Fig 1.8 - Fatih Üniversitesi

Download Report

Transcript Fig 1.8 - Fatih Üniversitesi

C

S

D A

2/e Computer Systems Design and Architecture

C

S

D A

2/e Bilgisayar Sistem Tasarımı ve Mimarisi

C

S

D A

2/e Course Goals:

Understanding Structure and Function of Digital Computer at 3 Levels

This course

    Multiple levels of computer operation        Application level High Level Language(s), HLL, level(s) Assembly/machine language level: instruction set System architecture level: subsystems & connections Digital logic level: gates, memory elements, buses Electronic design level Semiconductor physics level Interactions and relations between levels   View of machine at each level Tasks and tools at each level Historical perspective Trends and research activities © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Dersin Amacı:

Dijital Bilgisayarların Fonksiyon ve Yapısının 3 Düzeyde Anlaşılması 

Dersin Konuları

   Çok katmanlı bilgisayar işlemleri        Uygulama Düzeyi Yüksek Düzeyli Diller, (High Level Languages) Assembly/Makine Dil düzeyi: Komut kümesi (instruction set) Sistem Mimari Düzeyi: alt sistemler & bağlantılar Sayısal Mantık Düzeyi: kapılar, hafıza elemanları, veri yolları Elektronik dizayn Düzeyi Yarı iletken Fizik Düzeyi Düzeyler arası etkileşim ve ilişkiler   Makine’nin her düzeydeki görünümü Her düzeyde ki görev ve araçlar Tarihsel Bakış Açısı Trendler ve Araştırmalar © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

Real Course Goal:

No Mysteries

The goal of CSDA is to treat the design and architecture of computer systems at a level of detail that leaves “no mysteries” in computer systems design. This “no mysteries” approach is followed throughout the text, from instruction set design to the logic-gate design of the CPU data path and control unit out to the memory, disk, and network.

C

S

D A

2/e Prerequisites

   Experience with a high level language   Pascal C, etc.

Assembly language programming Digital logic circuits  Appendix A summarizes logic design in sufficient detail so the text can be used in courses without digital logic circuits as a prerequisite.

C

S

D A

2/e Ön Şartlar

   Yüksek düzeyli bir dilde tecrübe sahibi olmak   Pascal C, vs.

C

S

D A

2/e Text Overview

          1: The General Purpose Machine 2: Machines, Machine Languages, and Digital Logic 3: Some Real Machines 4: Processor Design at the Gate Level 5: Processor Design - Advanced Topics 6: Computer Arithmetic and the Arithmetic Unit 7: Memory System Design 8: Input and Output 9: Peripheral Devices 10: Communications, Networking and the Internet Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Konular

         1: Genel Amaçlı Makineler 2: Makineler, Makine Dilleri, ve Dijital Logic 4: İşlemci Tasarımı – Dijital Logic Düzeyi (Gate Level) 5: İşlemci Tasarımı – İleri Konular 6: Bilgisayar Aritmetiği ve Aritmetik Birimler 7: Hafıza Sistemi Tasarımı 8: Input ve Output 9: Çevre Birim Aygıtları 10: Haberleşme, Ağlar ve İnternet Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Chapter 1 Summary

Views of the General Purpose Machine: 1.1

The User’s View 1.2

The Assembly/Machine Language Programmer’s View Instruction set architecture - ISA Registers, memory, and instructions The stored program The fetch execute cycle 1.3

The Computer Architect’s View System design & balance 1.4

The Digital Logic Designer’s View Realization of specified function —from concept to logic hardware  Also discussed: Historical Perspective, Trends and Research, Approach of the Text © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Bölüm 1 Özet

Genel Amaçlı Makinelere Bakış: 1.1

Kullanıcının Bakışı 1.2 Assembly/Makine Dili Programcısının Bakışı Komut Küme Mimarisi (Instruction set architecture – ISA) Registers, hafıza, ve komutlar Kayıtlı Program Fetch-Execute döngüsü 1.3

Bilgisayar Mimarının Bakışı Sistem Dizaynı ve Denge 1.4 Digital Logic Tasarımcısının Bakışı Özelleştirilmiş fonksiyonların anlaşılması - from concept to logic hardware  Değinilecek Diğer Konular: Tarihsel Bakış Açısı, Trendler ve Araştırmalar, Kitabın Yaklaşımı © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 2

Explores the nature of machines and machine languages         Relationship of machines and languages Generic 32 bit Simple RISC Computer - SRC Register transfer notation - RTN  The main function of the CPU is the Register Transfer   RTN provides a formal specification of machine structure and function Maps directly to hardware RTN and SRC will be used for examples in subsequent chapters Provides a general discussion of addressing modes Covers quantitative estimates of system performance For students without digital logic design background Appendix A should be covered at this point.

