پاورپوینت معماری کامپیوتر

دانلود پاورپوینت با موضوع معماری کامپیوتر،
در قالب ppt و در 501 اسلاید، قابل ویرایش، شامل:

فصل اول: رئوس مطالب در معماری و سازماندهی کامپیوتر
معماری کامپیوتری به چه معناست؟
معماری کامپیوتر
معماری (از دیدگاه معمار)
پیاده سازی
سازماندهی: منظر سطح بالا
سیستم حافظه
ساختار گذرگاه (bus)
طراحی داخلی CPU
سخت افزار
طراحی منطقی
تکنولوژی بسته بندی(packaging)
معماری مجموعه دستورالعمل
مراحل در سازماندهی کامپیوتر
مفهوم ماشین های چندسطحی
 مفاهیم ماشین مجازی
انضباط در معماری
تصویر بزرگ
عوامل در معماری کامپیوتر
مجموعه دستورالعمل ها یک محیط بحرانی
مهندسی و معماری کامپیوتر کجاست؟
تشریح: پنج جزء ترکیب شده کامپیوتر
تکنولوژی کامپیوتر: تغییری مهیج
گرایش تکنولوژی: پیچیدگی ریزپردازنده
Intel 486™ DX CPU
Pentium® Processor
Pentium® III Processor (Coppermine)
Intel® Itanium® Processor
Cache Size Becoming Larger and Larger
یک بازبینی از جریان طراحی پردازنده
چگونه یک CPU طراحی می شود
طراحی معماری مجموعه دستورالعمل (ISA design)
طراحی در سطح وظایف (function-level) RTL design
طراحی در سطح اجزاء ترکیب دهنده
طراحی gate-level/switch-level
طراحی در سطح مدار
روش کلاسیک طراحی مرحله ای معماری مجموعه دستورالعمل:
انتخاب یک الگوی ساخت A
تعریف A برای تطبیق با کارایی مورد تقاضای جدید و تکنولوژی جدید
ارزیابی (شبیه سازی معماری مجموعه دستورالعمل)
تکرار تا کسب رضایت
کل استراتژی شبیه سازی
شبیه ساز در سطح دستورالعمل (ISA)
شبیه سازی در سطح سیستم
در سطح RTL
در سطح سوئیچ همراه با تاخیرها
شبیه سازی در سطح مدار
کارایی شبیه سازها
کارایی دستورالعمل بر چرخه (IPC)

فصل دوم: معماری مجموعه دستورالعمل ها
مراحل اجرای یک دستورالعمل
چه چیزی در یک ISA (معماری مجموعه دستورالعمل) مشخص می شود؟
یک ISA ساده: حافظه به حافظه
مدل حافظه
ترجمه کد ساده
استفاده از یک مکان موقتی
مشکلات در معماری حافظه به حافظه
ماشین های مبتنی بر انباشت گر (Accumulator)
ماشین مبتنی بر انباشت گر که  A=(B+C)*(D+E) را انجام می دهد
ضعف ماشین های مبتنی بر انباشت گر
ماشین های مبتنی بر انباشت گر هنوز در کامپیوترهای اولیه معمول بودند
پیشنهادات برای ماشین های مبتنی بر انباشتگر
ماشین های مبتنی بر پشته
معماری مجموعه دستورالعمل ماشین های مبتنی بر پشته
ماشین مبتنی بر پشته که  A=(B+C)*(D+E) را انجام می دهد
ماشین مبتنی بر پشته
کاربرد ماشین های مبتنی برپشته
ماشین های مبتنی بر ثبات
ثبات های عام منظوره_خاص منظوره
ثبات های خاص منظوره     The  z_80 cpu   
ثبات عام منظوره ماشین های (GPR)
ماشین GPR A=(B+C)*(D+E) را انجام می دهد
اندازه های داده های متفاوت
حافظهMIPS
Byte-Order (“Endianness”)
Big-Endian vs. Little-Endian
روش های آدرس دهی
روش های آدرس دهی ساده
روش های آدرس دهی غیر مستقیم
روش های آدرس دهی پیشرفته
روش های آدرس دهی منتخب
بسامد روش های آدرس دهی
روش های آدرس دهی داده های تجربی
چه طور ما نمایش دادن دستورالعمل ها را انجام می دهیم؟
دستورالعمل های با طول متغیر
دستورالعمل های با طول ثابت
بار گذاری اعداد صحیح کوچک
The RISC Approach
معیارهایRISC[COL WELL 85]
عمل تک چرخه ای
ماشین Load_Store
کنترل سخت افزاری
رابطه دستور العمل های کم و روشهای آدرس دهی
دستورالعمل های با قالب ثابت
تلاش بیشتر در زمان کامپایل
ثبات ها
قراردادهای ثبات استاندارد
قراردادهای ثباتی در MIPS
عملیات MIPS
بارگذاری/ذخیره
عملیات ALU
انشعاب ها/ پرش ها
قالب های دستورالعمل MIPS
فیلدها در دستورالعمل های MIPS:
op: مشخصات عمل: بیان اینکه کدام قالب استفاده شود
rs: اولین ثبات منبع
rt: دومین ثبات منبع
rd: ثبات مقصد
funct: جزئیات اضافی opcode
address: ثابت فوری و تغییرمکان یافته و یا انشعاب
ماشین نمایش دستورالعمل های MIPS
عملوندهایALU
نمایش ماشینی
ضرب و تقسیم صحیح در MIPS
دستورالعملهای انتقال داده ها
An Example
انشعاب ها
طبقه بندی انشعاب ها
If  Then  Else در MIPS
بررسی انشعاب ها
انواع انشعاب درMIPS
دستورالعمل های انشعاب
مولد اهداف انشعاب در MIPS
بدنه سوئیچ در MIPS
سوئیچ کامپایل شده برای MIPS
کامپایل کردن دستورات کنترلی دیگر
پشتیبانی دستورالعمل های فراخونی پردازه
روش آدرس دهی MIPS های دیگر
MIPS عملوندهای
MIPS اسمبلی زبان
MIPS ماشین زبان
فراخوانی تابع درMIPS
مشکلات فراخوانی تابع ها
فراخوانی پردازه:
مکان پارامترها
کنترل انتقال
ذخیره سازی Acquire
انجام دادن کار
مکان بازگشت نتایج
بازگشت کنترل بر گشتی به فراخوان
قراردادهای ثبات استاندارد
پارامترهای میانی
ثبات های ذخیره سازی
اعلام یک تابع در MIPS

