SOCS Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens

Slides:



Advertisements
Verwante presentaties
Extern-Geheugen Henry van Aarssen 2009/2010 Extern-Geheugen
Advertisements

KWALITEITSZORG november 2012
‘SMS’ Studeren met Succes deel 1
Wat was toen het grootste het grootste probleem van de van de FOD?
Elektriciteit.
NEDERLANDS WOORD BEELD IN & IN Klik met de muis
Elektriciteit 1 Les 13 Condensatorschakelingen, opstapeling van elektrostatische energie en diëlektrica.
1 Resultaten marktonderzoek RPM Zeist, 16 januari 2002 Door: Olga van Veenendaal, medew. Rothkrans Projectmanagement.
November 2013 Opinieonderzoek Vlaanderen – oktober 2013 Opiniepeiling Vlaanderen uitgevoerd op het iVOXpanel.
Uitgaven aan zorg per financieringsbron / /Hoofdstuk 2 Zorg in perspectief /pagina 1.
Het geheugen… …van de computer.
1 COVER: Selecteer het grijze vlak hiernaast met rechtsklik & kies ‘change picture’ voor een ander beeld of verwijder deze slide & kies in de menubalk.
Global e-Society Complex België - Regio Vlaanderen e-Regio Provincie Limburg Stad Hasselt Percelen.
 Deel 1: Introductie / presentatie  DVD  Presentatie enquête  Ervaringen gemeente  Pauze  Deel 2 Discussie in kleinere groepen  Discussies in lokalen.
Lading Lading is een grootheid met symbool Q. De eenheid is de coulomb met symbool C.
STAPPENPLAN GRAMMATICUS.
Par. 3.3 Het geheugen.
Extern Geheugen Lol.
Hoofdstuk 2 Computerapparatuur
Het computergeheugen.
Hardware (2) SGDB Informatica.
Ronde (Sport & Spel) Quiz Night !
Een Concert van het Nederlands Philharmonisch Orkest LES 4 1.
OPSLAGMEDIA Evy Van Cleemputte.
INITIATIE DEFINITIESELECTIECONCIPIËREN INBEDDING IN ORGANISATIE ONDERHOUD Opdrachtgever/ Projectleider Eigenaar Architect en zijn team Stakeholders INITIATIEDEFINITIESELECTIECONCIPIËRENINBEDDINGONDERHOUD.
Een optimale benutting van vierkante meters Breda, 6 juni 2007.
Kb.1 Ik leer op een goede manier optellen en aftrekken
Elektriciteit 1 Les 12 Capaciteit.
Opdracht 11 Communicatiemiddelen Communicatiemiddelen © FjH.
© BeSite B.V www.besite.nl Feit: In 2007 is 58% van de organisaties goed vindbaar op internet, terwijl in 2006 slechts 32% goed vindbaar.
Les 5 Elektrische potentiaal in een elektrisch veld
Nooit meer onnodig groen? Luuk Misdom, IT&T
FOD VOLKSGEZONDHEID, VEILIGHEID VAN DE VOEDSELKETEN EN LEEFMILIEU 1 Kwaliteit en Patiëntveiligheid in de Belgische ziekenhuizen anno 2008 Rapportage over.
Elke 7 seconden een nieuw getal
De computer: Hardware Het beeldscherm Het toetsenbord De muis
Rekenregels van machten
Lineaire functies Lineaire functie
Regelmaat in getallen (1).
1 introductie 3'46” …………… normaal hart hond 1'41” ……..
Oefeningen F-toetsen ANOVA.
1Ben Bruidegom 1 Sequentiële schakelingen Toestand uitgang bepaald door:  ingangen &  vorige toestand uitgang.
Wat levert de tweede pensioenpijler op voor het personeelslid? 1 Enkele simulaties op basis van de weddeschaal B1-B3.
Lez.6 CDROMs & DVDs licht conus focal spot.
Hoofdstuk 2 Samenvatting
In dit vakje zie je hoeveel je moet betalen. Uit de volgende drie vakjes kan je dan kiezen. Er is er telkens maar eentje juist. Ken je het juiste antwoord,
Seminarie 1: Pythagoreïsche drietallen
Elektriciteit 1 Les 4 Visualisatie van elektrische velden
Les 6 Elektrische potentiaal - vervolg
Elektriciteit 1 Basisteksten
Ben Bruidegom 1 Sequentiële schakelingen Toestand uitgang bepaald door:  ingangen;  vorige toestand uitgang.
ribwis1 Toegepaste wiskunde – Differentieren Lesweek 7
EFS Seminar Discriminatie van pensioen- en beleggingsfondsen
Hoe gaat dit spel te werk?! Klik op het antwoord dat juist is. Klik op de pijl om door te gaan!
Eerst even wat uitleg. Klik op het juiste antwoord als je het weet.
1/1/ eindhoven university of technology / faculty of Computer Science 2IC20:Computersystemen Week 4: Digitale logica niveau klokken en geheugens.
PO informatica SSD en Monitor
Elektriciteit (Hoofdstuk 7)
STIMULANS KWALITEITSZORG juni 2014.
waarom plaatsen we onze verwarming onder het raam?
In opdracht van NOC*NSF
23 september 2014 Niels Vanmarcke
Marc Bremer Natuurkunde Marc Bremer
1 Zie ook identiteit.pdf willen denkenvoelen 5 Zie ook identiteit.pdf.
12 sept 2013 Bodegraven 1. 2  vooraf lezen: 1Kor.7:12 t/m 24  indeling 1Korinthe 7  1 t/m 9: over het huwelijk  10 t/m 16: over echtscheiding  16.
1 Week /03/ is gestart in mineur De voorspellingen van alle groten der aarden dat de beurzen zouden stijgen is omgekeerd uitgedraaid.
Openbaar je talent Service public, talent particulier.
3 Hardware 3.4. Extern geheugen.
Welkom woensdag 14 november 2018woensdag 14 november 2018
© 2001, SJB Mol Walter Baeckelmans
Transcript van de presentatie:

SOCS Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia (hulpgeheugens) Organisatie Snelheid

Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia Organisatie Snelheid

Elektronica Digitale Logica Begrippen uit de elektriciteit Transistoren Schakelingen Schakelalgebra

Begrippen u/d elektriciteit spanningsbron E  + I = E R electronen e stroom I weerstand R

Begrippen u/d elektriciteit Elektrische lading Eenheid: Coulomb C Atoom Positieve kern Negatieve elektronen Elektrisch veld Kracht die eenheidslading zou ondervinden Elektrische spanning Potentiaalverschil tussen 2 punten Is arbeid nodig om eenheidslading van het ene punt naar het andere te verplaatsen Eenheid: Volt V

Begrippen u/d elektriciteit Elektrische stroom Transport van ladingen doorheen medium Stroomsterkte = hoeveelheid ladingen die zich per tijdseenheid door een doorsnede van de geleider verplaatsen Eenheid: ampère A Elektronenstroom = verplaatsing van electronen Wet van Ohm Stroomsterkte doorheen geleider evenredig met de spanning over de geleider Weerstand: Eenheid: ohm 

Begrippen u/d elektriciteit spanningsbron E  + I = E R electronen e stroom I weerstand R

Geleiders vs Isolatoren Elektronen zwak gebonden aan atomen Bewegen gemakkelijk doorheen materiaal Isolatoren: geleiden niet Half-geleiders (Si, Ge) + vreemde atomen (Sb, As, P, …) p-type: plaats voor extra elektronen n-type: elektronen op overschot sandwich structuur

Transistor collector n-type basis p-type n-p-n Er bestaat ook p-n-p emitter

Transistor Vuit Vin +Vcc C B Veel toepassingen: o.a. snelle binaire schakeling E 0V

Transistor 0V 5V 5V 0V +5V +5V collector- emitter stroom basisstroom TRANSISTOR = gesloten TRANSISTOR = open

Transistor NIET poort Vin Vuit 0 +Vcc +Vcc 0 Vuit Vin Vuit onwaar waar waar onwaar Vin NIET poort

Transistor NOF poort V1 V2 Vuit 0 0 +Vcc +Vcc 0 0 0 +Vcc 0 +Vcc +Vcc 0

Transistor NEN poort V1 V2 Vuit 0 0 +Vcc +Vcc 0 +Vcc 0 +Vcc +Vcc

MOS Transistor Metal Oxyde Semiconductor PMOS, NMOS, CMOS Voordelen: minder plaats op chip verbruiken minder energie compactere minder storend t.o.v. buren schakelingen goedkoper te maken Nadeel: trager

Schakelingen NEN NOF in uit in1 in2 uit in1 in2 uit 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 in1 in2 uit in1 in2 uit 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 NIET Basis-operaties EN OF

Schakelalgebra Logische variabele: waar (1) of onwaar(0) Basisbewerkingen: EN(.), OF(+), NIET( ) Logische functie in n variabelen voorstellen via waarheidstabel A B A  B (XOR) 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A.B + A.B

Schakelalgebra A B A B A.B A.B A.B+A.B AB 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 A A.B A  B B A.B

Schakelalgebra Vereenvoudigingen Wet EN-vorm OF-vorm Identiteit 1.A = A 0+A=A Nulwet 0.A = 0 1+A=1 Idempotentie A.A = A A+A=A Inversie A.A = 0 A + A = 1 Commutatieve A.B = B.A A+B = B+A Distributieve A+B.C = (A+B).(A+C) A.(B+C) = A.B+A.C Absorbtie A.(A+B) = A A+A.B = A De Morgan A.B = A + B A+B = A . B

Schakelalgebra Voorbeeld: OF A B A + B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A.B + A.B + A.B = A.B + A.(B+B) [distributie] = A.B + A.1 [inversie] = A.B + A [identiteit] = (A+A).(B+A) [distributie] = 1.(B+A) [inversie] = B+A [identiteit] A.B + A.B + A.B

Schakelalgebra Elke schakeling kan met uitsluitend NEN-poorten (NOF-poorten) gemaakt worden A A A A.B B A A+B B

Geïntegreerde Schakelingen -O2 smelten ±15cm oxidatie lichtgevoelige laag masker (negatief) + belichting etsbad ontwikkelbad

Geïntegreerde Schakelingen enz. oxidatie dopering tot n/p-type pinnetjes = chips testen verzagen behuizing

Geïntegreerde Schakelingen Classificatie Klasse #poorten SSI Small Scale Integration 1..10 MSI Medium Scale Integration 10..100 LSI Large Scale Integration 100..100.000 VLSI Very Large Scale Integr. > 100.000

Hoofdstuk 2 Elektronica Transistorgeheugens Geheugenmedia Organisatie Bipolaire FLIP-FLOP SRAM en DRAM Leesgeheugens Geheugenmedia Organisatie Snelheid

Bipolaire Flip-Flop Schakeling met 2 stabiele toestanden 1 1 1 1 1 1

Bipolaire Flip-Flop Lezen “0” “1” 1 Bit 1 1 1

Bipolaire Flip-Flop Schrijven 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 “1 schrijven” 1 1 1 1 1 1 1 1 “1 schrijven” “0 schrijven”

= puls = normaal 0, tijdens “schrijven” 1 Bipolaire Flip-Flop 1-bit geheugencel B P = puls = normaal 0, tijdens “schrijven” 1

Transistorgeheugens Matrixstructuur Individuele bits Adresdecodering (selectie van bits) …

SRAM Static RAM Bouwstenen: Bipolaire flip-flops Snelste Duurste Gebruik: CMOS SRAM (batterijvoeding: weinig energie) Voorgeheugens (caches: snelheid)

FET = Field Effect Transistor DRAM Dynamic RAM Bouwstenen: Condensatoren (20 fF = 20 x 10-15 F) Geladen: “1” Ontladen: “0” woordlijn FET FET = Field Effect Transistor bitlijn

DRAM Nadelen: Lezen = destructief (dus herschrijven) Lekstroom (dus opfrissen) 10 ms

Vergelijking Lees Resultaat Lees toegangstijd geheugencyclustijd SRAM DRAM Toegangstijd … 10 ns … 50 .. 150 ns Cyclustijd … 12 ns … 70 .. 250 ns Capaciteit # 100 kbits 16 .. 64 Mbit Resultaat Lees toegangstijd geheugencyclustijd (Herschrijven) (Opfrissen) Uitdoven parasietsignalen Decodering adres Schakeltijd van poorten

Optimisaties Reductie van geheugencyclustijd Geheugenspreiding 2 geheugenmodules EDO (Extended Data Output) Lezen van opeenvolgende woorden SDRAM (Sychronous burst DRAM) Gelijkaardig even adressen oneven adressen

SIMM en DIMM SIMM = Single In-line Memory Module DIMM = Dual In-line Memory Module (2-zijdig)