Presents a view of logic design aimed at implementing registers and register transfers, including timing considerations.

C

S

D A

2/e Bölüm 2

Makineleri ve Makine Dillerinin Yapısının İncelenmesi         Makineler ve diller arasındaki ilişkiler Generic 32 bit Basit RISC Bilgisayarı - SRC Register transfer notation - RTN    CPU’nun ana fonksiyonu Register transferdir.

RTN , makine yapısı ve fonksiyonları için biçimsel bir belirleyicidir.

Direk olarak donanımı işaret eder RTN ve SRC sonraki bölümler de örnekler için kullanılacaktır.

Genel adresleme modları için bakış açısı sağlar.

Sistem performansının tahmininde kullanılır.

Digital Logic Dizayn altyapısı olmayan öğrenciler için Appendix A gözden geçirilecektir.

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 3

   Treats two real machines of different types - CISC and RISC - in some depth  Discusses general machine characteristics and performance    Differences in design philosophies of  CISC (Complex instruction Set Computer) and  RISC (Reduced Instruction Set Computer) architectures CISC machine - Motorola MC68000  Applies RTN to the description of real machines RISC machine - SPARC Introduces quantitative performance estimation Java-based simulators are available for subsets of both machines, MC68000 and SPARC subset, ARC.

C

S

D A

2/e Bölüm 3

   Farklı tiplerdeki iki gerçek makinenin davranışları – CISC ve RISC  Genel makine karakteristikleri ve performansının incelenmesi  Dizayn felsefesi açısından farklılıkları  CISC (Complex instruction Set Computer) ve  RISC (Reduced Instruction Set Computer) mimarileri   CISC machine - Motorola MC68000  Gerçek makineleri tanımlamak için RTN uygulanır RISC machine - SPARC Nicel Performans Tahmini Her iki makinelerin altkümeleri için de Java tabanlı simülatörler uygundur. MC68000 and SPARC altkümeleri, ARC.

 PC, Mac OS X, Linux, ve Unix de çalışırlar.

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 4

This

keystone chapter

describes processor design at the logic gate level      Describes the connection between the instruction set and the hardware Develops alternative 1- 2- and 3- bus designs of SRC at the gate level RTN provides description of structure and function at low and high levels Shows how to design the control unit that makes it all run Describes two additional machine features:   implementation of exceptions (interrupts) machine reset capability © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

Bölüm 4

İşlemci tasarımının logic gate düzeyinde tanımlanması      Komut kümesi ve donanım arasındaki bağlantının tanımlanması SRC ’nin Alternatif 1- 2- ve 3- veri yolu dizaynının gate level de geliştirilmesi RTN düşük ve yüksek düzeyde yapı ve fonksiyon açıklaması sağlar.

Her şeyi çalıştıracak bir kontrol birimi (control unit) tasarımının gösterilmesi İki ilave makine özelliğinin tanımlanması   implementation of exceptions (interrupts) machine reset yeteneği © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 5

Important advanced topics in CPU design      General discussion of pipelining —having more than one instruction executing simultaneously    requirements on the instruction set how instruction classes influence design pipeline hazards: detection & management Design of a pipelined version of SRC Instruction-level parallelism —issuing more than one instruction simultaneously  Superscalar and VLIW designs Design a VLIW version of SRC Microcoding as a way to implement control © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Bölüm 5

CPU dizaynında önemli ileri düzey konuları      Pipelining —Birden fazla komutun eş zamanlı işletilmesi    Komut kümesinde ki gereklilikler Komut sınıflarının dizayn üzerindeki etkileri pipeline riskleri: tespit edilmesi & yönetilmesi SRC ’nin pipeline versiyonunun tasarımı Komut düzeyinde paralellik - Birden fazla komutun eş zamanlı işletilmesi  Superscalar ve VLIW dizaynları SRC ’nin VLIW versiyonunun dizaynı Mikro programlama kontrol oluşturmada kullanılan bir yoldur © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 6

The arithmetic and logic unit: ALU        Impact of the ALU on system performance Digital number systems and arithmetic in an arbitrary radix   number systems and radix conversion integer add, subtract, multiply, and divide Time/space trade-offs: fast parallel arithmetic Floating point representations and operations Branching and the ALU Logic operations ALU hardware design © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Bölüm 6

Arithmetic and logic unit: ALU        ALU ‘nun sistem performansı üzerindeki etkileri Digital number systems and arithmetic in an arbitrary radix   number systems and radix conversion integer add, subtract, multiply, and divide Time/space trade-offs: fast parallel arithmetic Floating point representations and operations Branching and the ALU Logic işlemleri ALU donanım dizaynı © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 7