فصل سوم: نمایش اعداد و محاسباتی کامپیوتر
نمایش عددی:
صحیح بدون علامت
صحیح بدون علامت (مبنای اولیه سیستم اعداد)
صحیح بدون علامت (BCD: binary coded decimal)
صحیح با علامت (علامت مقدار)
بیت ها و اعداد
مکمل 2
صحیح با علامت (مکمل دو)
گنجاندن اعداد کوچکتر در بیت های بیشتر
جمع و تفریق
سرریزی
کشف سرریزی
کار CPU در برابر سرریزی چیست؟
دستورالعمل ها
طراحی پردازش
مسئله: طراحی واحد محاسبه و منطق
طراحی: روش تقسیم و غلبه
محیط ALU (ALU Interface)
طراحی: کاهش مسئله به یک مسئله ساده تر
طراحی با بلاک دیاگرام سطح پایین تر
بلاک ALU یک بیتی
تمام جمع کننده Full Adder
جدول درستی تمام جمع کننده
طراحی تمام جمع کننده
ALU یک بیتی
ALU یک بیتی برای MSB
واحدهای محاسبه منطق (ALU) بزرگتر
محاسبه تعداد گیت ها
تاخیر گیت ها
جمع کننده کری موج دار
Carry Lookahead Adder (CLA)
معادله منطقی کری
Carry Lookahead Logic
تعدیل کردن واحد محاسبه ومنطق یک بیتی
تعیین زمان CLA  4 بیتی
واحد محاسبه و منطق 16 بیتی. ورژن1
واحد محاسبه و منطق 16 بیتی. ورژن2
CLA   4 بیتی
ضرب و تقسیم صحیح
ضرب صحیح بدون علامت
این چگونه کار می کند؟
محاسبات ساده ریاضی
سخت افزار ضرب ورژن1
الگوریتم ضرب ورژن1
نظارت بر روی ورژن1 ضرب
سخت افزار ضرب ورژن2
چه چیزی روی می دهد؟
مشاهدات ورژن2 ضرب
سخت افزار ضرب ورژن2
الگوریتم ضرب ورژن3
مشاهدات ورژن3 ضرب
الگوریتم بوت
ضرب علامت دار
الگوریتم های سریع تر یا عمل ضرب
تقسیم :مداد و کاغذ
سخت افزار تقسیم ورژن1
الگوریتم تقسیم ورژن 1
مشاهدات تقسیم ورژن1
سخت افزار تقسیم ورژن 2
الگوریتم تقسیم ورژن 2
مشاهدات تقسیم ورژن2
سخت افزار تقسیم ورژن 2
الگوریتم تقسیم ورژن 3
مشاهدات تقسیم ورژن3

