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Mikroprozessoren Vorlesung im Sommersemester 2001 Wolfgang Karl Universität Karlsruhe Fakultät für Informatik.

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Präsentation zum Thema: "Mikroprozessoren Vorlesung im Sommersemester 2001 Wolfgang Karl Universität Karlsruhe Fakultät für Informatik."—  Präsentation transkript:

1 Mikroprozessoren Vorlesung im Sommersemester 2001 Wolfgang Karl Universität Karlsruhe Fakultät für Informatik

2 Wolfgang Karl SS Organisatorisches  Vorlesung  LV-Art: weiterführende Veranstaltung  LV-Nr  Termin: Dienstag, Uhr – Uhr, SR 062  Infos zur Vorlesung und zu den Übungen 

3 Wolfgang Karl SS Organisatorisches  Sprechstunde: Wolfgang Karl  Dienstag, – Uhr und nach Vereinbarung  Raum 161, Gebäude   Prüfung  Ende des Sommersemester, Kolloquium, Schein  Der Termin wird noch bekannt gegeben.

4 Wolfgang Karl SS Persönliches  Dr. Wolfgang Karl  Vertretung der Professur T. Ungerer an der Universität Karlsruhe im Sommersemester 2001  Vorlesung Rechnerstrukturen  Vorlesung Mikroprozessoren  Seminar Cluster- und Grid-Computing  Technische Universität München  Institut für Informatik  Lehrstuhl für Rechnertechnik und Rechnerorganisation (LRR)  Akademischer Oberrat

5 Wolfgang Karl SS SCI-based PC clusters  Bus-like services: read-, write-, and synchronization transactions  Hardware-supported DSM with low-latency remote memory access and fast message-passing  Split-transactions: request and response packets - latency hiding Global address space SCI interconnect PCs with PCI-SCI adapter

6 Wolfgang Karl SS SMiLE software layers NT prot. stack SCI-Hardware: SMiLE & Dolphin adapter, HW-Monitor NDIS driver SCI-VM SCI Drivers & SISCI API SCI-VM lib SISCI PVM TreadMarks compatible API Target applications / Test suites SISAL on MuSE SCI-Messaging AM 2.0SS-libCML User/Kernel boundary Low-level SMiLE High-level SMiLE SPMD style model

7 Wolfgang Karl SS SPMD style model SMiLE software layers NT prot. stack SCI-Hardware: SMiLE & Dolphin adapter, HW-Monitor NDIS driver SCI-VM SCI driver & SISCI API SCI-VM lib SISCI PVM TreadMarks compatible API Target applications / Test suites SISAL on MuSE SCI-Messaging AM 2.0SS-libCML User/Kernel boundary Low-level SMiLE High-level SMiLE Message Passing User Level Communication Message Passing User Level Communication

8 Wolfgang Karl SS Example Application  Electrical Field Simulation  POLOPT: Optimisation of high-performance transformers  ABB Corporate Research Heidelberg

9 Wolfgang Karl SS Example Application  Computational Fluid Dynamics  CFX-TASCflow: Flow computation of cars, pumps, or motors  AEA Technology, Otterfing

10 Wolfgang Karl SS NT prot. stack SCI-Hardware: SMiLE & Dolphin adapter, HW-Monitor NDIS driver SCI-VM SMiLE driver & Dolphin IRM driver SCI-VM lib SISCI PVM TreadMarks compatible API Target applications / Test suites SISAL on MuSE SCI-Messaging AM 2.0SS-libCML User/Kernel boundary Low-level SMiLE High-level SMiLE SPMD style model AM 2.0 NT prot. stack SCI-Hardware: SMiLE & Dolphin adapter, HW-Monitor NDIS driver SCI-VM SCI Drivers & SISCI API SCI-VM lib SISCI PVM TreadMarks compatible API Target applications / Test suites SISAL on MuSE SCI-Messaging SS-libCML User/Kernel boundary Low-level SMiLE High-level SMiLE SPMD style model SMiLE software layers True Shared Memory Programming

11 Wolfgang Karl SS Example Application Positron-Emission Tomography Human brain after running spectral analysis

12 Wolfgang Karl SS SMiLE Monitor Counter Module PCI-SCI Bridge The SMiLE Hardware Monitor B-Link Interface PCI local bus PCI Unit Probe Event Filter SCI Network SCI in SCI out Dynamic Counter Array Static Counter Array

13 Wolfgang Karl SS OMIS/OCM Monitor for DSM systems OMIS SCI DSM Extension Prog. Model Extension Prog. Environment Extension SMiLE PCI-SCI bridge and monitor SyncMod High-level Prog. Environment SCI-VM Shmem Programming Model OMIS / OCM Core Multi-Layered SMiLE monitoring (Physical addresses, Node IDs, Counters, Histograms) (Virt./Phys. Address mappings, Statistics) Node Local Resources Tools (CPU counters, Cache statistics, OS information) (Statistics of Synchronization mechanisms) (Specific information)

14 Wolfgang Karl SS Cluster- und Grid-Computing  Seminar im Hauptdiplom  Blockveranstaltung nach Vereinbarung  Vorbesprechung wird noch bekannt gegeben  Cluster  Aufbau von Clustern  Beispiele von Clustern  Systemsoftware  Anwendungen  The Grid  Infrastruktur  Beispiele

