00 Uvodni Sat

Arhitektura raunala 1Ovaj dokument namijenjen je iskljuivo za osobnu upotrebu studentima Fakulteta elektrotehnike i raunarstva Sveuilita u Zagrebu. Svaka druga upotreba ili umnoavanje bilo kojeg dijela ovog dokumenta nije dozvoljena bez pismene dozvole autora. Mario Kova, Danko Basch

Kova, Basch, FER, Zagreb

1

Arhitektura raunala Primjer dobre definicije znaaja podruja arhitekture raunala, a time i ovog predmeta Patterson, Hennesy: The performance of software systems is dramatically affected by how well software designers understand the basic hardware technologies at work in a system. Similarly, hardware designers must understand the far-reaching effects their design decisions have on software applications. .... It demonstrates the relationships between the software and hardware and focuses on the foundational concepts that are the basis for current computer design.


2

Arhitektura raunala U ovom predmetu objanjavaju se fundamentalna znanja o arhitekturi procesora i organizaciji raunalnog sustava. Neki od pojmova koji e biti objanjeni su: put podataka unutar procesora, upravljaka jedinica, skup naredaba, naela izvo enja naredaba, povezivanje procesora s ostalim dijelovima sustava kao to su memorija i ulazno/izlazni sklopovi. Naela se objanjavaju na jednostavnom RISC-procesoru i procesoru ARM. Teorija je upotpunjena primjerima programiranja tih procesora u strojnom jeziku.


3

Arhitektura raunala U okviru ovog kolegija objasniti emo osnove projektiranja raunalnog sustava kao cjeline s naglaskom na razumijevanje sveukupnosti sustava koje se sastoji od: Projektiranja raunalnog sklopovlja Projektiranja programske podrke Efikasne izvedbe raunalnog sustava Primjene sustava za izvo enje eljenih zadataka


4

Pregled sadraja predmeta Prikaz podataka u raunalu i operacije s podatcima (rekapitulacija) Osnove arhitekture raunala i procesora (FRISC) Programiranje u asembleru Povezivanje s ulazno-izlaznim jedinicama Sloenije arhitekture raunala i procesora (ARM) Programiranje u asembleru Povezivanje s ulazno-izlaznim jedinicama


5

PredavaiNositelji predmeta: Prof.dr.sc. Mario Kova Prof.dr.sc. Danko Basch Predavai: Doc.dr.sc. Hrvoje Mlinari Doc.dr.sc. Igor avrak Dr.sc. Josip Knezovi Dr.sc. Branko Mihaljevi Dr.sc. Marin Orli Dr.sc. Martin agar


6

Kontakt Konzultacije u vezi gradiva: u pauzi predavanja ili nakon predavanja kod predavaa (mailom ili osobno - po dogovoru) kod asistenata (mailom ili osobno - po dogovoru)

Asistenti (Zavod za automatiku i raunalno inenjerstvo, 11.kat) (http://www.fer.hr/rasip/osoblje)

Dr.sc. Josip Knezovi Dr.sc. Branko Mihaljevi Dr.sc. Marin Orli Dr.sc. Martin agar Ivana Bosni, dipl.ing. Daniel Hofman, dipl.ing.

Administracija (Zavod za automatiku i raunalno inenjerstvo, 11.kat) tajnica g a. Snjeana Poljak


7

Kontakt Obavijesti, rasporedi i rezultati ispita itd. FER WEB: http://www.fer.hr/predmet/arh1 Pitanja od opeg interesa forum na stranici www.fer.hr/predmet/arh1 Privatna pitanja i problemi mail: [email protected] obavezno staviti jedan od sljedeih "Subjecta" (velikim slovima): LAB MI BLIC OSTALO pitanja i problemi u vezi labosa pitanja i problemi u vezi me u i zavrnog ispita pitanja i problemi u vezi bliceva ostala pitanja


8

Vano !!! Svi studenti koji imaju bilo kakvih problema osobne prirode, a koji im oteavaju praenje nastave, savladavanje gradiva, prisustvovanje provjerama znanja itd., neka se odmah jave nositeljima predmeta (najkasnije u prva dva tjedna predavanja). Nije prihvatljivo dolaenje kod nositelja zadnji dan semestra i pokuaj da se dobije prolaz predmeta uz navo enje razloga osobne prirode