فصل چهارم: سنجش کارایی
اغلب چه کسی CPUها را ارتقا می دهد
برای خرید یک ماشین جدید چگونه تصمیم می گیرید؟
کارایی و هزینه از نظر مشتری/CPU:
از لحاظ خرید
معین کردن یک مجموعه از ماشین ها که دارای
بهترین کارایی
کمترین هزینه
بهترین کارایی/ هزینه
 از لحاظ طراحی
مواجه با انتخاب طراحی است که دارای
بهترین بهبود کارایی
کمترین هزینه
بهترین کارایی/ هزینه
نیاز هر دو
پایه ای برای مقایسه
معیاری برای ارزیابی
هدف ما فهماندن مفهوم هزینه و کارایی از انتخاب های معماری است.
دو تصور از کارایی
تعاریف کارایی
درک کارایی
تعریف زمان
ساعت کامپیوتر
معیارهای پایه ارزیابی
مقایسه معیارهای ماشین ها
زمان اجرا
توان عملیاتی
زمان CPU
MIPS: مخفف میلیونها دستورالعمل در ثانیه
MFLOPS: میلیون ها عمل ممیز شناور در هر ثانیه
مقایسه مجموعه برنامه های استفاده شده در ماشین ها
مفهوم محاسباتی
مفهوم محاسباتی سنگین
Benchmarks
چه تعداد چرخه برای یک برنامه نیاز است؟
تعداد چرخه های متفاوت برای دستورالعمل های متفاوت
اکنون که ما با مفهوم چرخه آشنا شدیم
محاسبه زمان CPU
مثالی از محاسبه زمان CPU
فاکتورهای موثر در کارایی CPU
فاکتورهای موثر در کارایی CPU
محاسبه CPI
مسائل با میانگین حسابی
خلاصه ای از کارایی
آزمون های کارایی کامپیوتر
انواع آزمون های کارایی
موسسه ارزیابی کارایی سیستم
دیگر آزمون های کارایی SPEC
مثال هایی از آزمون های کارایی SPEC95
عوامل ضعیف ارزیابی کارایی
بالا بردن میزان تسریع به صورت زیر تعریف می شود
تخمین بهبود کارایی
CPIبه عنوان یک ابزار تحلیلگر برای راهنمای طراحی
دستورالعمل PEER: قانون آمدال
اتصال انرژی: فیزیک های بنیادی
خلاصه ای از ارزیابی کارایی