The memory subsystem of the computer        Structure of 1-bit RAM and ROM cells RAM chips, boards, and modules SDRAM and DDR RAM Concept of a memory hierarchy   The nature and functioning of different levels The interaction of adjacent levels Virtual memory  Temporal and spatial locality are what makes it work Cache design: matching cache & main memory Memory as a complete system Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Bölüm 7

Bilgisayarın Bellek Sistemleri        1-bit RAM ve ROM hücrelerinin yapısı RAM chips, boards, ve modules SDRAM ve DDR RAM Hafıza (bellek) hiyerarşisi  Farklı düzeydeki hafızaların yapısı ve fonksiyonları  Birleşik düzeydeki hafızaların etkileşimi Sanal Bellek (Virtual memory)  Temporal and spatial locality are what makes it work Cache dizaynı: cache eşleşme & main memory Bütün Sistem olarak Bellek Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 8

Computer input and output: I/O        Kinds of system buses, signals and timing Serial and parallel interfaces Interrupts and the I/O system Direct memory access - DMA DMA, interrupts, and the I/O system The hardware/software interface: device drivers Encoding signals with error detection and correction capabilities © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Bölüm 8

Computer input and output: I/O        Sistem veri yolları, sinyalleri ve zamanlama çeşitleri Seri ve paralel ara yüzler (interfaces) Interrupt ve I/O sistemi Direct memory access - DMA DMA, interrupts, ve I/O sistemi Donanım/Yazılım ara yüzleri (interfaces): araç sürücüleri Hata tespiti ve düzeltme için sinyal şifreleme Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 9

Structure, function and performance of peripheral devices       Disk drives     Organization Static and dynamic properties Disk system reliability –SMART disk systems RAID disk arrays Video display terminals Memory mapped video Printers Mouse and keyboard Interfacing to the analog world Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Bölüm 9

Çevre Birimlerinin Yapısı, Fonksiyonu ve Performansı       Disk Sürücüler    Organizasyon Static ve dynamic özellikleri Disk sistem güvenilirliği–SMART disk sistem  RAID disk arrays Video görüntü terminalleri Memory mapped video Yazıcılar Fare ve Klavye Çevreyle iletişim için kullanılan ara yüzler Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Looking Ahead - Chapter 10

Computer communications, networking, and the Internet        Communications protocols; layered networks The OSI layer model Point to point communication: RS-232 & ASCII Local area networks - LANs  Example: Ethernet, including Gigabit Ethernet Modern serial buses: USB and FireWire Internetworking and the Internet      TCP/IP protocol stack Packet routing and routers IP addresses: assignment and use Nets and subnets: subnet masks Reducing wasted IP address space: CIDR, NAT, and DHCP Internet applications and futures Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Bölüm 10

Bilgisayar Haberleşmesi, Ağlar ve İnternet        Haberleşme Protokolleri; Katmanlı Ağ(Network) OSI katmanlı model Point to point haberleşme: RS-232 & ASCII Local area networks - LANs  Example: Ethernet, including Gigabit Ethernet Modern seri veri yolları: USB ve FireWire Internetworking and the Internet  TCP/IP protocol yığını    Packet routing ve routers IP adresleri: görevleri ve kullanımları Nets and subnets: subnet masks  Reducing wasted IP address space: CIDR, NAT, and DHCP İnternet uygulamaları ve geleceği Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Appendices

    Appendix A: Digital logic circuits Appendix B: Complete SRC documentation Appendix C: Assembly and assemblers Appendix D: Selected problems and solutions Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Problem Solving

There are four steps to problem solving: 1. UNDERSTAND THE PROBLEM!

2. Have an idea about how to go about solving it (pondering) 3. Show that your idea works 4. Then and only then work on the solution © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Problem Çözümü

Problem çözümü 4 aşamada gerçekleştirilir: 1. PROBLEMİ ANLA!

2. Çözümün nasıl olacağı konusunda fikir elde et (düşünüp taşınmak) 3. Çözüm fikrinin doğruluğunu göster 4. Çözüm üzerinde çalış © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Chapter 1 - A Perspective

    Alan Turing showed that an abstract computer, a Turing machine, can compute any function that is computable by any means A general purpose computer with enough memory is equivalent to a Turing machine Over 50 years, computers have evolved   from memory size of 1 kiloword (1024 words) and clock periods of 1 millisecond (0.001 s.) to memory size of a terabyte (2 40 ps. (10 -12 s.) and shorter bytes) and clock periods of 100 More speed and capacity is needed for many applications, such as real-time 3D animation, various simulations Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Bölüm 1 – Bakış Açısı

    Alan Turing ’ e göre Turing makinesi hesaplanabilecek herhangi bir fonksiyonu hesaplayabilen soyut bir makinedir.

