t e t t ( i n d i r e k t ) c m z s i m d
program terlet adatterlet
cm cm
LDA i 1600400399
401
AC
25001994
1600 2500pointer
(55.bra)
Az utas ts hatsa:
LDA i 1600 LDA a 2500 [2500] AC
Cserny: Szg. arch. 2005/06 92
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
93/160
K z v e t l e n a d a t c m z s ( i m m e d i a t e )
Az utas ts cmrszben maga az operandus tall -hat. Korltozot t hasznlhatsg!!
program terletcm
LDA400399
401
AC# 639 (639)
(56.bra) Az utas ts hatsa:
LDA # 639 639 AC
In d e x e l s
+
program terlet
adatterlet
cm
LDA 3000400399
401
AC
1400
cm
ix
pontos cm:
3000
IX5
3005
(57.bra)
Az utas ts hatsa:LDA ix 3000 LDA a 3005 [[IX] + 3000] AC
Cserny: Szg. arch. 2005/06 93
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
94/160
3.3 .3 .Reg is z t er t r ak
tmeneti adat trolshoz egyre nagyobb mret t-
rolt hasznlnak lnyeges a hozzfrsi md hrombemenet regiszter tr clszer (3-cmes uta-
s tsokhoz)
regiszter trak kezelsi lehet sgei :
= l iner is cmzs hasznlata= regiszterbank (register banking) hasznlata
(azonos mret , nem t lapold rszek;egy-egy 'bank' mrete: 2 hatvnya, pl . 2 3)
---> mutat: CBP - current bank pointer
= ablaktechnika (register windowing) hasznlata(azonos mret , t lapolhat ablakok; az 'ab-lak ' mrete: 2 hatvnynak tbbszrse)
---> mutat: CWP - current window pointer
= blokktechnika (register blocking) hasznlata( tetsz leges mret , t lapolhat blokkmret)
- - -> mutat: CBP - current block pointer
Mutatk utas tsokkal kezelhet k(stack kialak that) .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 94
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
95/160
Ablaktechnika alkalmazsa(pl . : SPARC processzorok)
globlisvltozk
globlisvltozk
globlisvltozk
R0
R7
R8
R31
R0 R0
R24
R47
R40
R63
R7R7
bemenparamterek
paramterekkimen
loklisvltozk
loklisvltozk
loklis
vltozk
paramterekkimen
paramterekkimenbemen
paramterek
bemenparamterek
CWP-1
CWP
CWP+1
pm.tads
pm.tads
(58 .b ra )
Paramte rcse re : a bemen s a k imen v l tozkb lokk jn keresz t l ada tmozga ts n lk l .
Cserny : Szg . a rch . 2005 /06 95
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
96/160
3.3 .4 .G y o r s t (c ac h e)- t r ak
Feladatuk: utas tsok, adatok processzorkzel i ,tmeneti trolsa:
= L1 szint
(bels
) : 32KB= L2 szint (bels /kls ) : 256KB
Lnyeges je l lemz k:
a cache- tr mrete(8-256 kB); a blokk mrete(16-32 byte) ; az adatcsere mindig
blokkos formban tr tnik blokk/sz/byte fel-p ts;
sormret , amely egy-egy sszehasonl tssalki jellhet , l talban a blokkmret tel megegyez ,i l le tve annl kisebb;
aktual izlsi mdszer, amely alalpjn a mdos-tand adatot a cache- trba s a f trba r juk;
a gyors adatcsere miat t , fontos a megfelel he-lyet tes tsi s t ratgia ( re)placement pol icy ;
a f tr s a cache- tr adategyez sgnek bizto-s tsi mdja.
Kt jelz -bi t legalbb: rvnyessgi( V - val id bi t ) : a blokk tar talma rv-
nyes adatot tar talmaz-e? mdos ts jelz (D - dir ty bi t ) : aktual izlskor
volt-e mdos ts?
Cserny: Szg. arch. 2005/06 96
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
97/160
a.)Gyors t(cache)- trak t pusai
(Pldk: 32 bi tes cmzs s 256 trolsor(cel la) fel-ttelezsvel mutat jk be az egyes t pusokat)
1.Tel jesen asszociat iv(ful ly associat ive) cache- tr [256-way set associat ive cache]
2
byteszCM: blokk sorszm
0.sz 1.sz 2.sz 3.sz01 2 3 00 0 11 12 2 23 3 3
1 6 8 3 1
012
255254
cache-tr
28 2 2
V Dblokksorszm
1 6 8 3 1
'tag'-rsz adatrsz
1
megcmzettbyte
sszehasonltshoz
kijellshez
(59.bra)
Egy-egy blokk brhov kerlhet .