فصل پنجم: روش های پیاده سازی معماری پردازشگر
یک تصویر بزرگ: ما الان کجا هستیم؟
یک شمای اصلی:چشم انداز کارایی
چه طور یک پردازشگر طراحی می شود:مرحله به مرحله:
 تجزیه وتحلیل مجموعه دستورالعمل=>پیش نیازهای مسیر داده
انتخاب کردن مجموعه ای از بخشهایی از مسیر داده و بنیاد نهادن روش های ساعت زنی
طراحی مسیر داده با در نظر گرفتن پیش نیازها
طراحی کنترل منطقی
یادآوری: قالب های دستورالعمل های MIPS
ثبات منطقی انتقال (RTL)
مرحله 1: تعیین پیش نیازهای مجموعه دستورالعمل
حافظه
دستورالعمل و داده ها
ثبات ها (32 x 32)
خواندن rs
خواندن rt
نوشتن rtیاrd
PC شمارنده برنامه
گسترش دهنده (گسترش علامت یا گسترش صفر)
جمع و تفریق یا مقدار فوری گسترده شده
Add 4 or shifted extended immediate to PC
مرحله 2: اجزاء مسیر داده
مرحله 3:
پیش نیازهای ثبات انتقال-> طراحی مسیر داده
واکشی دستورالعمل
کدبرداری دستورالعمل ها و خواندن عملوندها
محاسبه کردن عمل
بازنویسی نتیجه
الف 3: مقدمه واحد واکشی دستورالعمل
عملیات متداولRTL
واکشی دستورالعمل: mem[PC]
جدید کردن شمارنده برنامه:
کد پشت سرهم:: PC <- PC + 4
انشعاب و پرش: PC <- “something else”
ب3: جمع و تفریق
پ3: عمل منطقی بلافاصله
ت3: عمل بارکردن
ث3: عمل ذخیره سازی
ج3: دستورالعمل انشعاب
مسیر داده برای عمل انشعاب
قرار دادن همه اینها با هم: یک مسیر داده تک چرخه ای
مفهوم سیگنال های کنترلی
مفهوم سیگنال های کنترلی
واحد واکشی دستورالعمل در ابتدای جمع
مسیر داده تک چرخه ای در طول عمل جمع و تفریق
واحد واکشی دستورالعمل در انتهای جمع
OR مسیر داده تک چرخه ای در طول عمل بلافاصله
مسیر داده تک چرخه ای در طول بارکردن
مسیر داده تک چرخه ای در طول عمل ذخیره سازی
مسیر داده تک چرخه ای در طول عمل انشعاب
واحد واکشی دستورالعمل در انتهای انشعاب
مرحله 4:مسیر داده  داده شده :RTL->CONTROL
کنترل ALU
طراحی کنترل ALU
چهره قالب دستورالعمل های MIPS
طراحی واحد کنترل برای اجرای دستورالعمل تک چرخه ای
طراحی واحد کنترل
جدول درستی  برای نوشتن ثباتی
PLA روش های کنترل اصلی
پیاده سازی یک دستورالعمل چند چرخه ای
توضیحاتی از پیاده سازی تک چرخه ای
چه چیزی باعث مشکل می شود زمانی کهCPI=1پردازشگر است
کاهش زمان چرخه
محدودیت های بنیادی زمان چرخه
تقسیم بندی CPI=1 مسیرداده
مثال مسیر داده چند چرخه ای
خصوصیات
R-type دستورالعمل های (add, sub, . . .)
دستورالعمل های فوری منطقی
دستورالعمل بارکردن
دستورالعمل ذخیره کردن
دستورالعمل انشعاب
مسیر داده چند چرخه ای (Figure 5.26, p.327)
مسیر داده چند چرخه ای به همراه نمایش خطوط کنترلی
طرح ساعت زنی
مراحل پایه محاسبه دستورالعمل
کنترل برای PC بعدی
PC بعدی تعیین می شود به وسیله
یک سیگنال کنترلی 2 بیتی برای بالا
روش های طراحی کنترل برای اجرای دستورات چند چرخه ای
مبنا قرار دادن ماشین با حالات محدود
مبنا قرار دادن Microprogramming   
ساختار FSM
کنترل اختصاصی برای چند چرخه ای
تخصیص حالات
اجرای دستگاه کنترل ماشین حالت متناهی
تعادل منطقی برای خروجی های سیگنال کنترلی
تعادل منطقی برای خروجی های حالت بعدی
تفسیر دستورالعملMacro
واکشی برنامه میکرو
دستورالعمل ارجاع به حافظه برنامه میکرو
R-type برنامه میکرو
انشعاب برنامه میکرو
پرش برنامه میکرو
همه میکرو کد

