Cuprins - PowerPoint PPT Presentation

virote
cuprins n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Cuprins PowerPoint Presentation
play fullscreen
1 / 58
Download Presentation
Cuprins
150 Views
Download Presentation

Cuprins

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Cuprins • 1. Introducere • 2. Unitatea aritmetică și logică • 3. Sisteme de memorie • 4. Arhitecturi RISC • 5. Introducere în arhitecturi paralele • 6. Direcții curente Structura sistemelor de calcul (03-1)

  2. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  3. Ierarhia memoriilor (1) • Memoriile rapide sunt costisitoare • Costul acestor memorii nu permite utilizarea lor exclusivă într‑un sistem de calcul • Este necesară o ierarhie de memorii combinație de memorii rapide și mai lente • Localitatea referințelor • Într-uninterval de timp dat,referințele la memorie tind să se restrângă în zone locale ale memoriei Structura sistemelor de calcul (03-1)

  4. Ierarhia memoriilor (2) • Localitatea spațială • Un program utilizează date și instrucțiuni ale căror adrese sunt apropiate unele de altele în spațiul de adrese • Exemple: • Referințele la elementele unui tablou • Citirea secvențială a instrucțiunilor din memorie Structura sistemelor de calcul (03-1)

  5. Ierarhia memoriilor (3) • Localitatea temporală • Datele sau instrucțiunile referite recent au o probabilitate ridicată de a fi referite în viitorul apropiat • Exemplu: buclă iterativă • Localitatea secvențială • Majoritatea instrucțiunilor sunt executate într‑o ordine secvențială • Excepții: salturi sau apeluri de proceduri Structura sistemelor de calcul (03-1)

  6. Ierarhia memoriilor (4) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  7. Ierarhia memoriilor (5) • Transferurile de date au loc în blocuri cu dimensiuni fixe  pagini sau linii • Blocurile sunt transferate numai între două nivele adiacente la un moment dat • Dacă datele solicitate de procesor se află într‑un bloc al nivelului superior: succes (“hit”) • Dacă datele nu se află în nivelul superior: eșec(“miss”) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  8. Ierarhia memoriilor (6) • Rata de succesRs • Raportul între numărul acceselor la memorie pentru care se obține un succes și numărul total de accese • Rata de eșecRe • Re= 1 – Rs • Raportul între numărul acceselor la memorie pentru care se obține un eșec și numărul total de accese Structura sistemelor de calcul (03-1)

  9. Ierarhia memoriilor (7) • Atunci când există un bloc în memoria Mi , există o copie a blocului în fiecare din nivelele inferioare Mi+1 , …, Mn • Dacă un bloc nu este găsit în memoria M1: se transmite o cerere pentru acest bloc la nivelele inferioare • Dacă nu mai există spațiu în memoria Mi : se înlocuiește un bloc din Mi utilizând o strategie de înlocuire predefinită Structura sistemelor de calcul (03-1)

  10. Ierarhia memoriilor (8) • Avantajul unui sistem de memorie ierarhic: în majoritatea timpului informația este preluată din nivelul cel mai rapid M1 • Timpul de acces mediu al memoriei: apropiat de timpul de acces al nivelului superior • Costul mediu unitar al sistemului de memorie: apropiat de costul nivelului inferior Structura sistemelor de calcul (03-1)

  11. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  12. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  13. Metode de acces (1) • Access secvențial • Locațiile pot fi accesate numai într‑o anumită ordine predeterminată • Organizată în unități numite înregistrări • Se utilizează un mecanism de acces sau cap de citire-scriere partajat • Timpul de acces la o locație arbitrară este variabil • Exemplu: unități de bandă magnetică Structura sistemelor de calcul (03-1)

  14. Metode de acces (2) • Access aleatoriu • Locațiile pot fi accesate în orice ordine • RAM– Random Access Memory • Timpul de acces este independent de locația care trebuie accesată • Mecanism separat de adresare pentru fiecare locație • Exemplu: memorii semiconductoare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  15. Metode de acces (3) • Acces direct • Mecanism partajat de citire-scriere • Blocurile individuale au o adresă unică bazată pe poziția fizică • Acces direct până în vecinătatea locației • Căutare secvențială sau așteptare până la locația finală • Timpul de acces este variabil • Exemplu: unități de disc magnetic Structura sistemelor de calcul (03-1)

