Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Moderne Rechner- Architekturen Referenten: Albert Maas Peter Oberhofer.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Moderne Rechner- Architekturen Referenten: Albert Maas Peter Oberhofer."—  Präsentation transkript:

1 Moderne Rechner- Architekturen Referenten: Albert Maas Peter Oberhofer

2 Moderne Rechner-Architekturen Präsentationsfahrplan: - Von-Neumann-Konzept - RISC-Architektur - Fließbandverarbeitung - CISC-Architektur - Kombination von RISC und CISC - Zukünftige Entwicklungen

3 Moderne Rechner-Architekturen Von-Neumann-Konzept Moderne Prozessoren folgen grundsätzlich dem RW - Rechenwerk - Hauptspeicher HS - Ein-/Ausgabewerk E/A - Leitwerk Leitwerk

4 Moderne Rechner-Architekturen Anpassungen: - Erweiterung E/ARWHS Leitwerk z. B. Rechenwerk und Ein-/Ausgabewerk - Vervielfachung RW... E/A... Busse Bus Caches Cache Spezialspeicher SS

5 Moderne Rechner-Architekturen Im Wesentlichen kann man alle gängigen Prozessorarchitekturen in zwei Klassen unterteilen: RiscCisc Risc = Reduced Instruction Set Computer

6 Moderne Rechner-Architekturen Eigenschaften: - elementare, kleine Befehlssätze - Load-/Store-Architektur Operanden holen und Operation ausführen in einem Takt große Registersätze Compiler nur einen kleinen Teil nützen weniger Fallunterscheidungen beim Decodieren => kürzere Taktzyklen Synergie Compilerbau-Rechnerarchitektur, da - einheitliches Befehlsformat - Fließbandtechnik redundante Informationen: hoher Speicherverbrauch aber schnellere Decodierung festverdrahtete Leitwerke

7 Moderne Rechner-Architekturen Registerorganisation Stanford... Physische Registersätze global logische Registersätze lokal1lokal2 Berkeley...

8 2.Schritt3.Schritt4.Schritt5.Schritt1.Schritt Moderne Rechner-Architekturen Fließbandverarbeitung (Pipelining) - die einzelnen Fasen des Maschinenbefehlszyklus werden von verschiedenen Teilwerken ausgeführt 1.TW2.TW3.TW4.TW5.TW BHBDOHBAES Fasen eines Befehls

9 Moderne Rechner-Architekturen 1.TW 2.TW 3.TW 4.TW 5.TW Leistungssteigerung erst durch gleichzeitiges Arbeiten der einzelnen Teilwerke... Schritte BHBDOHBAES BHBDOHBAES BHBDOHBAES BHBDOHBAES... BHBDOHBAES 1.Befehl 2.Befehl 3.Befehl 4.Befehl 5.Befehl Problem: Fließbandhemmnisse

10 Moderne Rechner-Architekturen - jeder Unterprozessor bearbeitet einen Befehl der Gruppe BHBDOHBAES BHBDOHBAES BHBDOHBAES 1.Befehl 2.Befehl 3.Befehl } 1.Gruppe Superskalare Mikrochips: - Befehlsgruppierer gruppiert Befehle - mehrere Unterprozessoren } BHBDOHBAES BHBDOHBAES BHBDOHBAES 4.Befehl 5.Befehl 6.Befehl 2.Gruppe...

11 Moderne Rechner-Architekturen Beschleunigung der einzelnen Fasen des Maschinenbefehlszyklus Befehlsholfase - Verwendung von Caches Zugriffszeiten: 1-5 Takte für interne Mehrere Dutzend für externe - Fifo-Befehlspuffer, um Befehle in einem Takt zu holen Problem: Sprünge

12 Moderne Rechner-Architekturen Lösungsansätze: - Sprungzielspeicher - Verzögerter Sprung bzw. Aufruf - Spekulative Ausführung - Bedingte Ausführung

13 Moderne Rechner-Architekturen Decodierfase - Vereinfachter Befehlssatz und Art der Speicherung => keine µ-Programmierung - Vereinfachte Befehle, wenn möglich in einem Takt ausführbar - Load-/Store-Architektur: Nur Register als Operanden - vereinfachtes Befehlsformat

14 Moderne Rechner-Architekturen Operandenholfase - Load-/Store-Architektur: Speicher- zugriffe mittels expliziten Befehlen - Redundante Speicherung von Daten - Drei-Adress-Prinzip: Wiederverwendung von Ergebnissen