Yeteri belleğe sahip bir genel amaçlı bilgisayar, bir Turing makinesine eştir.

50 yıldan fazla sürede, bilgisayarlar   1 kiloword (1024 words) bellek boyutu ve 1 milisaniye (0.001 s) clock period dan Terabyte (2 40 bytes ) bellek boyutları ile 100 ps (10 -12 period dan daha az clock periodlarına s) clock geliştirilmiştir.

C

S

D A

2/e Scales, Units, and Conventions

Term K (kilo-) M (mega-) G (giga-) T (tera-)

Note the differences between usages. You should commit the powers of 2 and 10 to memory.

Normal Usage 10 3 10 6 10 9 10 12 Term m (milli-)  (micro-) n (nano-) p (pico-) As a power of 2 2 10 = 1024 2 20 = 1,048,576 2 30 = 1,073,741,824 2 40 = 1,099,511,627,776 Usage 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12

Powers of 2 are used to describe memory sizes.

C

S

D A

2/e Ölçü, Birim, ve Kurallar

Terim K (kilo-) M (mega-) G (giga-) T (tera-)

Kullanımlar arasındaki farka dikkat edin. Bellek 2 ve 10 un kuvvetleri şeklinde de ifade edilebilir.

Normal Kullanımı 10 3 10 6 10 9 10 12 Birim m (milli-)  (micro-) n (nano-) p (pico-) 2’nin üstü olarak kullanımı 2 10 = 1024 2 20 = 1,048,576 2 30 = 1,073,741,824 2 40 = 1,099,511,627,776 Kullanımı 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12

Bellek boyutu 2’nin kuvvetleri kullanılarak tanımlanır.

C

S

D A

2/e Views of Computer

There are various vies of computer, such as  User  Machine language programmer   Computer architect Computer logic designer Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Bilgisayar’a Bakış

Bilgisayar’a pek çok bakış açısı vardır, örneğin;     Kullanıcı Makine Dili Programcısı Bilgisayar Mimarı Bilgisayar logic tasarımcısı Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Fig 1.1 The User’s View of a Computer

The user sees software, speed, storage capacity, and peripheral device functionality.

C

S

D A

2/e Fig 1.1 Kullanıcı Gözüyle Bilgisayara Bakış

ve Kullanıcı yazılımı, hızı, depo kapasitesini çevre birim aygıtlarının fonksiyonlarını görür .

C

S

D A

2/e Machine/assembly Language Programmer’s View

   Machine language:   Set of fundamental instructions the machine can execute Expressed as a pattern of 1’s and 0’s Assembly language:   Alphanumeric equivalent of machine language Mnemonics more human oriented than 1’s and 0’s Assembler:    Computer program that transliterates (one-to-one mapping) assembly to machine language Computer’s native language is assembly/machine language “Programmer”, as used in this course, means assembly/machine language programmer © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Makine/assembly Dili Programcısı Gözüyle Bilgisayara Bakış

   Makine Dili:   Makinenin işleyebileceği temel komut kümesi 1’ler ve 0’lar ile ifade edilirler Assembly Dili:   Makine dilinin alfanümerik karşılığıdır 1 ve 0 lara göre insanlar tarafından daha anlaşılırdır.

Assembler:    Assembly dilini Makine diline çeviren bilgisayar programı. (birebir eşleme) Bilgisayarın doğal dili assembly/makine dilidir Bu ders için programcı denildiği zaman assembly/machine dili programcısı anlaşılmalıdır.

C

S

D A

2/e



Machine and Assembly Language

The assembler converts assembly language to machine language. You must also know how to do this.

Op code Data reg. #5 Data reg. #4 MC68000 Assembly Language MOVE.W D4, D5 ADDI.W #9, D2 Machine Language 0011 101 000 000 100 00000001 10 111 100 0000 0000 0000 1001

Table 1.2 Two Motorola MC68000 instructions

C

S

D A

2/e



Makine ve Assembly Dili

Assembler assembly dilini, makine diline çevirir. Bunun nasıl yapıldığını bilmek gerekir.

Op code Data reg. #5 Data reg. #4 MC68000 Assembly Dili MOVE.W D4, D5 ADDI.W #9, D2 Makine Dili 0011 101 000 000 100 00000001 10 111 100 0000 0000 0000 1001

Table 1.2 İki Motorola MC68000 komutu

C

S

D A

2/e The Stored Program Concept

The stored program concept says that the program is stored with data in the computer’s memory. The

•

computer is able to manipulate it as data for example, to load it from disk, move it in memory, and store it back on disk.

   It is the basic operating principle for every computer.

It is so common that it is taken for granted.

Without it, every instruction would have to be initiated manually.

C

S

D A

2/e Depolanmış Program İçeriği •

Program, verileri ile birlikte bilgisayarın belleğine depolanır . Bilgisayar programları veri olarak işleme yeteneğine sahiptir.

örneğin , programı diskden yükleme , programı belleğe taşıma , ve tekrar diske yükleme

   Bu, her bilgisayar için temel işletim prensibidir. It is so common that it is taken for granted.

Bu olmadan, her komut manual olarak baştan başlatılmalıdır.

C

S

D A

2/e Fig 1.2 The Fetch-Execute Cycle

C

S

D A

2/e Fig 1.2 Fetch-Execute Döngüsü

C

S

D A

2/e Programmer’s Model: Instruction Set Architecture (ISA)

    Instruction set: the collection of all machine operations.

Programmer sees set of instructions, along with the machine resources manipulated by them.

ISA includes    instruction set, memory, and programmer accessible registers of the system.

There may be temporary or scratch-pad memory used to implement some function is not part of ISA.

C

S

D A

2/e

Programcının Modeli: Komut Kümesi Mimarisi (Instruction Set Architecture (ISA))     Komut Kümesi: makine işlemlerinin tümü Programcı komutların kümesini görür, along with the machine resources manipulated by them.

ISA includes  Komut kümesi (instruction set),   Bellek ve Programcının ulaşabileceği sistem register ları Geçici veya scratch-pad memory ISA’nın bir parçası olmayan bazı fonksiyonların implement edilmesinde kullanılabilir.

C

S

D A

2/e

 

Generations of Microprocessors

There are various generations of microprocessors In Fig 1.3 (next page) a comparison between some of them is given  Points to consider when analyzing Microprocessors  Programmer’s manual    Machine instruction classes Machine, processor, and memory states Procedure calls and machine interrupts    Procedure calls Machine interrupts Exceptions © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

 

Mikroişlemcilerin Gelişimi

There are various generations of microprocessors In Fig 1.3 (sonraki sayfa) bazı mikroişlemcilerin karşılaştırılması verilmiştir  Mikroişlemcilerin analiz edilmesinde düşünülecek noktalar  Programcının sunduğu kullanma kılavuzu    Makine komut sınıfları Makine, işlemci ve bellek durumları Procedure çağırma ve makine interrupt ları   Procedure çağırma Makine interrupt ları  Exception lar © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Fig 1.3 Programmer’s Models of 4 commercial machines

C

S

D A

2/e



Machine, Processor, and Memory State

  The Machine State:  contents of all registers in system, accessible to programmer or not The Processor State:  registers internal to the CPU The Memory State:    contents of registers in the memory system “State” is used in the formal finite state machine sense Maintaining or restoring the machine and processor state is important to many operations, especially procedure calls and interrupts © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Makine, İşlemci, ve Bellek Durumu

  Makine Durumu:  sistemdeki bütün register ların içerikleri, ulaşılabilir olup olmadıkları bilgileri İşlemci Durumu:  CPU’ya dahili register lar Bellek Durumu:    bellek sistemindeki register ların içeriği “State” is used in the formal finite state machine sense Makine ve işlemci durumlarının sağlanması ve yenilenmesi pek çok işlem açısından önemlidir, özellikle procedure çağırma ve interrupt © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Data Type: HLL Versus Machine Language

 High level language (HLL) provide type checking    Verifies proper use of variables at compile time Allows compiler to determine memory requirements Helps detect bad programming practices Most machines have no type checking     The machine sees only strings of bits Instructions interpret the strings as a type:  usually limited to signed or unsigned integers and FP # ASCII, EBCDIC, etc Interpretation of bits:  A given 32 bit word might be an instruction, an integer, a FP #, or four ASCII characters © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Veri Tipi: Yüksek Seviyeli Diller ile Makine Dilleri

  Yüksek Seviyeli Diller (HLL) type checking (tip kontrolü) sağlar  Değişkenlerin özellikleri derleme süresinde doğrulanır   Derleyicinin bellek gereksinimlerine karar vermesine izin verilir Programlama hatalarının tespit edilmesinde yardımcı Pek çok makine dilinde type checking yoktur  Makine sadece 0 ve 1 dizilerini tanır.

   Komutlar bu dizileri tip olarak yorumlar:  usually limited to signed or unsigned integers and FP # ASCII, EBCDIC, etc Bit lerin yorumlanması:  Verilen 32 bitlik bir word, herhangi bir komut, tamsayı, kesirli sayı veya 4 ASCII karakteri olabilir.