  16. Metode de acces (4) • Acces asociativ • Memorie asociativă: un cuvânt este regăsit pe baza unei porțiuni a conținutului său și nu a adresei • Fiecare locație are propriul mecanism de adresare • Timpul de acces este independent de locația care trebuie accesată sau de accesele precedente Structura sistemelor de calcul (03-1)

  17. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  18. Metoda de scriere (1) • Poate fi reversibilă sau permanentă • Memorii cu citire-scriere (R/W): permit citirea și scrierea în timpul funcționării • Sunt numite memorii cu acces aleatoriu (RAM)  denumire improprie • Memorii numai cu citire (ROM – Read Only Memory): conținutul lor nu poate fi modificat • Citirea: metode de acces aleatoriu • Scrierea: parte a procesului de fabricație Structura sistemelor de calcul (03-1)

  19. Metoda de scriere (2) • Memorii PROM (Programmable ROM) • Scrierea(“programare”): executată prin semnale electrice de către furnizor sau utilizator, ulterior fabricației • Se utilizează un echipament special numit inscriptor • Avantaje: flexibilitate și cost moderat • Dezavantaj: nu pot fi șterse Structura sistemelor de calcul (03-1)

  20. Metoda de scriere (3) • Memorii EPROM (Erasable PROM) • Citirea și scrierea: executate prin semnale electrice • Înaintea operației de scriere, toate celulele de memorare trebuie șterseexpunerea capsulei la radiație ultravioletă • Ștergerea poate fi executată în mod repetat Structura sistemelor de calcul (03-1)

  21. Metoda de scriere (4) • Memorii EEPROM (ElectricallyErasable PROM) • Scrierea poate fi efectuată fără ștergerea conținutului • Scrierea necesită un timp considerabil mai lung decât citirea • Avantaj: modificarea conținutului poate fi efectuată fără îndepărtarea de pe placă • Aplicații: programe de control, înlocuirea memoriei secundare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  22. Metoda de scriere (5) • Memorii flash • Asemănătoare funcțional cu memoriile EEPROM • Scrierea și ștergerea trebuie efectuate pe pagini sau blocuri • Dimensiuni ale blocurilor: 128 KB; 256 KB; 512 KB • Avantajul față de memoriile EEPROM: costul mult mai redus • Diferite tehnologii: NOR, NAND Structura sistemelor de calcul (03-1)

  23. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  24. Posibilitatea distrugerii informațiilor (1) • Citirea distructivă • DRO – Destructive Readout • La anumite memorii, operația de citire distruge informațiile memorate • Fiecare citire trebuie urmată de o operație de scriere pentru refacerea conţinutului • Refacerea este efectuată automat utilizând un registru buffer Structura sistemelor de calcul (03-1)

  25. Posibilitatea distrugerii informațiilor (2) • Citirea nedistructivă • NDRO – Non-DestructiveReadout • Citirea nu afectează informațiile memorate • Memorarea dinamică • Memorii dinamice: necesită reîmprospătarea periodică a conținutului • Informația memorată are tendința de a se modifica după un anumit timp • Pentru reîmprospătare se utilizează registre buffer Structura sistemelor de calcul (03-1)

  26. Posibilitatea distrugerii informațiilor (3) • Memorarea statică • Memorii statice: nu necesită reîmprospătare • Volatilitatea • Memorii volatile: lipsa tensiunii de alimentare distruge informațiile memorate • Memoriile RAM semiconductoare dinamice și statice: volatile • Memoriile ROM și variantele lor: nevolatile • Memorii secundare: nevolatile Structura sistemelor de calcul (03-1)

  27. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  28. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  29. Celula de memorie și unitatea de memorie (1) • Celula de memorie: blocul constructiv al unei unități de memorie • Proprietăți: • Are două stări stabile → utilizate pentru a reprezenta valorile binare 0 și 1 • Poate fi înscrisă pentru setarea stării • Poate fi citită pentru sesizarea stării • Schema bloc a unei celule care memorează un bit de informație  Structura sistemelor de calcul (03-1)

  30. Celula de memorie și unitatea de memorie (2) • Dacă= 0, se efectuează o citireamplificator dedetecție • Dacă = 1, se efectuează o scriere Structura sistemelor de calcul (03-1)

  31. Celula de memorie și unitatea de memorie (3) • Două tipuri de memorii cu acces aleatoriu: statice (SRAM) și dinamice (DRAM)volatile • Memorii statice • Celule similare cu bistabilele • Metode care minimizează complexitatea celulelor și numărul de conexiuni • Citirea este nedistructivă • O celulă SRAM necesită până la șase tranzistoare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  32. Celula de memorie și unitatea de memorie (4) • Memorii dinamice • Stările 1 și 0 corespund prezenței sau absenței unei sarcini memorate într‑un condensator • Condensatorul trebuie reîncărcat periodicreîmprospătare • Citirea este distructivă • O celulă de memorie DRAM poate fi construită utilizând un singur tranzistor Structura sistemelor de calcul (03-1)