15 Moderne Rechner-Architekturen Problem: Fließbandhemmnisse durch Datenabhängigkeit - expliziter Speicherzugriff - Ergebnis des vorhergehenden Befehls wird benötigt Lösung: Abkürzende Datenpfade

16 Moderne Rechner-Architekturen Ausführungsfase - Die verschiedenen Alus dürfen gleichzeitig mehrere Befehle ausführen (superskalare Rechenwerke) - Befehle dürfen heute bei Risc-Prozessoren mehr als einen Takt benötigen => mehr Verwaltungsaufwand für das Leitwerk, aber clocks per instruction (CPI) < 1

17 Moderne Rechner-Architekturen Rückschreibfase - Beschleunigt durch Load-/Store-Prinzip - Bei expliziten Speicherzugriffen: Caches und Schreibpuffer

18 Moderne Rechner-Architekturen Adressierungsfase - aufgrund der Fließbandverarbeitung sind mehrere Befehlszähler nötig - bei sequentieller Fortschaltung nur Erhöhung um einheitliches Befehlsformat notwendig

19 Moderne Rechner-Architekturen CISC -Architektur CISC bedeutet: Complex Instruction Set Computer Überersetzt heißt das: Computer (Prozessor) mit komplexem Befehlssatz

20 Moderne Rechner-Architekturen Arbeitsweise eines CISC-Prozessors CISC-Befehle Dekoder-Einheit Mikrocode Nanoprozessor

21 Moderne Rechner-Architekturen Eigenschaften: - umfangreiche Maschinenbefehlssätze - viele Adressierungsarten - Familienkonzept (Abwärtskompatibilität) - Leitwerk ist mikroprogrammiert - Trennung von Befehlssatz, Implementierung und Realisierung - uneinheitliches Befehlsformat

22 Moderne Rechner-Architekturen Kompatibilität und Familienbildung - Kompatibilität zu Vorgängern -Unterschiede nur in der Implementierung und in der Realisierung CISC-Prozessoren: - 808x und 80x86 von Intel - 680x0 von Motorola - Macintosh, Amiga und Atari

23 Moderne Rechner-Architekturen Komplexbefehle und Mikroprogrammierung - M.V.Wilkes im Jahr die Mikroprogrammierung ist die Brücke zwischen Hardware und Software

24 Moderne Rechner-Architekturen Kombination von RISC und CISC - RISC -> hohe Leistung, allerdings keine Familienbildung - CISC -> trotz geringerer Leistung Marktführer - allerdings wurden RISC-Techniken mit einbezogen

25 Moderne Rechner-Architekturen Zukünftige Entwicklungen - VLIW - Vielfädigkeit - Netzwerkprozessor - Multiprozessortechnik

26 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – VERY LONG INSTRUCTION WORD - optimale Ausnutzung der parallelen Einheiten - Ansteuerung der Einheiten erfolgt statisch und direkt - bis zu 1000Bit langer Opcode

27 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – Zusammensetzung Unterbefehl/ Operation 1 Unterbefehl/ Operation 2... Unterbefehl/ Operation n

28 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – Verarbeitungsstufen VLIW-Holen Decodieren Register Lesen Register Lesen Register Lesen... Operation 1 Operation 2 Operation n Register Schreiben Register Schreiben Register Schreiben...

29 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – Vorteile - Parallelisierung erfolgt beim Kompilieren - auf ganzes Programm anwendbar - theoretisch n-fache Leistungssteigerung

30 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – Nachteile - hochredundanter Code - Anzahl der Rechenwerke - Applikationen nicht voll Parallelisierbar - Nicht-VLIW nicht lauffähig oder langsam

31 Moderne Rechner-Architekturen VLIW – Beispiel Pentium 4

32 Vielfädigkeit - Programm wird in Teilprogramme Zerlegt - Teilprogramme -> Fäden - jeder Teilprozessor kann einen dieser Fäden abarbeiten Moderne Rechner-Architekturen

33 Netzwerkprozessor - World Wide Web optimiert - Rechnerressourcen werden vom WWW geholt - Beispiel ist die JVM Moderne Rechner-Architekturen

34 Multiprozessortechnik - Großrechnerbetrieb - mehrprozessorfähiges Betriebsystem - spezielle Anwendungen nötig Moderne Rechner-Architekturen - Leistungssteigerung von 30% bis 95%

35 Danke für ihre Aufmerksamkeit


Herunterladen ppt "Moderne Rechner- Architekturen Referenten: Albert Maas Peter Oberhofer."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen