számítógép architektúrák - bme-hitghorvath/szgarch/foliak/szga1.pdf · 2017. február 7....

Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tanszk 1

Budapest, 02/01/2018

SZMTGP ARCHITEKTRK

Informcifeldolgozsi modellek

Horvth Gbor, Bels Zoltn

BME Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok [email protected], [email protected]

mailto:[email protected]


ADMINISZTRATV INFORMCIK

Horvth Gbor Hlzati Rendszerek s Szolgltatsok Tsz.

Horvth Gbor Mrstechnika s Informcis rendszerek Tsz.



Honlap: http://www.hit.bme.hu/~ghorvath/szgarch Prhuzamos eladsok:

IB027: Bels Zoltn Q-I: Horvth Gbor

Flvkzi kvetelmnyek: Gyakorlatokon:

min. 4 rszvtel Gyakorlatvlts lehetsges Msodik htig A kt gyakvezrrel egyeztets szksges

Egy nagy ZH sikeres teljestse+ sikeres vizsga

Hinyzsok Aktulis llst idnknt kzztesszk Ha >4 mltnyossgi krelem a Neptunban Max. 1x adjk meg a teljes kpzs sorn

http://www.hit.bme.hu/~ghorvath/szgarch



Szmonkrsek: HSZK-ban, Moodle alapon Elmleti krdsek:

Kis krdsek (teszt, sszekts, stb.) Gyakorlati krdsek:

Egyszer szmpldk ZH:

60 perc Megfelelt: 40% Kt ptls (pt s ptpt)

Vizsga: 90 perc, 50%-al tbb feladat Ponthatrok: 40%, 55%, 70%, 85%



Jegyzet: Van (lsd: honlap) Kinyomtatsa nem ajnlott: idnknt frissl


MIRE J EZ A TRGY?

Megrtjk, hogy ...hogy pl fl egy modern szmtgp ...hogy pl fl egy modern processzor

Mire j ez neknk: Aki ismeri a hardvert,

a szmtgpet nem fekete doboznak tekinti hatkonyabb programot r ismeri a kompromisszumokat


MI AZ A SZMTGP?


Informcifeldolgozsi modellek


INFORMCIFELDOLGOZSI MODELLEK

Hogyan fogalmazzuk meg a problmt egy szmtgpnek?

Vezrlsramlsos modell Adatramlsos modell Ignyvezrelt modell


VEZRLSRAMLSOS MODELL

Utastsok sorrendje: vezrl token szabja meg

Vezrl token mozgsa: Implicit (egyet lp elre) Explicit (goto, szubrutin, return, stb.)

Utastsok kztti adatcsere: kzs memria Program lersa: folyamatbra



Plda: msodfok egyenlet gykei

x1,2=bb24 ac

2a



Prhuzamossg? v1, v2, v6, v7 v8, v9 x1, x2



Prhuzamossg Fork/Join primitvekkel x1,2=bb24a c

2a



rtkels Prhuzamostsi lehetsgeket

nem ismeri fel automatikusan, nem kpes kiaknzni.

Rendkvl elterjedt Plda: Neumann architektra

Vezrl token: utastsszmll Kzs memria: regiszterek + rendszermemria


ADATRAMLSOS MODELL

Honnan tudtuk, hogy ezek prhuzamosthatk? v1, v2, v6, v7 v8, v9 x1, x2

Fggsgi analzis!


ADATRAMLSOS MODELL

Nincs vezrl token Nincs kzs memria Vezrl token helyett:

Utastsok vgrehajtsa automatikus: ha minden operandus megvan

Kzs memria helyett: Rszeredmnyeket kzvetlenl adjk t egymsnak az

utastsok Program lersa: egy precedenciagrf



ADATRAMLSOS MODELL


ADATRAMLSOS MODELL

rtkels Prhuzamossgot automatikusan felderti Tisztn adatramlsos szmtgp nem terjedt el De az elv igen:

Tblzatkezelk Out-of-order utastsvgrehajts


IGNYVEZRELT MODELL

Utastsok vgrehajtsa automatikus: ha szksg van az eredmnyre

sszehasonltva, utastsok vgrehajtsi ideje: Vezrlsramlsos: ha odar a token

szjbargs Adatramlsos: ha minden operandus megvan

szorgalmas Ignyvezrelt: ha szksg van az eredmnyre

lusta



IGNYVEZRELT MODELL


IGNYVEZRELT MODELL

rtkels Prhuzamossgot automatikusan felderti Tisztn ignyvezrelt szmtgp nem terjedt el De az elv igen:

Funkcionlis programnyelvek Google map-reduce API

MAP mvelet: rszfeladatokra bonts REDUCE mvelet: rszeredmnyek sszegzse Mkds:

Elosztott rendszer sok szmtgppel Rszfeladatokra bont + rszfeladatokat deleglja +

eredmnyeket sszegzi s visszaadja mindezt rekurzvan Ignyvezrelt modell!



sszegzs: CPU-k programozi interfsze vezrlsramlsos E fltt lehet ignyvezrelt elven mkd funkcionlis nyelvet hasznlni,

vagy map-reduce-t Ez alatt lehet adatramlsos utasts-vgrehajtst megvalstani



Fibonacci sorozat 100-adik elemnek kiszmolsa

1=1,2=1,n=n1+ n2 ,

100=?



