งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

Chapter 2 Computer Evolution and Performance. ประเด็นสำคัญ วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์และประสิทธิภาพ พิจารณาจาก - การเพิ่มความเร็วในการทำงาน CPU - การลดขนาดของอุปกรณ์ประกอบ.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "Chapter 2 Computer Evolution and Performance. ประเด็นสำคัญ วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์และประสิทธิภาพ พิจารณาจาก - การเพิ่มความเร็วในการทำงาน CPU - การลดขนาดของอุปกรณ์ประกอบ."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 Chapter 2 Computer Evolution and Performance

2 ประเด็นสำคัญ วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์และประสิทธิภาพ พิจารณาจาก - การเพิ่มความเร็วในการทำงาน CPU - การลดขนาดของอุปกรณ์ประกอบ - การเพิ่มปริมาณหน่วยความจำ - การเพิ่มขีดความสามารถในการจัดเก็บข้อมูล IO - ความเร็วในการทำงาน

3 ประเด็นสำคัญ ( ต่อ ) องค์ประกอบที่มีความสำคัญยิ่งอย่างหนึ่งที่มีผลกระทบ โดยตรงต่อความเร็วในการทำงานคือ การลดขนาดของ ส่วนประกอบไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งช่วยลดระยะทาง ระหว่างส่วนประกอบลง จึงทำให้ เร็วยิ่งขึ้น แต่อย่างไรก็ตามความเร็วที่แท้จริงก็มากจาก Organization ของ CPU ซึ่งได้นำเอาเทคนิคต่างๆ มา ช่วยเช่น Pipeline, Parallel processing,

4 ประเด็นวิฤติสำหรับการออกแบบ คอมพิวเตอร์ คือการทำให้ความสมดุลระหว่างองค์ประกอบต่างๆ โดยจะไม่เพิ่มประสิทธิภาพด้านใดด้านหนึ่งส่งผลให้ ประสิทธิภาพด้านอื่นลดลง เช่น ความเร็วในการ ประมวลผลข้อมูลของ CPU จะสูงมากในขณะที่ ความเร็วในการอ่าน-เขียน ข้อมูลที่หน่วยความจำ เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย จึงได้มีการนำเอาเทคนิคต่างๆ มาใช้เพื่อช่วยลดความไม่สมดุลนี้ลงได้แก่ การนำเอา cache มาช่วยนั่นเอง

5 เครื่องจักร von Neumann/Turing กระบวนการป้อน และแก้ไขโปรแกรมสำหรับเครื่อง คอมพิวเตอร์ในยุคต้นๆ เป็นเรื่องที่ยุ่งยากมาก ดังนั้นจึง มีกระบวนการที่เหมาะสมคือ เอาคำสั่งจากการอ่านมา เก็บไว้ในหน่วยความจำ และทำการเปลี่ยนแปลงหรือ แก้ไขโปรแกรมก็สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนค่าที่ เก็บอยู่ในหน่วยความจำ แนวความคิดนี้รู้จักกันในชื่อของ Stored-Program Concept

6 เครื่องจักร von Neumann/Turing In 1946 von Neumann began new stored program computer,referred to as the IAS computer (ในปี 1946 Von Neumann ได้เริ่ม ออกแบบคอมพิวเตอร์ตามแนวความคิดใหม่ ซึ่งตั้งชื่อ ว่า IAS) Main memory storing programs and data ALU operating on binary data Control unit interpreting instructions from memory and executing Input and output equipment operated by control unit Completed 1952

7 Structure of von Neumann machine

8 IAS - details 1000 x 40 bit words (Memory ของ ISA ประกอบด้วย 1000 ตำแหน่ง และแต่ละ word มีขนาด 40 bit) data and instruction ถูกเก็บไว้ในที่นี่นั่นเอง 40 bit แยกเป็น สองส่วนคือ Left Instruction และ Right Instruction โดยแต่ละชุดคำนั่งจะมี 8 bit แรก เป็น Instruction set Control Unit จะทำการควบคุมการ Fetching instruction (อ่านคำสั่งจากหน่วยความจำ )จาก memory และ executing

9 รูปแบบ instruction set architecture

10 IAS - details Set of registers (storage in CPU) (ที่เก็บข้อมูล ชั่วคราวหรือเป็นหน่วยความจำย่อยของ CPU ไม่ได้อยู่ ใน Ram แต่อยู่ใน CPU ข้อมูลที่เก็บไว้ใน Register นั้น CPU สามารถจะนำมาคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้) IAS มี Register ภายในดังนี้ —Memory Buffer Register (MBR) เก็บ data จาก memory มาไว้หน่อยความจำชั่วคราวใน CPU —Memory Address Register (MAR) เป็นตัวชี้ตำแหน่งใน หน่วยความจำ(เก็บที่อยู่ของข้อมูลที่จะถูกอ่านเข้ามาที่ MBR) —Instruction Register (IR) ประกอบด้วย 8 bit เก็บ ชุดคำสั่งที่จะทำการ executed.