C

S

D A

2/e Tbl 1.3 Examples of HLL to Assembly Language Mapping

  This compiler:    Maps C integers to 32 bit VAX integers Maps C assign, *, and + to VAX MOV, MPY, and ADD Maps C goto to VAX BR instruction The compiler writer must develop this mapping for each language-machine pair Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Tbl 1.3 HLL den Assembly Diline Örnekler

  Bu derleyici:    C deki tamsayıları 32 bitlik VAX tamsayısına karşılık geliyor C de eşitlik, *, ve + Vax da MOV,MPY ve ADD e karşılık geliyor C de goto VAX da BR komutuna karşılık geliyor Derleyici’yi programlayan bu karşılaştırmaları her dil çifti için geliştirmelidir.

C

S

D A

2/e Tools of the Assembly Language Programmer



The assembler



The linker



The debugger or monitor



The development system

C

S

D A

2/e Assembly Dili Programcısı’nın Araçları



Assembler



Linker

 

Debugger veya monitor Geliştirme sistemi

C

S

D A

2/e



Who Uses Assembly Language?

   The machine designer  must implement and trade-off instruction functionality The compiler writer  must generate machine language from a HLL The writer of time or space critical code  Performance goals may force program specific optimizations of the assembly language Special purpose or imbedded processor programmers  Special (additional) functions and heavy dependence on unique I/O devices in embedded systems can make HLL’s useless © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Assembly Dilini Kimler Kullanır?

   Makine Tasarımcısı  Komut fonksiyonlarını oluşturmalıdır Derleyici’ yi Yazan  HLL den makine dili geliştirilmelidir Zaman veya depolama ile ilgili kritik kodları yazan programcılar  Performance goals may force program specific optimizations of the assembly language Özel amaçlı veya imbedded işlemci programcıları  Embeded sistemlerde özel (Ek) fonksiyonlar ve I/O birimlerindeki yüksek derecedeki bağımlılıklar HLL kullanışsız kılabiliyor.

C

S

D A

2/e

 

Key Concepts in Assembly Language Programming

   Instruction set Programmer’s model of machine  Instruction set architecture (ISA) Manipulation of machine’s data types Available data types in machines Mapping between HLL and the ISA © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

 

Assembly Programlama Dillerinde Önemli Kavramlar

   Komut Kümesi Programcının makine modeli  Komut Kümesi Mimarisi (ISA) Makinelerin data tiplerinin kullanılması, işlenmesi Makinede ki uygun data tipleri HLL ile ISA arasındaki eşleme © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

 

The Computer Architect’s View

    Architect is concerned with design & performance Designs the ISA for optimum programming utility and optimum performance of implementation Designs the hardware for best implementation of the instructions Uses performance measurement tools, such as benchmark programs, to see that goals are met Balances performance of building blocks such as CPU, memory, I/O devices, and interconnections Meets performance goals at lowest cost © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

 

Bilgisayar Mimarının Bakış Açısı

    Mimar, dizayn ve performans ile alakalıdır optimum programlama faydası ve optimum performans implementasyonu için ISA dizaynı en iyi komut implementasyonlu donanımın dizayn edilmesi performans hesaplama araçlarının kullanılması, mesela benchmark programları CPU, bellek, I/O birimleri ve bağlantıları arasındaki performansın dengelenmesi Performans amaçlarına en az maliyetle ulaşılması © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Constraints

  Constraints on optimization:      Cost System size Thermal/mechanical durability Timely availability of components Immunity to static charge Constrained imposed by  Internal  External (corporate marketing, department of defense, etc) Constraints may be ‘conflicting’ Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e



Kısıtlamalar

  Optimizasyonda ki kısıtlamalar:  Maliyet     Sistem boyutu Termal/Mekanik dayanıklılık (süreklilik) Zamana bağlı unsurlar Static charge a bağışıklılık Maruz kalınan kısıtlamalar  İç  Dış (corporate marketing, department of defense, etc) Karmaşadan(conflicting) doğan kısıtlamalar Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e

   ISA as a bridge CPU and memory Buses

The Big Picture

C

S

D A

2/e

  

The Big Picture

C

S

D A

2/e Buses as Multiplexers

     Interconnections are very important to computer Most connections are shared A bus is a time-shared connection or multiplexer A bus provides a data path and control Buses may be serial, parallel, or a combination   Serial buses transmit one bit at a time Parallel buses transmit many bits simultaneously on many wires © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Çoklayıcı niteliğinde Veri Yolları

     Dahili bağlantılar bilgisayar için çok önemlidir Pek çok bağlantı paylaşılır Bir veri yolu zaman paylaşımı bağlantısı veya çoklayıcıdır.

Bir veri yolu veri akışı için yol ve kontrol sağlar.