15 Wolfgang Karl SS Weitere Forschungsprojekte (1)  Embedded Parallel Processors (EPP)  Kooperation mit Infineon Technologies AG, München  Weiterer Kooperationspartner: HNI/Uni-Paderborn (Prof. Rückert)  Evaluierung der Architektureigenschaften und Merkmale von eingebetteten parallelen Prozessoren  Ausgangspunkt: Standardbenchmarks: EENBC  Simulationswerkzeuge

16 Wolfgang Karl SS Weitere Forschungsprojekte (2)  Projekt DiME  Kooperation mit Uni Erlangen (Prof. Rüde)  Daten-Cache-Optimierungen  Code-Transformationen zur Optimierung der Datenlokalität von Mehrgitterverfahren

17 Wolfgang Karl SS Weitere Forschungsprojekte (3)  Projekt Hot-Swap  Projekt mit FORCE Computers GmbH  Hochverfügbare Rechensysteme auf der Basis von CompactPCI  Elektrisches Verhalten  Bus-Protokolle, Fehlerdiagnose  Betriebssystemaspekte für Hot-Swap  Modellierung hochverfügbarer Systeme  Mitarbeit an Standardisierung

18 Wolfgang Karl SS Aufbau von Arbeitsplatzrechnern LAN Festplatte CD ROM P e r i p h e r i e b u s E/A Floppy- Disc

19 Wolfgang Karl SS Hintergrund (1)  Rechnerarchitektur  Allgemeine Strukturlehre mit deren Hilfsmittel  Ingenieurwissenschaftliche Disziplin, die bestehende und zukünftige Rechenanlagen beschreibt, vergleicht, beurteilt, verbessert und entwirft.  Betrachtet den Aufbau und die Eigenschaften des Ganzen (Rechenanlage), seiner Teile (Komponenten) und seiner Verbindungen (Globalstruktur, Infrastruktur)

20 Wolfgang Karl SS Hintergrund (1)  Entwurf einer Rechenanlage  Ingenieurmäßige Aufgabe der Kompromissfindung zwischen  Randbedingungen (Technologie, Größe, Geld, Umwelt,...)  Gestaltungsgrundsätzen (Modularität, Sparsamkeit,...)  Zielsetzungen

21 Wolfgang Karl SS Hintergrund (1)  Beispiele für Zielsetzungen und Anforderungen  Anwendungsbereich  Spezialanwendungen:  Rechensysteme, die auf eine spezielle Anwendung zugeschnitten sind;  hohe Leistungsfähigkeit für spezielle Anwendung  Allzweckanwendung:  ausgewogene Leistung für ein breites Spektrum von Anwendungen

22 Wolfgang Karl SS Hintergrund (1)  Beispiele für Zielsetzungen und Anforderungen  Software-Kompatibilität (bestimmt verfügbare Software)  auf Programmiersprachenebene:  ermöglicht dem Entwickler größere Flexibilität beim Entwurf;  neue Übersetzer  Binär- oder Objektcode-Kompatibilität

23 Wolfgang Karl SS Hintergrund (1)  Anforderungen auf Betriebssystem-Ebene:  Virtuelle Speicherverwaltung, Schutzmechanismen, Kontextwechsel, Unterbrechungsbehandlung  Standards:  Gleitkomma-Formate: IEEE, DEC, IBM  Ein-/Ausgabebus: SCSI, VME, PCI  Betriebssysteme: UNIX, MS-DOS, Windows NT, Linux  Netze: Ethernet, FDDI, SCI  Programmiersprachen: Einfluß auf Befehlssatz  Bus-Systeme: PCI, SCI, MBus, SBus

24 Wolfgang Karl SS Vorlesung Mikroprozessoren  Betrachtet den Aufbau und die Eigenschaften von:  Mikroprozessorsystemen,  deren Komponenten: Mikroprozessoren, Speicherkomponenten, Ein-/Ausgabeeinheiten  Verbindungsstrukturen

25 Wolfgang Karl SS Ziele der Vorlesung  Überblick über den Aufbau und die Eigenschaften von Mikroprozessorensystemen  Detaillierte Kenntnisse über die Struktur und Funktionsweise von Mikroprozessoren  Architektur  Implementierung und Organisation  Realisierung  Detaillierte Hardware-Kenntnisse  Hardware-nahe Software-Aspekte

26 Wolfgang Karl SS Aufbau der Vorlesung  Einführung in die Mikroprozessortechnik  Mikroprozessoren  Architektur und Organisation  Programmiermodell und Programmierung  Unterstützung von Betriebssystemfunktionen  Multiprozessorunterstützung  Superskalare Mikroprozessoren  Weitergehende Konzepte  EPIC, Speculation, Predikation, Binärcode-Transformation, Multithreading

27 Wolfgang Karl SS Aufbau der Vorlesung  Mikroprozessoren, die in komplexen mehrbusorientierten Mikroprozessorsystemen (PCs, Arbeitsplatzrechnern und symmetrischen Multiprozessorsystemen mit gemeinsamen Speicher) eingesetzt werden.  Detaillierte Kenntnisse über die Architektur, Organisation und Programmierung dieser modernen Mikroprozessoren vermitteln.  Darstellen der grundlegenden Eigenschaften dieser “Allzweck’--Mikroprozessoren an konkreten Fallbeispielen


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