Leesgeheugens (ROM) ROM = Read Only Memory Verschillende varianten: ROM (bij constructie gevuld) PROM (Programmable ROM) slechts eenmaal beschrijfbaar (speciaal apparaat) EPROM (Erasable PROM) kan gewist worden via UV-licht EEPROM (Electrically EPROM) ter plaatse wissen FLASH: variante van EEPROM (grote blokken wissen) venster

Hoofdstuk 2 Elektronica Centraal Geheugen (RAM) Geheugenmedia Magneetschijven Optische Schijven Magneto-Optische Schijven Magneetbanden/Cassettes Organisatie Snelheid

Magneetschijven Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven

plaat (glas/aluminium) Harde Magneetschijf Fysisch voorkomen holle as plaat (glas/aluminium) 3000 3600 t/min 5400 7200 30 .. 50 cm 3 .. 12 cm < 3 cm magnetiseerbare laag

Harde Magneetschijf Werking lezen schrijven I I 0 0 1 1 0 0 … geleider in bewegend magnetisch veld 5 .. 10 m 0 0 1 1 0 0 … 0,1 .. 0,2 m

Harde Magneetschijf

magnetiseerbare laag 2.5 m Harde Magneetschijf menselijk haar 50 m lees/schrijfkop vlieghoogte 0.5 m rookdeeltje 5 m vingerafdruk 3 m magnetiseerbare laag 2.5 m

Harde Magneetschijf Lees/schrijfkop zweven boven oppervlak (< 1 m) stofvrij zoniet headcrash Winchester-schijven platen + koppen in hermetisch afgesloten doos bij stilzetten: landen op landingszone

Harde Magneetschijf Spoor = { sectoren } sector spoor HD … data … ECC 512b .. 4kb data HD … data … ECC # sectoren / spoor = vast (niet optimaal) of = neemt toe naar buiten 800 ... 2000 sporen/cm spoorbreedte = 10 .. 15 m

Harde Magneetschijf Werking kam lees/schijfkop cilinder = { sporen onder lees/schrijfkoppen voor bep. stand kam }

Harde Magneetschijf

Harde Magneetschijf Lees/Schrijf (CILINDER, KOP, SECTOR) Positioneren (= zoektijd, seektime) spoor-spoor: 1 ms gemiddeld: 10 ms Rotationele wachttijd (= latency time) wachten tot juiste sector onder de kop gemiddeld = ½ toer (4 .. 8 ms) Lezen/Schrijven debiet = 5 .. 30 Mb/s (kortstondig!)

Geperfectioneerde Schijven Hogere Snelheid Hogere Betrouwbaarheid tegen verlies van informatie RAID Redundant Array of Inexpensive Disks Redundant Array of Independant Disks Controller Controller

RAID technologie Data 0 Data 2 Data 1 Data 3 Strip 0 Strip 1 Strip 2 disk striping I/O in parallel Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 ... ... ... … Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 ... ... ... … ... ... ... … RAID 1 disk striping disk mirroring schrijven duurt even lang lezen kan sneller

RAID technologie Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 ... ... ... … ... ... ... RAID 2 Hamming code (4 bits  7 bits) bits in parallel armpositie & rot. positie gesynchroniseerd Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Pariteit ... ... ... … ... RAID 3 Pariteitsbit (4 bits  5 bits) bits in parallel armpositie & rot. positie gesynchroniseerd

RAID technologie Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 P0-3 RAID 4 disk striping pariteits-strip disk crash: herstel 1 strip wijzigen: 2 x Lezen + 2 x Schrijven Strip 4 Strip 5 Strip 6 Strip 7 P4-7 ... ... ... … ... Strip 0 Strip 1 Strip 2 Strip 3 P0-3 RAID 5 = RAID 4 verspreid pariteit strip Strip 4 Strip 5 Strip 6 P4-7 Strip 7 ... ... ... … ...

Soepele Schijven Floppy Disk, Diskette Afmetingen Kop raakt oppervlak Sleet + Warmte Start /Stop: ±½ s

Soepele Schijven

Magneet Schijven Harde Magneetschijf Geperfectioneerde magneetschijven Soepele Schijven Alternatieven: ZIP (100MB/250MB), JAZ (1GB/2GB), SuperDisk (120MB) (Imation) HiFD (100MB) (Sony) ... Drive compatibel met 3.5” FD

Optische Schijven Voorloper: Video-disk (30 cm) Audio CD CD-ROM CD-R CD-RW DVD (DVD-ROM, DVD-R, …)