Cmzs: blokk sorszm alapjn, sszehasonl tssal .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 97
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
98/160
s ikeres elrs cache-hi t( read- , wri te-hi t) ,s iker telen elrs cache-miss(read-, wri te-miss)
Elnye: nagyfok rugalmassg betl tsnl ,
htrnya: soronknt cmsszehasonl ts kel l kl tsges(l talban < 64 cel la)
2.Kzvet len lekpzs (d i rect mapping) cache- tr[1-way set associat ive cache]
2
byteszsorindexlapsorszm
1 6 8 3 120 8 2 2
012
255254
CM:
0.sz 1.sz 2.sz 3.sz01 2 3 00 0 11 12 2 23 3 3
cache-tr
1 6 8
'tag'-rsz adatrsz
megcmzettbyte
sszehasonltshoz
kijellshez1
31
sorindex
kijellshez
V Dlap-sorszm
(60.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 98
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
99/160
Kijells: sor index, valamint sz- s byte-cm alap- jn
Cmzs: lapsorszm sszehasonl tsval .
El nye: gyors visszakeress,htrnya: nagyon merev, el fordulhat , hogy nem
aktul is tar talm; hivatkozs ugyanarraa blokkra, mint utas tsra s mint adatrais .
3.Csoport asszociat iv(set associat ive) cache- tr [n-way set associat ive cache]
Egy-egy blokk n helyre kerlhet , a tar tomnymrete ezr t cskken.
Kijells: csoport index(set index) , valamint sz- sbyte-cm alapjn.
Cmzs: lapsorszm alapjn, sszehasonl tssal .
El ny: haj lkonyabb, mint a 'd irect mapping ' ,kevs sszehasonl ts kel l , viszonylaggyors s olcs.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 99
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
100/160
2
byteszCM: lapsorszm csoportindex
1 6 8 3 1
22 6 2 2
cache-tr
sszehasonltshozkijellshezkijellshez
'tag'-rsz
V Dlap-sorszm
1 6 8
0.sz 1.sz 2.sz 3.sz01 2 3 00 0 11 12 2 23 3 3
adatrsz
megcmzettbyte
012
6362
31
csoportindex
1
(61.bra)
b.)Gyors t trak tar talmnak karbantar tsa
Problmk:= aktual izls: utas tstrolnl nem gond
csak olvass van,adat trolnl : f tr s cache- tradategyez sgt biztos tani kel l ,
= tar talomcsere s tratgija; tbb program futsa bo-nyol t ja a helyzetet klnl l tro-lk hasznlhatk.
Cserny: Szg. arch. 2005/06 100
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
101/160
Tar talom betl tse
= aktul is ignykor(demand fetching): a kr t byte
azonnal tovbbtsra kerl( load-through, read-through)
= el ksz tssel(prefetching): az i-dik blokkal azi+1-dik is betl tsre kerl ;
- kis blokkoknl clszer ,- e l retekintsi s t ratgia kel l( look ahead)
Aktual izls
adatbers , mdos ts utn a f trat is aktual izlnikel l
= azonnali t rs(wri te through) ,= visszars , -msols(wri te back,copy back)
mdszere,= egyszer i visszars(wri te-once) mdszere;
programbl is vlaszthat lehet .
= wri te through:- az adat bersra kerl a f trba is , fgget lenl
at tl , hogy az adott blokk a cache-ben van-e,vagy sem;
- pufferelssel gyors that (buffered wri tethrough) az tvi tel .
- lehet sg: wri te-hi t(benn van): a cache is ak-tual izldik;wri te-miss(nincs benn):
Cserny: Szg. arch. 2005/06 101
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
102/160
= trba rst kvet i egy visszaol-vass(read-miss)
= betl ts utn aktual izl (wri tethrough with wri te al locat ion)
= wri te back, copy back: - aktual izls csak a blokk cserjekor, a a 'd ir ty-
bi t ' l lapottl fgg en;- lehet sg: wri te-hi t(benn van): csak a cache-
ben aktual izl , a f trat csak k-s bb, blokkcsernl aktual izl ja .
wri te-miss(nincs benn): betl tsutn aktual izl , a f trat csak k-s bb, blokkcsernl aktual izl ja .
= wri te-once:- csak az els h ivatkozskor r ja vissza a f trba
a blokkot , rvnytelen tve a ms cache-trakban lv adatokat ; visszarsblokkcsernl tr tnik csak.