11 IAS - details —Instruction Buffer Register (IBR) ทำหน้าที่จัดเก็บ คำสั่ง 20 bit ทางฝั่งขวาของแต่ละ Word เพื่อรอการ ประมวลผล (เก็บข้อมูลชั่วคราว) —Program Counter (PC) เก็บตำแหน่งถัดไปใน memory หรือพูดง่ายๆ เป็นตำแหน่งของชุดคำสั่ง ถัดไปใน memory —Accumulator (AC) and Multiplier Quotient (MQ) เป็น ตัวเก็บข้อมูลก่อนจะไปประมวลผล หรือเก็บผลลัพธ์ หลังการประมวลผลที่ ALU

12 Structure of IAS – detail

13 Instruction Set มีทั้งหมดอยู่ 21 คำสั่ง - การเคลื่อนย้ายข้อมูล(Data Transfer) เคลื่อนย้ายข้อมูล ระหว่างหน่วยความจำกับ Register ของ ALU หรือ เคลื่อนย้าย ข้อมูลระหว่าง Registerใน ALU ด้วยกันเอง - การย้านตำแหน่งคำสั่งที่จะประมวลผลโดยไม่มีเงื่อนไข (Unconditional Branch) - การย้ายตำแหน่งคำสั่งที่จะประมวลผลอย่างมีเงื่อนไข (Conditional Branch) - คำสั่งทางคณิตศาสตร์ (Arithmetic) - การเปลี่ยนแปลงที่อยู่ (Address Modify) ยอมให้ตำแหน่ง ของข้อมูลที่ต้องการนั้นถูกคำนวณมาจากหน่วย ALU แล้วจึงใส่ เข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของคำสั่งที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำ วิธีนี้ ช่วยให้เกิดความคล่องตัวในการอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ใน หน่วยความจำ

14 Generations of Computer Vacuum tube ( หลอดสุญญากาศ ) Transistor Transistor มีขนาดเล็กกว่าหลอด สุญญากาศมาก และมีการแผ่นความร้อนออกมาในขณะใช้งาน น้อยกว่าหลอดสุญญากาศมาก สามารถแทนได้อย่างดี Small scale integration (SSI) on —Up to 100 devices on a chip Medium scale integration (MSI) - to 1971 —100-3,000 devices on a chip Large scale integration (LSI) —3, ,000 devices on a chip Very large scale integration (VLSI) to date —100, ,000,000 devices on a chip Ultra large scale integration —Over 100,000,000 devices on a chip

15 Moore ’ s Law Increased density of components on chip Number of transistors on a chip will double every year Since 1970 ’ s development has slowed a little —Number of transistors doubles every 18 months Cost of a chip has remained almost unchanged(ราคาของ chip แทบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลยตลอดช่วงเวลาการเติบโต อย่างรวดเร็ว แสดงว่า ราคาอุปกรณ์คอมได้ลดลงอย่างมาก) Smaller size gives increased flexibility(ส่วนประกอบใน chip ถูกวางใกล้ชิดกันมากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ทางเดินสัญญาณสั้นลง มี ผลให้ความเร็ซในการทำงาน chip เพิ่มขึ้น Reduced power and cooling requirements Fewer interconnections increases reliability

16 Growth in CPU Transistor Count

17 Intel —First microprocessor —All CPU components on a single chip —4 bit Followed in 1972 by 8008 —8 bit —Both designed for specific applications —Intel ’ s first general purpose microprocessor

18 Speeding it up Pipelining On board cache On board L1 & L2 cache Branch prediction Data flow analysis Speculative execution

19 DRAM and Processor Characteristics

20 Trends in DRAM use

21 Pentium Evolution (1) 8080 —first general purpose microprocessor —8 bit data path —Used in first personal computer 8086 (8086 และ 8088 เป็น cpu คู่เหมือน) —16 bit มี address bus ขนาด 20 เส้น อ้าง address ของ หน่วยความจำได้ถึง 1 Mbyte —Data bus มี 8 เส้น ดังนั้นการรับส่งข้อมูลต้องกระทำ 2 ครั้ง ครั้ง ละ 8 bit —8088 (8 bit external bus) เนื่องจากในขณะนั้นอุปกรณ์ต่าง ๆ โดยมากเป็นอุปกรณ์ขนาด 8 บิต บริษัท Intel จึงได้ผลิต ไมโครโปรเซสเซอร์ 8088 ซึ่งมีสถาปัตยกรรมภายในเหมือน 8086 แต่มีการติดต่อกับระบบภายนอกเป็นแบบ 8 บิต —ในการอ้าง address ของอุปกรณ์ port i/o จะใช้เพียง 16 เส้น ทำให้ cpu สามารถอ้าง address ของ port i/o ได้ 64k port

22 Pentium Evolution (1) — ผลิต 1983 ระบบบัส 16 บิต — มี Address bus 24 เส้น อ้างหน่วยความจำได้ถึง 16 Mbyte — 16 Mbyte memory addressable —มีโครงสร้างภายใน Register, Data Bus, Address Bus เป็นแบบ 32 bit —อ้างหน่วยความจำได้ 4 Gbyte —Support for multitasking —Have Good management Memory and Visual Memory —มีความสามารถในการมาตรฐานของชุดคำสั่ง รุ่นนี้ยังคงใช้เป็น มาตรฐานอยู่จนถึงปัจจุบันนี้ เช่น Windows 95 ยังสามารถนำมา ทำงานได้บนหน่วยประมวลผลรุ่นนี้ แต่จะทำงานได้ช้ามากเท่า นั้นเอง

23 Pentium Evolution (2) —มี cache ขนาด 8 kbyte อยู่ในตัว CPU —Data Bus, Address bus, Register เป็นแบบ 32 บิต —อ้างหน่วยความจำได้ 4 Gbyte —built in maths co-processor (เพิ่มหน่วยประมวลผลเลข ทศนิยมเข้าไป) ทำให้ประมวลผลได้เร็วกว่าเดิม Pentium(penta มีค่า=5 และ tium คือโลหะบริ สุทธ์) รวมกันคือ ชิปโลหะบริสุทธิ์ในยุคที่ 5 —มีสถาปัตยกรรมแบบใหม่คือ Superscalar —Multiple instructions executed in parallel —Increased superscalar organization —มีการเพิ่มความสามารถในการประมวลผลให้สูงขึ้น โดยใช้ เทคโนโลยีต่าง ๆ เช่นการประมวลผลแบบไปป์ไลน์ การ ประมวลผลแบบซูเปอร์สเกลาร์ เป็นต้น

24 Pentium Evolution (3) Pentium II —MMX technology —graphics, video & audio processing Pentium III —Additional floating point instructions for 3D graphics Pentium 4 —Note Arabic rather than Roman numerals —Further floating point and multimedia enhancements Itanium —64 bit —see chapter 15

25 การทำงานของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากคอมพิวเตอร์ปัจจุบันเป็นคอมพิวเตอร์ แบบ von Neumen’s Machine หรือเป็น Stored- Program Computer กล่าวคือเป็นเครื่องจักรที่ ทำงานตามขั้นตอนของคำสั่งหรือโปรแกรมที่มนุษย์ คิดไว้ และนำโปรแกรมนั้นไปเก็บในรูปแบบของ ไฟล์ในดิสก์ คอมพิวเตอร์ก็อ่านโปรแกรมไปเก็บไว้ ในหน่วยความจำเพื่อให้หน่วยประมวลผลกลางหรือ CPU มาอ่านคำสั่งไปทำงานทีละคำสั่ง โดยเริ่ม ตั้งแต่คำสั่งแรกไปจนจบโปรแกรม ดังนั้น เพื่อที่จะให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่าง ถูกต้องตั้งแต่เริ่มเปิดไฟเข้าสู่เครื่องจนถึงสั่งปิดไฟ จึงต้องมีการแบ่งโปรแกรมและหน่วยความจำ ออกเป็นหลาย ๆ ระดับ โดยส่วนของโปรแกรมจะ ประกอบด้วย 1. Bootstrap Loader, 2. BIOS, 3. Operating System (OS) 4. Application Program

26 ส่วนย่อยการทำงานของคอมพิวเตอร์ 1. Bootstrap Loader เป็นโปรแกรมที่ทำงานตั้งแต่เริ่มเปิดไฟเข้าสู่ เครื่อง ทำการ reset วงจรต่าง ๆ ในคอมพิวเตอร์ ทำการตรวจหาอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีอยู่ใน คอมพิวเตอร์และตรวจสอบการทำงานของแต่ละ อุปกรณ์ เมื่อเรียบร้อยแล้วจึงส่งการทำงานให้ BIOS 2. BIOS (Basic Input Output System) ทำงานปรับตั้งอุปกรณ์ต่างๆ เช่น แป้นพิมพ์ เมาส์ เครื่องพิมพ์ จอภาพ เป็นต้นให้สามารถ ทำงานต่อไปได้อย่างถูกต้อง เมื่อทำงานปรับตั้ง เสร็จแล้วจึงตรวจหาโปรแกรมระบบปฎิบัติการ (OS) ที่ติดตั้งไว้ในฮาร์ดิสค์ เมื่อพบ OS แล้วจึง อ่านโปรแกรมของ OS เข้ามาไว้ในหน่วยความจำ แล้วส่งการทำงานของเครื่องต่อให้ OS ต่อไป

27 ส่วนย่อยการทำงานของคอมพิวเตอร์ 3. ระบบปฎิบัติการ (OS) ทำหน้าที่เป็นแม่บ้านของคอมพิวเตอร์ โดยจะควบคุมการ ทำงานของเครื่องอยู่ตลอดเวลาที่ยังไม่มีการปิดเครื่อง โดยจะ คอยตรวจสอบความถูกต้องในการทำงานต่างๆ อยู่เสมอ ถ้าการ ทำงานเรียบร้อยดีก็จะแสดงเครื่องหมาย Prompt รอรับคำสั่งจาก ผู้ใช้เครื่อง ( ในกรณีของ DOS) หรือแสดงไอคอมของโปรแกรม ต่างๆ รอให้ผู้ใช้เครื่องดับเบิลคลิ๊ก ( ในกรณีของ Windows) เพื่อ สั่งรันโปรแกรมประยุกต์ (Application Program) อันใดอันหนึ่ง จึงจะไปตรวจหาส่วนโปรแกรมของโปรแกรมประยุกต์นั้นในฮาร์ ดิสค์ ถ้าพบจึงอ่านโปรแกรมเข้ามาไว้ในหน่วยความจำ แล้วส่ง การทำงานของเครื่องต่อให้แก่โปรแกรมประยุกต์ต่อไป โดย OS ยังคอยควบคุมการทำงานอยู่ด้วย โดยถ้ามีข้อผิดพลาดในการ ทำงานเกิดขึ้น OS จะเข้าควบคุมการทำงานของเครื่องเพื่อไม่ให้ เครื่องมีการ Hanged และผู้ใช้เครื่องสามารถสั่งงานอย่างใด อย่างหนึ่งต่อไปได้ แต่ถ้าโปรแกรมประยุกต์นั้นไม่มีข้อผิดพลาด สามารถทำงานไปจนเสร็จก็จะส่งการทงานคืนให้แก่ OS เพื่อเข้า ควบคุมเครื่องรอคำสั่งต่อไปจนกว่าจะปิดเครื่อง

28 ส่วนย่อยการทำงานของคอมพิวเตอร์ 4. โปรแกรมประยุกต์ เป็นโปรแกรมสำหรับทำงานอย่างใดอย่าง หนึ่งตามที่ผู้ใช้เครื่องต้องการ เช่น Word Processor, Access, CAD เป็นต้น

29 การจัดการหน่วยความจำ สำหรับทางด้านการจัดการหน่วยความจำ เนื่องจากหน่วยความจำจะเป็นที่เก็บของ โปรแกรม OS และโปรแกรมประยุกต์ ซึ่งจะถูก อ่านเข้ามาวางไว้เฉพาะเมื่อจะมีการทำงาน ส่วน Bootstrap Loader และ BIOS นั้นจะต้องมีวางไว้ใน หน่วยความจำเสมอ ทั้งในเวลาที่เครื่องปิดและ เปิด เพื่อไม่ให้มีการลบหายไปเมื่อเครื่องปิด ดังนั้นโปรแกรมสองส่วนนี้จึงต้องเก็บไว้ใน หน่วยความจำชนิด Read Only Memory (ROM) และโปรแกรมสองส่วนนี้เรียกเป็น Firmware สำหรับโปรแกรมส่วนของ OS และโปรแกรม ประยุกต์นั้นเนื่องจากถูกอ่านเข้ามาวางใน หน่วยความจำเฉพาะเมื่อทำงานจึงเรียกเป็น Software และจัดเก็บลงในหน่วยความจำชนิด _Random Access Memory (RAM) ดังนั้น หน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์จึงประกอบ ขึ้นด้วยหน่วยความจำสองชนิดคือ ROM และ RAM ดังแสดงในรูป

30 การจัดการหน่วยความจำ

31 Internet Resources (See Intel web pages for detailed information on processors) —Search for the Intel Museum Charles Babbage Institute PowerPC Intel Developer Home


ดาวน์โหลด ppt Chapter 2 Computer Evolution and Performance. ประเด็นสำคัญ วิวัฒนาการของคอมพิวเตอร์และประสิทธิภาพ พิจารณาจาก - การเพิ่มความเร็วในการทำงาน CPU - การลดขนาดของอุปกรณ์ประกอบ.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google