Audio CD 1980 (Philips & Sony) 12 cm , 1.2 mm dik Informatie Digitaal 16-bit sampling, 44,4 kHz Red Book tot 74 min. muziek

Compact Disc Productie: branden van putjes in glasplaat maken van matrijs persen van CD dunne laag aluminium laklaag label

Compact Disc Afspelen: m.b.v. laser infrarood 0.78 m

Compact Disc

Compact Disc 1: overgang, 0: geen overgang

Compact Disc Spiraal (binnen naar buiten) 22.188 omwentelingen (± 600 per mm) Constante bitstroom 530 T/min  200 T/min = Constant Linear Velocity

CD-ROM 1984 (Philips & Sony) CD voor opslag van data: CD-ROM Compact Disc, Read-Only Memory Compatibel met audio CD Yellow Book Formaat van Data Extra Foutenbescherming

CD-ROM ... Symbool: 8 bits  14 bits 42 symbolen Frame (588 bits) ... 24 data bytes rest: fouten+synch. ... 98 frames 00ffffffffffffffffffff00 min:s:sect:mode Sector Mode 1 Mode 2 H DATA ECC 16 bytes 2048 bytes 288 bytes H DATA 16 bytes 2336 bytes

CD-ROM Foutencontrole: 3 niveaus Per symbool (1-bit fout) Per frame (# opeenvolgende fouten) ev. per sector (Cross Interleaved Reed-Solomon code) Efficientie: 98 x 588 bits = 57.624 bits  2048 x 8 = 16.384 bits

CD-ROM Capaciteit: Debiet: Zoektijd: ±270.000 sectoren (550 MB .. 630 MB) Debiet: 75 sect. / s = 150 kB (mode 1) = 171 kB (mode 2) x2, x4, …, x32, … Hogere snelheden CAV (constant angular velocity) aan binnenzijde Zoektijd: controller: berekening van plaats + zoeken 100 ms

CD-I Compact Disc, Interactive Philips, 1986 Speler verbonden met TV MPEG video, geluid, … Green Book Toepassing: Spelletjes Educatieve programma’s

CD-R Compact Disc, Recordable 1989 WORM, Write-Once, Read Many Groef met sinusoidale rand (snelheid) Uitzicht: Goudkleurig i.p.v. zilverkleurig Label Beschermlaag Reflecterende Au-laag Doorzichtige Kleurstof Substraat 1.2 mm

CD-R Schrijven: Lezen: Beschrijven: Laser: Hoog vermogen (verkleuring) Laser: Laag vermogen (donkere plek: minder reflectie) ook te lezen op gewone CD-ROM lezen Beschrijven: in een continue operatie beschrijven, zonder stoppen

CD-R Orange Book Toepassing: Piraterij! CD-R CD-ROM/XA (incrementeel beschrijven) Toepassing: PhotoCD Backup Piraterij! verkeerde lengte, verkeerde ECC, …

CD-RW Compact Disc, ReWritable Zoals CD-R, kleurstof vervangen door legering twee stabiele toestanden: kristallijn & amorf

CD-RW Schrijven: Lezen: Duurder dan CD-R (kan niet gewist!) Laser: hoog vermogen legering smelt, koelt af tot amorf Laser: medium vermogen legering omgezet naar kristallijn Lezen: Laser: laag vermogen kristallijn: veel reflectie amorf: weinig reflectie Duurder dan CD-R (kan niet gewist!)

DVD Digital Video Disk, Digital Versatile Disk Zelfde formaat CD-ROM (120 mm schijf) Capaciteit: 4.7 GB Debiet: 1.4 MB/s CD DVD

DVD Compressie: MPEG-2 (4 Mbps) Audio Films afhankelijk van detail & hoeveelheid beweging Audio 24-bit sampling, 96 kHz DigitalSurround (5 kanalen + 1 subwoorfer-kan.) Films meerdere talen (<= 8) + ondertiteling meerdere verhaallijnen (te selecteren) meerdere gezichtspunten kinderslot

DVD 4 Formaten: single-sided, single-layer 4.7 GB single-sided, dual-layer 8.5 GB double-sided, single-layer 9.4 GB double-sided, dual-layer 17 GB Semi-reflectieve laag Aluminium reflector

Magneto-Optische Schijven Legering Boven Curiepunt (Tc): magnetisatie wijzigen Onder Curiepunt: magnetisatie bevroren Schrijven: Lezen: Kerr effect Concentrische sporen, sectoren, CAV Verwijderbaar medium, vaak 5.25” laser laser polarisatie B