Veri yolları seri, paralel veya kombinasyonlu şekillerde olabilir  Seri veri yolları birim zamanda 1 bit transfer eder.

C

S

D A

2/e Fig 1.4 One and Two Bus Architecture Examples

C

S

D A

2/e Fig 1.4 Bir ve İki Veri Yollu Mimari Örnekleri

C

S

D A

2/e Fig 1.5 Getting Specific: The Apple PowerMac G4 Bus (simplified)

C

S

D A

2/e

C

S

D A

2/e Fig 1.6 The Memory Hierarchy

  Modern computers have a hierarchy of memories  Allows tradeoffs of speed/cost/volatility/size, etc.

CPU sees common view of levels of the hierarchy.

C

S

D A

2/e Fig 1.6 Bellek Hiyerarşisi

  Modern Bilgisayarlar bellek hiyerarşisine sahiptirler.

 Allows tradeoffs of speed/cost/volatility/size, etc.

CPU genel hiyerarşi düzeylerini görür.

C

S

D A

2/e Tools of the Architect’s Trade

      Software models, simulators and emulators Performance benchmark programs Specialized measurement programs Data flow and bottleneck analysis Subsystem balance analysis Parts, manufacturing, and testing cost analysis Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Mimarın Araçları

      Yazılım modelleri, simülatörler ve emülatörler Karşılaştırmalı performans programları Özelleştirilmiş ölçüm programları Veri akış ve bottleneck analizi Alt sistem denge analizi Parça, üretim ve test etme maliyet analizi Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e



Key Concepts: Architect’s View

     Architect responsible for the overall system design and performance Performance must be measured against quantifiable specifications Architect uses various performance measurement tools Architect is likely to become involved in low-level details Architect often uses formal description languages to convey details Architect strives for harmony and balance in system design © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e

    

Mimarın Bakış Açısından Önemli Noktalar

 Mimar bütün sistem dizaynı ve performansından sorumludur Performans ölçülebilir özelliklere karşı ölçülmelidir Mimar farklı performans araçları kullanır Mimar düşük-düzeyde detaylar ile meşgul olur Mimar çoğu kez detayları ifade etmek için formal tanımlamalı diller kullanır Mimar harmonik ve dengeli bir sistem dizaynı için çabalar © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Computer System Logic Designer’s View

Implementation Domain     What is implementation domain?

Designs the machine at the logic gate level The design determines whether the architect meets cost and performance goals Architect and logic designer may be a single person or team © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Logic Tasarımcısı’nın Bakış Açısından

Implementation Domain     Implementation domain nedir?

Makinenin logic gate düzeyinde tasarımı Tasarım, mimarın maliyet ve performans amaçlarıyla uyuşup uyuşmayacağına karar verir Mimar ve Logic tasarımcı tek bir kişi veya bir takım olabilir © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Implementation Domains

An implementation domain is the collection of devices, logic levels, etc. which the designer uses.

Possible implementation domains:

     VLSI on silicon TTL or ECL chips Gallium Arsenide chips PLA’s or sea-of-gates arrays Fluidic logic or optical switches © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Implementation Domains

I mplementation domain tasarımcının kullandığı araçlar ve logic birimlerinin hepsidir.

Muhtemel implementation domain s :

C

S

D A

2/e



Fig 1.7 Three Different Implementation Domains

2-to-1 multiplexer in three different implementation domains    generic logic gates (abstract domain) National Semiconductor FAST Advanced Schottky TTL (VLSI on Si) Fiber optic directional coupler switch (optical signals in LiNbO 3 ) © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Fig 1.7 Üç Farklı Implementation Domain

2-to-1 çoklayıcı(multiplexer) üç farklı implementation domain içinde    generic logic gates (abstract domain) National Semiconductor FAST Advanced Schottky TTL (VLSI on Si) Fiber optic directional coupler switch (optical signals in LiNbO 3 ) © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e The Distinction between Classical Logic Design and Computer Logic Design

   The entire computer is too complex for traditional FSM design techniques  FSM techniques can be used “in the small” There is a natural separation between data and control   Data path: storage cells, arithmetic, and their connections Control path: logic that manages data path information flow Well defined logic blocks are used repeatedly  Multiplexers, decoders, adders, etc.

C

S

D A

2/e Klasik Logic Dizayn ile Bilgisayar Logic Dizayn Arasındaki Farklar

   Bilgisayarın bütünü, geleneksel FSM tasarım teknikleri için çok fazla karmaşıktır  FSM teknikleri küçük boyutlarda kullanılır Veri ve kontrol arasında doğal bir fark vardır   Veri Yolu: storage cells, arithmetic, ve bağlantılar Kontrol Yolu: veri yolundan bilgi akışını kontrol eder İyi tanımlanmış logic bloklar defalarca kullanılır  Çoklayıcılar(Multiplexers), dekoderler (decoders), toplayıcılar (adders), etc.