9

ORGANIZACIJA NASTAVE I OCJENJIVANJE


10

Predavanja Prisutnost na predavanjima se boduje Prisutnost se evidentira koritenjem sustava evidencije na ulazu u svaku predavaonicu u sluaju izostanka, bez obzira na razlog, ne mogu se nikako dobiti bodovi za predavanja Reklamacije bilo kojeg tipa na evidenciju podnose se najkasnije do petka u tom tjednu

Prisustvo na svim predavanjima nosi 5% bodova Predavanja ukljuuju teoriju i primjere rjeavanja problema Za zadau ete esto morati rijeiti neki zadatak ili sami prouiti odre eni jednostavniji dio gradiva Kova, Basch, FER, Zagreb

11

Laboratorijske vjebe Tijekom semestra odravaju se 3 laboratorija i sva tri su obavezna Slue za uvjebavanje znanja steenog na predavanjima Zadaci za laboratorij rjeavaju se samostalno kod kue (ili samostalno u slobodnim terminima raunalnih laboratorija na Fakultetu) U 3 termina slubenog laboratorija donose se rijeeni zadaci i demonstrira njihova funkcionalnost Termini e biti odre eni naknadno i objavljeni na webu

Prisustvo na sve 3 laboratorijske vjebe OBAVEZNI SU UVJET ZA DOBIVANJE PROLAZNE OCJENE IZ PREDMETA


12

Laboratorijske vjebe Student koji je uspjeno demonstrirao funkcionalnost svojega zadatka, moe dodatno odgovarati za bodove Detaljnija pravila bit e objavljena zajedno sa zadatcima za labose

Neuspjena demonstracija osnovnog zadatka donosi -2 boda Nakon uspjene provjere poznavanja osnovnog zadatka student moe odgovarati za 0 do 4 boda


13

Nenajavljene provjere znanja Periodika provjera znanja gradiva prethodnih predavanja, ali s naglaskom na novija predavanja obavlja se u terminima predavanja (moete pisati samo u svom terminu predavanja, a ne s nekom drugom grupom) Provjera se obavlja pisanjem kratkih provjera znanja (blicevi) s po 10-15 pitanja i ponu enim odgovorima ("ABCD pitalice") Tono odgovoreno pitanje nosi 0,3 boda, netono -0,1 bod, a neodgovoreno 0 bodova

Tijekom semestra predvi a se 5 ili 6 takvih kratkih ispita znanja s ukupno 60 pitanja. Svih 5 ili 6 KPZ ukupno nosi 18% bodova Blicevi su nenajavljeni, i ne mogu se nadokna ivati bez obzira na razlog izostanka Kova, Basch, FER, Zagreb

14

Me uispit i zavrni ispit Me uispit i zavrni ispit su pismeni ispiti, a sastoje se od programskih zadataka te teoretskih pitanja Ovi ispiti uvijek obuhvaaju cijelo dotadanje gradivo, ali s naglaskom na novije gradivo Me uispit nosi 30% bodova Zavrni ispit nosi 35% bodova Preduvjet za zavrni ispit su odra eni labosi


15

Nadoknade provjera znanja i labosa U sluaju opravdanog izostanka, laboratorijske vjebe i me uispit se mogu se nadoknaditi (za zavrni ispit nema nadoknade) Nadoknade se organiziraju otprilike 10-ak dana nakon redovite provjere/labosa (toan termin bit e oglaen na fer-webu) Nadoknade su mogue iskljuivo uz predoenje isprinice i uz prethodnu prijavu za nadoknadu Zadatci na nadoknadama su tei* od zadataka u redovitim provjerama znanja, (zbog znatno veeg dodatnog vremena raspoloivog za uenje i pripremu ispita)


16

Nain ocjenjivanja - svi bodovi Elementi ocjene: Sudjelovanje u nastavi Blicevi Laboratoriji: prisustvo: znanje: Me uispit Zavrni ispit 5% 18% 0% 12% 30% 35% bodova bodova bodova ALI JE UVJET bodova bodova bodova

3 labosa x 4%=

Preduvjet za prolaznu ocjenu: prisustvo na sva 3 labosa Za prolaznu ocjenu treba sakupiti barem 50% bodova


17

Ispitni rokovi Pragovi za izlazak na ispit: 20% 20% od bodova na labosima od bliceva