  33. Celula de memorie și unitatea de memorie (5) • Comparațieîntre memoriile statice și dinamice • La memoriile DRAM se obține o densitate de memorare mai ridicată  mai puțin costisitoare • O memorie DRAM necesită un circuit de reîmprospătare • Memoriile SRAM sunt mai rapide decât memoriile DRAM • Celulă RAM MOS statică și dinamică Structura sistemelor de calcul (03-1)

  34. Celula de memorie și unitatea de memorie (6) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  35. Celula de memorie și unitatea de memorie (7) • Unitatea de memorie • Matrice de celule de memorie • Unitate de memorie de m cuvinte cu nbiți pe cuvânt: mn celule de memorie • De obicei, un grup de celule pot fi adresate simultan • Dacă un cuvânt are nbiți, atunci trebuie adresate simultan n celule de memoriecelulele pot avea o linie de selecție comună Structura sistemelor de calcul (03-1)

  36. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  37. Organizarea memoriilor (1) • Organizarea 1D • Matricea de memorie:2mlocații adresabile • Fiecare locație memorează un cuvânt de wbiți2m wcelule de memorie • Fiecare celulă este conectată la un set de semnale de date, adrese și de control • Pe fiecare linie de date există un driveramplificatorde semnal Structura sistemelor de calcul (03-1)

  38. Organizarea memoriilor (2) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  39. Organizarea memoriilor (3) • Organizarea 2D • Organizarea cea mai utilizată • Organizare bidimensională sau linie-coloană • Cuvântul de adresă de mbiți este divizat în două părți: X (mxbiți)și Y (mybiți) • Matrice rectangulară de Nx linii și Ny coloane Structura sistemelor de calcul (03-1)

  40. Organizarea memoriilor (4) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  41. Organizarea memoriilor (5) • Avantajele organizării 2D: • Necesită un număr mai redus de circuite de acces decât organizarea 1D • Dacă Nx = Ny = N, numărul driverelor de adresă necesare este 2N (NxNy = N2 drivere la organizarea 1D) • Două decodificatoare de adresă 1:N (un decodificator 1:N2 pentru 1D) • Favorizează structurile bidimensionale VLSI Structura sistemelor de calcul (03-1)

  42. Organizarea memoriilor (6) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  43. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  44. Proiectarea memoriilor (1) • Problemă de proiectare a memoriei • Utilizând circuite integrate RAM de Nwbiți, să se proiecteze o memorie de N'w'biți, N' > Nși/sau w' > w • Metoda generală: realizarea unei matrici de p q circuite integrate, unde p = N’ /N, q = w’ /w • Fiecare linie memorează N cuvinte • Fiecare coloană memorează un set de wbiți din fiecare cuvânt Structura sistemelor de calcul (03-1)

  45. Proiectarea memoriilor (2) • Exemplu: Proiectarea unei memorii RAM de N 4wbiți utilizând circuite integrate de Nwbițiextinderea dimensiunii cuvântului • p = 1 • q = 4 • Sunt necesare 4 circuite integrate • Fiecare circuit integrat conține o porțiune de wbiți din fiecare cuvânt memorat Structura sistemelor de calcul (03-1)

  46. Proiectarea memoriilor (3) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  47. Proiectarea memoriilor (4) • Exemplu: Extinderea numărului de cuvinte memorate cu un factor de patru • p = 4 • q = 1 • Sunt necesare 4 circuite integrate • Sunt adăugate două linii la magistrala de adrese • Trebuie introdus un decodificator de adresă 2:4 Structura sistemelor de calcul (03-1)

  48. Proiectarea memoriilor (5) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  49. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  50. Exemplu de circuit de memorie comercial (1) • Circuitul de memorie Micron Technology MT4LC8M8E1 (8E1) • Capacitatea: 64 Mbiți(226biți) • Organizarea: 223octeți  8 M  8 biți • Dimensiunea adreselor de memorie: m = 23 • Dimensiunea cuvintelor de date: w = 8 • Adresa de 23 de biți este divizată în două: • Adresă de linie (13 biți) • Adresă de coloană (10 biți) Structura sistemelor de calcul (03-1)