(f1,f2) (1,1);for i=3 to 100 do (f1,f2) (f2, f1+f2);enderedm f2;


VEZRLSRAMLSOS MODELLEL


ADATRAMLSOS MODELLEL


IGNYVEZRELT MODELLEL

A programot egyetlen sszetett kifejezsknt adjuk meg Legegyszerbb rekurzival:

eredm = fib (1, 1, 3);fib (f1, f2, i) = if i > 100 then f2 else fib (f2, f1+f2, i+1);


Fbb vezrlsramlsos architektrk


A NEUMANN ARCHITEKTRA

1945, "First Draft of a Report on the EDVAC" c. tanulmny Els Neumann elv szmtgp: Institute for Advanced Study,

Princeton Egyetem (1945-1951) Igazbl:

Turing 1936 Eckert & Mauchly 1943



jdonsg:

Az utastsok az adatokkal egytt vannak eltrolva a memriban

Korbban: programozs = kapcsolsor bellts, jrahuzalozs Motivci:

A programot gy knnyebb megvltoztatni(j program az ENIAC-ra = 3 ht munka!!)

Gyorsabban lehet tbb programot egyms utn futtatni Programot generl programot lehet rni

Fordtprogramok szletse



Memria tartalma: Fix bitszlessg adategysgek Lehet

Utasts Egsz szm Karakter Lebegpontos

Megklnbztets: NINCS! Attl fgg, milyen utasts nyl hozz



Szk keresztmetszet: Memria-svszlessg!



nmdost programok: Memriamveletekkel trjk sajt utastsaikat Pr bjt sprols vs. olvashatatlan kd Soha!

Plda: Fibonacci sorozat N. eleme (lsd: jegyzet)


A HARVARD ARCHITEKTRA

Harvard Mark I: Lyukkrtyrl olvassa az utastsokat Relkapcsolkbl ll memria trolja az adatokat

Eltrs a Neumann architektrhoz kpest:

Az utastsok s az adatok trolsa fizikailag elklnl egymstl


A HARVARD ARCHITEKTRA

Klasszikus Harvard architektra: Utastsok: kizrlag az utastsmemriban Adatok: kizrlag az adatmemriban

A ktfle memriamvelet tlapolhat: Amg lehvja az i. utasts operandust Azzal egy idben lehvhatja az i+1. utastst

Mdostott Harvard architektra: Utasts memribl is lehet adatot olvasni

Alkalmazs: Mikrokontrollerek, jelfeldolgoz processzorok (PIC, Atmel, ...)


Tematika


TEMATIKA

Informcifeldolgozsi modellek (1. elads) Vezrlsramlsos Adatramlsos Ignyvezrelt


TEMATIKA

A vezrlsramlsos modell Elads:

Fbb architektrk (pl. Neumann architektra) Utastskszletek

CPUCPU

Perifrik Memria


TEMATIKA

Perifriakezels Elads

Forgalomszablyozs, CPUtehermentestse, buszok,dli hd szaki hd, stb...

A legfontosabb perifria: HDD/SSD Csatolfelletek: PCI, PCI Express, USB

Gyakorlat Konkrt feladat: szmkdos ajtnyit

Megvalsts alapelemekbl Megvalsts Arduino-val

Egyszer perifriakezels gyakorlsa Perifria okozta terhels szmtsa HDD ksleltets, tviteli sebessg, stb. SSD blokk-kezels, szemtgyjts, stb.

CPUCPU

Perifrik Memria


TEMATIKA

Memriakezels Elads

Memriatechnolgik:SRAM, DRAM, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4, GDDR3, GDDR5, stb. memria idztsek

Virtulis trkezels Cache memria Lokalitstudatos programozs

Gyakorlat Numerikus pldk

Memriaparancsok temezse Laptbla menedzsment Cache menedzsment

CPUCPU

Perifrik Memria


TEMATIKA

CPU Elads

Pipeline utastsfeldolgozs Soron kvli utastsvgrehajts Szuperskalr processzorok Egyb szles pipeline-ok Elgazsbecsls

Gyakorlat Numerikus pldk:

Utaststemezs, egymsrahatsok azonostsa Utastssorrend-optimalizls

CPUCPU

Perifrik Memria


TEMATIKA

SIMD feldolgozs Elads

Vektorprocesszorok Vektor utastskszletek Vektorizls

Mutiprocesszoros rendszerek Elads

Szorosan csatolt rendszerek, tbbmagos processzorok, tbbszlsgot tmogat processzorok,

Lazn csatolt rendszerek: cluster, grid, sszekttetsek Osztott memriakezels


Slide 1A FLIA cmeA FLIA cme hossz is lehet, legfeljebb kt soros leszSlide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32Slide 33Slide 34Slide 35Slide 36Slide 37Slide 38Slide 39Slide 40Slide 41Slide 42Slide 43Slide 44Slide 45Slide 46Slide 47Slide 48Slide 49Slide 50Slide 51Slide 52Slide 53Slide 54Slide 55Slide 56Slide 57Slide 58Slide 59Slide 60Slide 61Slide 62Slide 63Slide 64Slide 65Slide 66Slide 67

számítógép architektúrák - bme-hitghorvath/szgarch/foliak/szga1.pdf · 2017. február 7....

Documents