BİLGİSAYAR MİMARİLERİ 1.Hafta: Bilgisayar Mimarisine Giriş Doç.Dr. Ahmet ÖZMEN Sakarya Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Yararlanılan kaynaklar: D.A. Patterson, J.L. Hennessy sunumları

Kaynaklar Computer Organization & Design The Hardware and Software Interface David A. Patterson , John L. Hennessy Computer Architecture: A Quantitative Approach Computer Architecture, Single and Parallel Systems Mehdi R. Zargham Computer System Architecture M. Morris Mano

Ders Planı Tarihçe Ölçme ve Değerlendirme Bilgisayar Mimarisi Konuları Dersle İlgili Alanlar Dersin çıktıları, Ders Planı Bilgisayar Mühendisliği Metodolojisi Ölçüm Araçları Performans (Başarım) Amdahl Kuralı CPU performansını etkileyen unsurlar

Tarihçe Bilgisayarları sınıflandırma: Mainframe, Süper bilgisayar, Mini-süper bilgisayar, Mini bilgisayar, İş istasyonu, Kişisel bilgisayar, Taşınabilir bilgisayarlar, Çok işlemcili sistemler.

Tarihçe (devam) Performans Fiyat İşlevsellik Bilgisayar performansı yaklaşık olarak 18 ayda 2 kat artıyor. Fiyat Yıllık fiyat-performans artışı yaklaşık %70. İşlevsellik Network ve yerel iletişim teknolojilerinin artışı Kapasite Hız (gecikme) Lojik Devreler 3 yılda 2 kat DRAM 3 yılda 4 kat 10 yılda 2 kat Disk

Ölçme ve Değerlendirme Mimari çalışma iteratif bir süreçtir: Mümkün olan tüm tasarımlar ilgili alanlarda araştırılır Bilgisayar sistemlerinin tüm katmanlarında araştırmalar devam eder.

Bilgisayar Mimarisi Konuları

Dersin Çıktıları Geleceğin bilgisayarlarının nasıl olacağını belirleyen aşağıdaki unsurları anlamaktır: Bilgisayar tasarım teknikleri, Bilgisayar alt birimlerinin yapısal detayları, Teknoloji faktörü, Ölçme ve değerlendirme metotları

Dönem Ders Planı Bilgisayar mimarisine giriş, Bilgisayar bileşenleri Bellek hiyerarşisi Ön bellek kavramı ve tasarımı Ön bellek haritalama yöntemleri Sanal bellek Komut kümesi mimarileri Pipeline yapılar Paralel sistemler

Bilgisayar Mühendisliği Metodolojisi Teknolojik Eğilimler Mevcut sistemlerin problemlerini analiz etme Yeni tasarım ve organizasyonların simüle edilmesi Sonraki jenerasyonun gerçeklenmesi Gerçekleme karmaşıklığı Benchmarklar İş yükleri

Ölçüm Araçları Benchmark’lar: Donanım: Simülasyonlar (benzetim): İcra izleri ve komut dağılımları (trace and instr. mixes) Donanım: Fiyat, gecikme, kullanılan alan miktarı, güç tüketimi Simülasyonlar (benzetim): Komut kümesi seviyesi, saklayıcı seviyesi, kapı seviyesi, devre seviyesi Kuyruk teorileri Temel kurallar Tecrübeler

Performans (Başarım) Bir işi tamamlarken geçen süre: İcra süresi, cevap süresi, gecikme vs. Bir günde, saatte, dakikada, saniyede yapılan iş, Throughput, band genişliği vs.

Performans (Başarım) X makinesi Y makinesinde n defa daha hızlıdır derken: Concorde’a karşılık Boeing 747’nin hızı, Boeing 747’nin throughput’una karşılık Concorde’un throughput’u.

Amdahl Kuralı Bir sistemin E kısmında iyileştirmeden dolayı hızlanma: E iyileştirmesi, eski sistemi S kadar hızlandırsa ve tüm işin içinde F oranı kadar uygulanmış olsa:

Amdahl Kuralı (devam) Örnek: Kayar noktalı aritmetik birimi 2 kat hızlandırılsa, fakat tüm komutların ancak %10’u kayar noktalı aritmetik olsa toplam hızlanma ne kadar olur?

CPU Performansını Etkileyen Unsurlar

Komut Başına Saat Çevrimi Ortalama komut başına saat çevrimi (CPI: Clock cycle per instruction): Komut frekansı:

Örnek CPI hesabı Ortalama CPI = 1.5