El ny, htrny: a 'wri te back ' mdszernl a caches a f tr tar talma nem mindig egyezik meg,de nem foglal ja le az adatsnt .
Cserny: Szg. arch. 2005/06 102
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
103/160
Helyet tes tsi s t ratgia (replacement pol icy)
Alapelv: a legrgebben nem hasznl t kerl jn ki( least recently used - LRU)
Magyarzat : vl tozsmtr ix alapjn(a mtr ix soraiblokkonknt jelzik annak kort , hogy milyenrg nem hasznl tk) az egyes blokkok koraismert .
Vltozs mtrix:
0 1 2 3 4 5 6 7 8
2
10
345678
11
11
1
1
11
1
blokk-sorszm
szmllregiszter
2
10
345
678
0 1 2 3 4 5 6 7 8lptet regiszter:kor
blokkssz.
mdostsutn
mdostsutn
62301
4
758
6
2
3
0
14
758
3 4 1 2 5 67 0 8
3 4 1 25 67 0 8cserlhetblokk(6.)
(62.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 103
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
104/160
Megoldsi mdok := szmll regiszterrel(a blokkok kort trol ja)= shif t regiszterrel(a blokk sorszma a kornak
megfelel helyen l l )
= kor szer int i megel
zsi mtr ix alapjn; ( i , j ) -dikelem = 1, ha az i -dik blokk f iatalabb a j -diknl .
Adategyez sg biztos tsa
Feladat : a cache- tr s a f tr tar talmnak azonoss-gt biztos tani MESI protokoll
cmsn
adatsn
cache-tr ftr
'tag'-rsz adatrsz
cm-dek-dol
trol
processzor
A adat183 183
(183) hit
cache-
processzor oldal
(B adat)
DMA
A adat
(A adat)
(183)
(63.bra)
Meghatroz: = az alkalmazott visszarsi technika,= a cache- tr s t rukturl is helye.
3 .3 .5 .V i r t u l i s t r k eze l s
Cserny: Szg. arch. 2005/06 104
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
105/160
a . )Alapproblma
- a vgrehaj ts alat t l l programnak s a hozztar-
toz adatoknak a kzponti trban kel l lennik kzvet len cmzs emullsa, v i r t u l i s c m .
Plda:
teljestrol-terlet ftr
0
4
8
12
60
64
52
56
0
4
8
lekpzs: 56*1024 4*1024
relatv cm = 1780fizikai cm = 4096+1780 = 5876
virtulis cm: 59124relatv cm = 59124-56*1024 = 1780
Vals cmek(fizikai cmtartomny)
Virtulis cmek(logikai cmtartomny)
(64.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 105
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
106/160
- vir tul is cm, trkezels lnyege= az aktul isan nem szksges programrszek,
adatok valamilyen ht tr troln vannak; ignyszer int betl tve,
= ltszlagos(vir tul is) cmmel elrve.- f izikai cm el l l tsa(MMU - Memory ManagementUnit) : szegmens- , s/vagy laptbla seg tsgvel :
tblzat alapjn megvals tot t indirekt cmzs. tar talma: = logikai szegmens( lap) sorszm,
= kezd cm,= mret ,
= hozzfrsi jog,= mdos ts jelz , s tb .
A cmford ts(cmlekpzs) elve:
sorszm rel.cm(offset)
20
pontos (fizikai) cm:
1M-1
32
virtulis cm
sorszm blokk fizikaikezdcme
14 1780
sorszm blokk fizikaikezdcme
14 4096
14*4096 = 5734412
5876pontos (fizikai) cm
20 12
32
32 32
(65 .bra )
Cse rny : Szg . a r ch . 2005 /06 106
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
107/160
b.)Szegmens, lap fogalma
szegmens : mrete vl toz, t lapold is lehet
= cmzs: logikai cm=szgm.ssz.+rel .cmfizikai cm=bziscm+rel .cmszgm.log.sorszm szgm.tbla bziscm
= szegmens betl tsi s t ratgik:- els szabad helyre(f irs t f i t ) ,- kvetkez szabad helyre(next f i t ) ,- legjobb helyre(best f i t )
maradk hely minimlis ,- legrosszabb helyre(worst f i t )
maradk hely maximlis .- id nknt trendezs(garbage col lect ion) kel l !