Formiranje ocjene: 5% 10% 5% 80% labosi blicevi prisutnost na predavanjima pismeni ispit

Preduvjet za pristupanje ispitu: prisustvo na sva 3 labosa


18

OcjenaOcjena Dovoljan Dobar Vrlo dobar Izvrstan (2) (3) (4) (5) minimalno bodova 50 65 80 90


19

Literatura* Prezentacije s predavanja, bit e objavljene na WEB-u NOVO!!! Zbirka programskih zadataka za procesor FRISC

izlazi iz tiska kroz cca 2 tjedna M. Kova, D. Basch: Osnove procesora ARM, Antoni d.o.o., Zagreb, 2004. (rasprodano) D. A. Patterson, J. L. Hennessy: Computer Organization & Design, 3rd ed. , Morgan Kaufmann, 2005. J.L. Hennessy, D.Patterson: Computer Architecture, A Quantitative Approach, 3rd ed. , Morgan Kaufmann, 2003.* Knjiga: Basch, Kova "Osnove procesora FRISC" opisuje stariju verziju procesora FRISC koja je razliita od one koju emo uiti na predavanjima


20

Literatura Prezentacije s predavanja u sebi sadre odre ene oznake. Ne dajte da Vas zbune : "knjiga" oznaava da slajd morate prouiti sami "vor" oznaava dio teksta ili slajd s vanim gradivom koje morate dobro razumijeti i zapamtiti "Eustahije" je oznaka predavaima da ubrzano prije u dio gradiva zbog njegove jednostavnosti ili zbog toga to se radi samo o rekapitulaciji "ovca" je oznaka predavaima da preskoe slajd, jer u njemu nema novih informacija za studente za predavae21


Potrebna pomagala za samostalni rad U okviru predavanja bit e detaljno opisani svi programski alati koji Vam stoje na raspolaganju (download sa FER WEB-a) i oni koji su potrebni za izradu zadataka za laboratorije: ATLAS (za labose i vjebanje) Razvojno-simulacijska okolina za bilo koji procesor Koristiti e se za razvoj i simulaciju programa za procesore FRISC i ARM Originalno radi pod linux-om, no pripremili smo i verziju za MS (radi pod Cygwinom, postoji jednostavna instalacija s uputama)

ADS 2.02u (za vjebanje) Studentska verzija komercijalnih ARM-ovih programskih alata za razvoj Dodatno pomagalo za razumijevanje i proirivanje znanja Radi pod MS Windowsima


22

O emu govori ovaj predmet? ili Razliiti pogledi na arhitekturu raunala


23

Sklopovski i programski pristup rjeavanju problema Izbor naina rjeavanja odre enog raunalno-komunikacijskog problema ovisi o mnogo faktora Mnogi problemi rjeavaju se iskljuivo programski dok se drugi rjeavaju iskljuivo sklopovski Pretpostavlja se poznavanje gradiva iz predmeta prvog semestra: Digitalna logika Programiranje i programsko inenjerstvo


24

Programski pogled na arhitekturu Kompleksnost nekih dananjih problema i elja za to brim pronalaenjem rjeenja zahtjeva programiranje u tzv. viim programskim jezicima u kojima programer ne mora znati puno o platformi na kojoj se program izvodi ve se koncentrira na funkcionalnost. U okviru predmeta Programiranje i programsko inenjerstvo nauili ste osnovna naela programiranja u viim programskim jezicima gdje ste programski rjeavali neke jednostavne probleme. Ovaj pristup je prihvatljiv ako rjeavamo probleme koji nisu ogranieni raunalnim ili nekim drugim resursima te ne zahtjevaju maksimalne performanse


25

Sklopovski pogled na arhitekturu U dananje vrijeme projektiranje algoritma u sklopovlju vie ne predstavlja naroit problem te se ve i kompleksni algoritmi mogu opisati u nekom HDL-u (npr. VHDL) i izvesti u sklopovlju. Na takav nain postiu se visoke performanse izvo enja U okviru predmeta Digitalna logika nauili ste neka osnovna naela projektiranja jednostavnih sklopova. Ovaj pristup je prihvatljiv ako rjeavamo probleme koji zahtijevaju izuzetnu efikasnost, no ovim pristupom ogranieni smo na veliinu i tip problema koji moemo rijeiti.