Magneto-Optische Schijf

Magneetbanden Spoel-tot-spoel 1”, 1/2” breed, 2400 ft lang capaciteit: … 180 MB ... 9 sporen (1 byte + pariteit) lees en schrijf koppen

Magneetbanden Blokken van variabele lengte hiaat (½ - 1”): start/stop dichtheid: 1600 B/duim, 6250 B/duim debiet: tot 3 MB/s terugspoelen: 50 s tot 3 min hiaat

Cassettes

Cassettes Cartridge vaak streaming mode blokken van ½kB .. 1 kB met heel klein hiaat backup: data compressie (tot 2 x zoveel op tape) 28 .. 144 sporen vaak serieel beschreven (serpentine recording)

Cassettes Types ½” cartridge ¼” cartridge (QIC) vooral op PCs 4 GB .. 35 GB 1 MB/s .. 5 MB/s ¼” cartridge (QIC) vooral op PCs 400 MB .. 4 GB 125 kB/s .. 1.5 MB/s heel veel incompatibele formaten

Cassettes Types (helical scan) 8 mm (videoband) 4 mm (DAT) 3 GB .. 25 GB 500 kB/s .. 6 MB/s 4 mm (DAT) 2 GB .. 12 GB 50 kB/s .. 1 MB/s

Massageheugens JukeBox met CDs Speciale Cassette lader 200 CDs 20 Cassettes

Hoofdstuk 2 Geheugenmedia Organisatie Snelheid Bussen Pijplijnen Voorgeheugens Snelheid

Harde Schijf Bestuurder Bussen Transport van gegevens tussen lokaties serieel vs parallel (8, 16, 32, 64, …) Implementatie punt-tot-punt verbinding (duur!) gemeenschappelijke verbinding (bus) RAM ... CPU Video Bestuurder Harde Schijf Bestuurder CD-ROM Bestuurder

Bussen Verschillende lijnen Voorbeelden Adressen Gegevens Controlesignalen (Opdrachten) Voorbeelden (E)ISA (Extended Industry Standard Architecture) PCI (Peripheral Component Interconnect) ...

Bussen ... RAM PCI bridge CPU SCSI bus PCI bus ISA bridge ISA bus SCSI Schijf SCSI Bestuurder Video Bestuurder PCI bus ISA bridge Geluid kaart Drukker Bestuurder Modem ISA bus ...

Interne bussen Registers Rekeneenheid

Bussen Bus breedte # adreslijnen # datalijnen 20 lijnen: max. 1M (PC/XT) 24 lijnen: max. 16 M (ISA) 32 lijnen: max. 4G (EISA/PCI) 64 lijnen: max. 16 E (PCI) # datalijnen 8, 16, 32, 64 lijnen ev. 32 bits ophalen over 8-bit bus = 4 x lezen multiplexed bus: adres/datalijnen gemeensch.

Bussen Participanten  +    Meester = apparaat dat comm. initieert CPU, DMA-apparaat, ... Slaaf = andere partij geheugen, ... RAM CPU  +  Lees xyz  = Bus cyclus  Data

Bussen Werking: Bus Protocol: Synchroon Asynchroon Hoe bus werkt op kadans van een klok bus cyclus = geheel # klokcycli ISA (8.33 Mhz), PCI (33 MHz/66MHz) Asynchroon bus toegang slechts zo lang als nodig Bus Protocol: Hoe bus werkt Hoe “meester” worden, Welke signalen + Timing ...

Synchrone Bus MIN MAX ADRES DATA MREQ READ WAIT (Geheugen)

Bus Arbitratie Hoe “meester” worden Gecentraliseerd Gedecentraliseerd schakeling in CPU, aparte arbiter chip, … Gedecentraliseerd aanvraag Arbiter OK OK NOK NOK App. 1 App. 2 App. 3 App. 4

Bus Cycli Lees cyclus Schrijf cyclus Block transport Meester: Lees xyz Slaaf: Data Schrijf cyclus Meester: Schrijf data xyz Slaaf: OK Block transport Meester: Lees xyz ... Slaaf: Data, data, ... Lees/Wijzig/Schrijf cyclus Meester: Lees xyz Slaaf: Data Meester: Schrijf Data* xyz Slaaf: OK Interrupt cyclus ...