lap : mrete azonos, nem t lapold(512B-8kB)(page, f rame)
= cmzs: logikai cm=lapssz.+rel .cmfizikai cm=bzis( lapkeret)cm+rel .cm
lapsorszm laptbla bzis( lapkeret)cm
= lapvl ts: krsre(demand paging)
page faul t t rap adatworking set = az ppen hasznl t lapok= lapvl ts mdja: - vlet lenszer ,
- legrgebbi(FIFO),- LRU(least recently used)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 107
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
108/160
szegmens- s lapvl ts cskkentse: = megfelel programozstechnikval
s t rukturl t , objektum-orientl t programozs= lokl is vl tozk hasznlatval , s tb .
c . )Vir tul is cmek lekpzse
Gyakorlat i lag, tblzat seg tsgvel megvals tot t ,egy- , vagy tbblpcs s indirekt cmzs;szegmens- s laptbla ( rszeinek) trolsa:
cache-ben Translat ion Lookaside Buffers(TLBs)
Egylpcs s cmkpzs
Szegmenscmzs
virtulis cm
sorszm relatv cm
szegmenssorszm
szegmensfizikai cme
max. 255pontos(fizikai)
cm
szegmenskezdet
8 24
32
32
szegmenstbla
valstrol
(66.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 108
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
109/160
Szegmenscmzsnl :szegmens maximlis mrete = 16MB
Szegmenscmzs szegmensregiszter a lapjn - szegmenstbla a f trban(i386, i486)- maximum szegmensmret = 4GB
virtulis cm
relatv cm
szegmenssorszm szegmensfizikai cme
max. 64K-1
pontos(fizikai)
cm
szegmenskezdet
32
32
szegmenstbla
valstrol
llapot jelz
szgm.ssz.reg.2
32
16
(67.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 109
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
110/160
Lapcmzs
max. 1M-1
sorszmlap- lapkeret
sorszm
virtulis cm
lapsorszm relatv cm
pontos(fizikai)
cm
20
32
laptbla
valstrol
lapkeretkezdet
12
20
(68.bra)Lapcmzsnl :
lapmret : 512 byte - 8 KB laptbla > 1 MBaktul is rsz: cache- trban
Cserny: Szg. arch. 2005/06 110
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
111/160
Tbblpcs s cmkpzs
Tbblpcs s lapcmzs
kt lpcs
s vl tozat virtulis cm
pontos(fizikai)cm
20 32
laptblzatok
valstrol
lapkeretkezdet
12
laptblzatkatalgus
tbla
sorsz.lap- lapkeret
sorszm
lapkeretsorszmsorsz.lap-
1023
1023
1023
lapsorszm relatv cmszgm.ssz.
szgm.ssz.
laptblzatlapkeret ssz.
10 10
20
(69.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 111
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
112/160
hromlpcs s vl tozat
virtulis cm
pontos(fizikai)
cm
32
laptblzatok
valstrol
lapkeretkezdet
12
sorsz.lap- lapkeret
sorszm
lapkeretsorszmsorsz.
lap-
relatv cm
20
root-pointer
lapkat.ssz.
laptblassz.
lap-ssz.
lapkatalguskezdete
lapkat.ssz.
laptblzatkatalgustbla
laptblzatlapkeret ssz.
laptblassz.
127
127
7 7 6
63
63
20(32)
20(32)
20(32)ftblzat
(70.bra)
csak a f tbla van a f trban= kezd cme(root-pointer) ,= hossza kln regiszterben,
id ignyes: csak az aktul is adatokat trol jk acache-ben(TLB).pldk: 2- lpcs s: i860, MC88000, NS32532,
3- lpcs s: MC68040, Z80000,5- lpcs s: MC68030
Cserny: Szg. arch. 2005/06 112
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
113/160
Tbblpcs s szegmentl t lapcmzs
kt lpcs s vl tozat
virtulis cm
pontos(fizikai)
cm
32
szegmenstbla
valstrol
llapot jelz
szgm.ssz.reg.2
32
szegmenskezdcme
szgm.ssz.
virtulis cm
relatv cmlapsorszm
lap-ssz.
lapkeretsorszm
16
3264K-1
1M-1
lapkeretkezdetlaptblzat20
20
12
32
(71.bra)
Cserny: Szg. arch. 2005/06 113
rrs: http://www.doksi.hu
7/24/2019 Dr Cserny Laszlo Szamitogep Architekturak i Eloadasjegyzet 2006
114/160
hromlpcs s vl tozat :
virtulis cm
pontos(fizikai)
cm
20 32
laptblzatok
valstrol
lapkeretkezdet
12
laptblzatkatalgus
tbla
sorsz.lap- lapkeretsorszm
lapkeretsorszmsorsz.
Recommended