C

S

D A

2/e Two Views of the CPU PC Register

Programmer: 31 PC 0 Logic Designer (Fig 1.8):

C

S

D A

2/e CPU PC Register’ın İki Farklı Şekli

Programcı : 31 PC 0

B Bus 32

Logic Tasarımcı (Fig 1.8):

C

S

D A

2/e Tools of the Logic Designer’s Trade

   Computer aided design tools    Logic design and simulation packages Printed circuit layout tools IC (integrated circuit) design and layout tools Logic analyzers and oscilloscopes Hardware development system Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Logic Tasarımcının Araçları

   Bilgisayar yardımlı tasarım araçları  Logic tasarım ve simülasyon paketleri   Printed circuit layout tools IC (integrated circuit) design and layout tools Logic analizci ve osiloskop Donanım geliştirme sistemi Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e



Key Concepts: The Logic Designer

  Logic designer works in both the domain of abstract Boolean logic and the selected implementation domain   At the abstract logic level, the logic designer is concerned with the correctness of the design At the selected implementation domain level, the logic designer is concerned with fan-in and fan-out constraints, logic minimization techniques, power required, heat dissipation, propagation delay, number of components, and so on Logic designer must bounce between the abstract logic level and the implementation level to get an optimum design Logic designer works with logic design and minimization tools, board layout tools, IC design tools, and hardware design tools (such as logic analyzers, oscilloscopes, and development sys) © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e



Logic Tasarımcı Açısından Önemli Noktalar

  Logic tasarımcısı hem domain of abstract Boolean logic hem de seçilen implementasyon alanında çalışır   abstract logic düzeyinde, tasarımcı tasarımın doğruluğu ile ilgilenir seçilen implementation alan düzeyinde, tasarımcı fan-in and fan-out kısıtlamaları, logic minimization teknikleri, güç gereksinimleri, heat dissipation, propagation delay, number of components ile ilgilenir Logic tasarımcı optimum tasarımı elde etmek için, abstract logic level ve implementation level arasında çalışır Logic tasarımcı logic tasarım araçları, minimization tools, board layout araçları, IC tasarım araçları, and donanım tasarım araçları (such as logic analyzers, oscilloscopes, and development sys) ile çalışır © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition

C

S

D A

2/e Historical Generations

 Early work    Charles Babbage George Boole Claude Shannon   Relay Computer: 1930s  George Stibitz    S.B. Williams G. K. Zuse etc Generations Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Historical Generations

     1st Generation:  1946-59 vacuum tubes, relays, mercury delay lines 2nd generation:  1959-64 discrete transistors and magnetic cores 3rd generation:  1964-75 small and medium scale integrated circuits 4th generation:  1975-present, single chip microcomputer Integration scale: components per chip     Small scale: 10-100 Medium scale: 100-1,000 Large scale: 1000-10,000 Very large: greater than 10,000 Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e Tarihsel Gelişmeler

     1st Nesil:  1946-59 vacuum tubes, relays, mercury delay lines 2nd Nesil:  1959-64 discrete transistors and magnetic cores 3rd Nesil:  1964-75 small and medium scale integrated circuits 4th Nesil:  1975-present, single chip microcomputer Entegrasyon Ölçegi: components per chip  Small scale: 10-100    Medium scale: 100-1,000 Large scale: 1000-10,000 Very large: greater than 10,000 Computer Systems Design and Architecture Second Edition © 2004 Prentice Hall

C

S

D A

2/e

 

Summary

  Three different views of machine structure and function Machine/assembly language view: registers, memory cells, instructions.

    PC, IR, Fetch-execute cycle Programs can be manipulated as data No, or almost no data typing at machine level Architect views the entire system  Concerned with price/performance, system balance Logic designer sees system as collection of functional logic blocks.

C

S

D A

2/e

 

ÖZET

  Makine yapısı ve fonksiyonlarına 3 bakış açısı vardır Makine/assembly Dil Bakış Açısı: registers, memory cells (bellek hücreleri), komutlar(instructions).

    PC, IR, Fetch-execute döngüsü Programlar veri olarak işlenir Makine düzeyinde veri tipi yoktur Mimarın bütün siteme bakışı  Fiyat/performans, sistem dengesi ile ilgilidir Logic tasarımcı sistemi fonksiyonel logic blokları şeklinde görür   implementation domain ’i düşünmek zorundadırlar Tradeoffs: hız, güç, power, gate fan-in, fan-out © 2004 Prentice Hall Computer Systems Design and Architecture Second Edition