26

Pristup rjeavanju problema

Sklopovski pristup

Programski pristup

jednostavnost27


efikasnost

Usporedba performansi ovisno o nainu izvedbeAplikacija: AES kriptiranje, klju i podaci 128 bitovni Performanse izraene u Gb/s/W

Izvor: http://www.ee.ucla.edu/~ahodjat/AES/rijndael_chip.html


28

Pristup rjeavanju problema Iz ranije navedenog moe se vidjeti da postoje brojni faktori koji nam mogu odrediti nain kako emo pristupiti rjeavanju nekog problema Portabilnost, vrijeme i cijena razvoja Zamislite pisanje informacijskog sustava neke firme u niim programskim jezicima !?

Kompleksnost/Jednostavnost Zamislite izradu aplikacije za telefonski imenik u sklopovlju !?


29

Pristup rjeavanju problema Potronja Zamislite mobilni telefon koji bi potroio bateriju za 5 minuta !?

Procesorska snaga Zamislite MP3 player koji bi zahtjevao Pentium procesor za reprodukciju glazbe !?

Brzina Zamislite DVD player koji moe prikazati samo 2 sliice u sekundi !?

Cijena ure aja Zamislite Bluetooth slualicu koja kota 1000 EUR !?


30

Programski pogled na arhitekturu Neki navedeni primjeri pokazuju kako u mnogim sluajevima nije prihvatljivo pokuavati problem rijeiti sklopovski. Koji je tome razlog: Programiranje u viim programskim jezicima omoguuje lakou i jednostavnost potrebnu za nekritine aplikacije ili aplikacije koje su veoma kompleksne Prednosti: Neovisnost o platformi Portabilnost Velika mogunost ponovnog koritenja (reusability) Nedostaci: Smanjena efikasnost izvo enja Kova, Basch, FER, Zagreb

31

Sklopovski pogled na arhitekturu U navedenim primjerima moe se uoiti da mnoge probleme nije lako rijeiti programiranjem u jezicima poput Jave, C-a i slino. Primjene koje zahtjevaju maksimalnu efikasnost te maksimalne brzine izvo enja zahtjevaju sklopovsko rjeavanje problema. Prednosti: Maksimalna efikasnost Nedostaci: Velika cijena projektiranja Nemogunost modifikacije funkcionalnosti u vremenu


32

I neto izme u.... U ovom predmetu dat emo Vam osnovna znanja o karakteristikama arhitekture procesora i raunalnih sustava te naina programiranja takvih sustava u strojnom jeziku. Na taj nain nauit ete prepoznati tu liniju raspodjele izme u programskog i sklopovskog naina rjeavanja problema Strojni jezik je programski jezik niske razine, a njegove naredbe su specifine za pojedinu arhitekturu raunala/procesora. Zato je programiranje u takvom jeziku zahtjevno. Ovaj pristup omoguuje odabir potrebnih karakteristika iz programskog i sklopovskog pristupa rjeavanju problema te mogunost projektiranja optimalnog proizvoda.


33

Podruje koje razmatramo

Sklopovski pristup

Programski pristup

jednostavnost

efikasnost


34

Ciljevi predmeta... Neki od Vas e u Vaem buduem radu morati donositi odluke kako projektirati neku aplikaciju ili raunalni sustav Vaa dobra odluka morati e biti zasnovana na poznavanju moguih pristupa rjeavanju problema: Kakvu aritekturu raunalnog sustava izabrati Kako napisati aplikaciju na raunalnom sustavu

Ovaj predmet e Vam dati osnovna (!) znanja koja su Vam potrebna da jednog dana bez straha pristupite rjeavanju svih vrsta problema


35

Ciljevi predmeta... Poznavanje cjelokupne hijerarhije pri rjeavanju raunalnih problema (arhitektura procesora, raunala, programiranje u niim i viim programskim jezicima) daje Vam znaajnu prednost na tritu u odnosu na one koji se zbog nepoznavanja tematike boje razmiljati o svim mogunostima rjeavanja tog problema. Neki od Vas nee nikada projektirati procesor ili pisati u strojnom jeziku ili razvijati bazu podataka no znati ete da je samo pitanje dobre procjene to treba izabrati da bi Va proizvod bio uspjean na tritu, te da i Vi uz malo truda to moete obaviti.


36

Documents

00 Uvodni Sat