Pijplijnen Soort lopende band in processor HIA.w R1,10 OPT R1,100 BIG R1,2(R3+) LEZ DRU Analyseer HIA.w R1,10 OPT R1,10 BIG R1,2(R3+) LEZ RAM Voer uit Haal operand op Bereken adres DRU

Pijplijnen Complex! Indexatie sprongbevelen voorspellen, meerdere pijplijnen Compiler: herordenen van instructies inlassen van NOP HIA.w R1,10 OPT R3,100 BIG R1,2(R3+) LEZ DRU

Voorgeheugens RAM relatief traag t.o.v. CPU Extra snel voorgeheugen (cache memory) RAM CPU cache SRAM Kopie van gedeelte van RAM DRAM

Voorgeheugens  RAM CPU  a    RAM CPU  b  Lees a in VG? JA! Lees b in VG? NEE! CPU  b 

Voorgeheugens Lokaliteitsprincipe Voorgeheugen lokaliteit in tijd x nodig op tijd t  x nodig op tijdstip t+dt lussen, tussenresultaten lokaliteit in ruimte x nodig op tijdstip t  x+dx nodig op tijdstip t+dt programma’s, rijen, velden van records, … daarom: lijnbreedte (8 bytes, 16 bytes, …) Voorgeheugen 90% .. 98% succes!

Voorgeheugens Ontwerpkeuzen: grootte (16 kB, 32 kB, … 512 KB, …) lijnbreedte (8B, 16B, 32B, …) hoeveel tegelijk ophalen uit RAM hoe georganiseerd gemeenschappelijk VG versus gescheiden VG voor data en instructies aantal voorgeheugens (1, 2 of meer)

Voorgeheugens Organisatie direct afgebeeld voorgeheugen elk RAM “lijn” heeft vaste plaats in het VG tag duidt aan over welke geheugen-lijn het gaat (de meest beduidende bits van het adres) associatieve voorgeheugens een RAM lijn kan om het even waar in het VG tag duidt aan over welke geheugen-lijn het gaat associatief: alle tags tegelijk vergelijken!

Voorgeheugens Direct afgebeeld voorgeheugen tag VG =? adres RAM

Voorgeheugens Associatieve Voorgeheugens tag VG =? adres RAM Tegelijk vergelijken! VG =? adres RAM

Voorgeheugens Schrijven in VG wegschrijven doorheen het VB onmiddellijk hoofdgeheugen aanpassen uitgesteld wegschrijven alleen in VG aanpassen, pas later in hoofdgeheugen schrijven als niet in VG alleen in hoofdgeheugen eerst in VG brengen

Voorgeheugens Performantie ??? Kostprijs ??? Toegangstijden: TRAM, TVG Succesratio: s Gemiddeld: TG = s * TVG+ (1-s) * TRAM Voorbeeld: TRAM= 100 ns TVG = 10 ns s = 95% Tgem = 0.95 * 10 + 0.05* 100 = 9.5 + 5 = 14.5 ns Kostprijs ??? Capaciteiten: CRAM, CVG Prijs: KRAM, KVG Totaal: K = CRAM* KRAM+ CVG * KVG Voorbeeld: CRAM = 128 MB KRAM = 250 BEF/MB CVG = 128 kB KVG = 16.000 BEF/MB K = 128 * 250 + 16.000/8 = 32.000 + 2.000 = 34.000 7 x sneller, slechts 6 % duurder

Voorgeheugens Meerdere niveaus RAM Cache L2 CPU Cache L1 16 kB 512 kB 128 MB

Hoofdstuk 2 Geheugenmedia Organisatie Snelheid MIPS MFLOPS Experimenteel testen

Snelheid MIPS MFLOPS Merk Op: Million Instructions Per Second Million Floating Point Instructions Per Second Merk Op: niet alle instructies even veel tijd! niet alle instructie-sets even uitgebreid niet altijd uitgebreide datatypes MIPS/MFLOPS = relatieve maat binnen computerfamilie

Snelheid Experimenteel testen Gebruikersstandpunt Standaard testen Whetstone: tech. wetenschappelijke programma’s Dhrystone: zonder bewegende komma operaties SPEC: { programma’s van verschillende constructeurs } Gebruikersstandpunt Responstijd = tijd eerste resultaat - tijd opdracht ingegeven Verblijftijd = tijd afgewerkt - tijd opdracht ingegeven Doorvoer = # afgewerkte programma’s / tijdseenheid