فصل ششم: خط لوله ای کردن و معماری خط لوله ای شده
خط لوله ای
مفاهیم پایه خط لوله ای
خط لوله ای کردن، معمول است
شستن ترتیبی
شستن خط لوله ای شده
دروس خط لوله ای کردن
مفهوم پایه
خط لوله ای کردن به عنوان یک تکنیک معماری
محدودیت های کارایی در یک خط لوله
روی هم اندازی (Overlap) در برابر خط لوله ای
خط لوله پویا و ایستا
یک تابع واحدلوله- چند تابع لوله
MIPS خط لوله:
مراحل خط لوله:
واکشی
ID (کد برداری+ واکشی ثبات ها)
محاسبات
دستیابی به حافظه
باز نویسی
نمایش منقوش خط لوله
تک چرخه ای- چند چرخه ای- خط لوله ای 
چرا خط لوله؟ برای اینکه منابع را در اینجا داریم!
آیا خط لوله می تواند برای ما مشکل ایجاد کند؟
حافظه تک  یک هزارد ساختاری است
هزاردهای ساختاری کارایی را محدود می کند
راه حل های هزارد کنترلی
هزاردهای داده ای روی r1
راه حل هزارد داده ای
Forwarding (یاگذشتن): در مورد بار کردن چی؟
طراحی یک مسیر داده خط لوله ای شده
خط لوله ای کردن دستورالعمل بارکردن
4 مرحله برای R-type:
واکشی:واکشی دستورالعمل
واکشی دستورالعمل از حافظه دستورالعمل
جدید  کردنPC
 Reg/Dec: واکشی ثبات ها و کد برداری دسترالعمل ها
 Exec :عمل کردن ALU بر روی 2 تا ثبات عملوند
 Wr  باز نویسی خروجی ALUبر روی بانک ثباتی
خط لوله ای کردن دستورالعمل های  R-typeوLoad
راه حل اول: وارد کردن“حباب“در خط لوله
راه حل دوم: تأخیر نوشتن R-typeبه وسیله یک چرخه
مسیر داده تک چرخه ای
نسخه خط لوله ای شده مسیر داده
IF: اولین مرحله لوله دستورالعمل بارکردن
ID: دومین مرحله لوله دستورالعمل بارکردن 
EX: سومین مرحله لوله دستورالعمل بارکردن
MEM: چهارمین مرحله لوله دستورالعمل بارکردن
WB: پنجمین مرحله لوله دستورالعمل بارکردن
IF: اولین مرحله لوله دستورالعمل R-type
ID: دومین مرحله لوله دستورالعمل R-type
EX: سومین مرحله لوله دستورالعمل R-type
MEM: چهارمین مرحله لوله دستورالعمل R-type
WB: پنجمین مرحله لوله دستورالعمل R-type
یک مثال برای روشن شدن خط لوله
خلاصه: خط لوله ای کردن
کنترل مسیر داده خط لوله ای شده
مسیر داده خط لوله ای شده با سیگنال های کنترلی
فراخوانی: بیت های کنترلی ALU
مقادیر خطوط کنترلی برای 3 مرحله آخر خط لوله
مسیر داده خط لوله ای شده با سیگنال های کنترلی
یک مثال برای روشن شدن مسئله کنترل خط لوله
هزارده ای داده ای
کشف هزارده ای داده ای و ارسال(forwading)
خلاصه ای از وضعیت های هزارد داده ای
مسیر داده خط لوله ای شده با ارسال(Forwarding)
هزاردهای داده ای و  توقف
کشف هزارد
 مسیر داده خط لوله ای شده با (Forwarding) ارسال و واحد کشف هزاردi
هزاردهای انشعاب
مسیر داده برای انشعاب (شامل HW خالى کردن قسمتى از حافظه خط لوله)

فصل هفتم: طراحی سیستم حافظه
سلسله مراتب حافظه 
مشخصات برنامه ها و سازماندهی حافظه
تجزیه و تحلیل Ram در برابر دستیابی ترتیبی
در مقایسه کارایی برهزینه و تکنولوژی
همجواری در الگوهای دسترسی به حافظه
 سلسله مراتب در طراحی حافظه
حافظه نهان
حافظه مجازی
حافظه با دستیابی تصادفی
کارایی حافظه
چگونه می توان کارایی سیستم حافظه را بهبود بخشید
حافظه نهان
قانون مور- یک فرصت از دست رفته
نهفتگی در یک سیستم واحد
همجواری مراجع
مکانهایی با احتما ل  دستیابی بالا (زمان کوتاه)
همجواری PC
 قاب پشته (محلی(
 نزدیک زیر روال ها
 داده های فعال
همجواری
همجواری موقتی
همجواری مکانی
مقدمه ای بر طراحی cache
Cache (حافظه نهان)
فاکتورهای کلیدی در تصمیم طراحی برای Cache و VM (حافظه مجازی)
فن آوری در1990s
فنآوری در 2000s
Cacheدرسلسله مراتب حافظه
چهار سوأل برای دسته بندی سلسله مراتب حافظه
نسبت برخورد(یا موءفقیت)
حساسیت کاراییw.r.th (hit ratio)
اصطلاحات بنیادی
سازمان دهی cache
پیوستگی کامل
نگاشت مستقیم
قرار گیری پیوسته
جمع تمام بیت ها در cache
به روز کردن حافظه اصلی/خط و مشی واکشی
چه طور خواندن/نوشتن رابه کار ببریم
چه موقع write through بهتر است؟
Write-back vs. Write-through:
سرعت (باز نویسی  سریع است)
Traffic ( در حالت عمومی،باز کپی بهتر است)
ساز گاری (cache (write-through بهتر است
منطقی (copy-backبسیار کامل است)
Buffering (4 برای write-throughبهترین است)
قابلیت اطمینان (write-through بهتر است) برای این که حافظه اصلی قابلیت شناسایی خطا را دارد

تعداد مشاهده: 8098 مشاهده

فرمت فایل دانلودی:.ppt

فرمت فایل اصلی: ppt

تعداد صفحات: 501

حجم فایل:11,063 کیلوبایت

دانلود فایل