Entсo, o que ж a arquitetura do computador? Arquitetura de computadores, estamos tentando
tomar um aplicativo, ou algo que um humano quer fazer, assim, por exemplo,
calcular uma planilha, reproduzir um vьdeo jogo, jogar algum tipo de mЩsica, e nзs queremos
para descobrir como mapeр-lo para baixo para fьsica.
Entсo, o que queremos dizer com fьsica aqui? Bem, a fьsica ж, nзs temos no mundo em que
tem partьculas e eles saltam ao redor, eles interagem, temos fзtons saltando
ao redor do mundo, e nзs precisamos de alguma forma traduzir o que os humanos querem fazer no que
a fьsica pode fazer. E um dos maiores problemas com isto ж, esta
ж uma lacuna muito grande. Assim como vocЖ, ir de aplicativo
diretamente para a fьsica? VocЖ fьsica saltando em torno da
mundo. VocЖ tem sistemas mecРnicos.
E sem algum nьvel de abstraусo, ж muito difьcil ir a partir da aplicaусo
diretamente para a fьsica. Agora, no sentido mais amplo, o que o computador
arquitetura estр tentando fazer ж que ж tentar chegar com a abstraусo e
as camadas de implementaусo. Que sсo necessрrias para ser capaz de ultrapassar esta
gap. Entсo, vamos colocar um monte de diferente
camadas aqui. E fazendo camadas menores de abstraусo
e as camadas de menores, nзs vamos ser capazes para resolver estes problemas de subconjuntos e nсo
tem que mudar tudo aqui no meio, apenas um.
Vamos dizer que as mudanуas fьsica ou o aplicaусo muda um pouco, nзs estaremos
capaz de reutilizar muito do trabalho que temos feito ao longo do caminho.
E arquitetura de computadores ж o estudo da essas camadas, e descobrir como tirar
a fьsica e transformр-lo em aplicaушes que os seres humanos querem.
Agora. Eu queria ressaltar que no natural
mundo, ж bastante desafiador diretamente saltar de aplicaусo para a fьsica, mas
hр alguns exemplos. Assim, o exemplo que eu queria trazer
na verdade, ж a bЩssola. A bЩssola ж um dispositivo pequeno nifty que
leva diretamente fьsica e ж empurrado para cima em um aplicativo.
Mas hр muito poucos outros exemplos. Eu acho que o livro ж um exemplo disso, mas tudo bem
caso contrрrio as pessoas construir lotes de abstraусo camadas entre aqui.
E uma outra coisa que eu queria salientar aqui ж que estamos tentando de forma eficiente
usar tecnologias de manufatura. Entсo, o que eu quero dizer com isto ж, quando a fьsica
mudanуas, ou passamos para menor transistores, ou passamos de, vamos dizer,
silьcio de arsenieto de gрlio ou alguma outra tecnologia de implementaусo, que muda
a camada inferior aqui, mas queremos ainda ser capaz de reutilizar um monte do outro
trabalho que temos feito ao longo dos anos. Entсo, vamos dar uma olhada nas abstraушes
em sistemas de computaусo dos dias modernos. Comeуamos aqui, fьsica.
Temos leis fьsicas fundamentais de como partьculas interagem, e mover-se para
dispositivos. Entсo, o que eu quero dizer com dispositivos?
Temos de transistores, e podemos construir de diferentes tipos de transistores.
Mosfets, BJTs, podemos construir outro, outro tipos de FETs, e nзs comeуamos a construir
circuitos, circuitos maiores fora disso, e de aqueles que ir e construir portшes.
E de portas, podemos ir para a RTL, ou linguagem transferЖncia registrado aqui, que
ж uma espжcie de codificaусo nossos Verilog. E entсo comeуamos a entrar em o que este
curso ж sobre, que ж diferentes tipos da arquitetura.
Portanto, nсo hр microarquitetura, que ж como vocЖ vai e realmente construir uma
implementaусo especьfica de um chip. E entсo nзs somos, acima de que temos
arquitetura do conjunto de instruушes, o que dр nos portabilidade alguns em cima disso.
E, entсo, entrar em sistemas operacionais e mрquinas virtuais, linguagens de programaусo,
e algoritmos. E entсo, finalmente, chegar ao algoritmo
o programador da aplicaусo sentado em cima. Assim, neste curso, no computador
arquitetura, estamos sз vai se concentrar neste trЖs camadas mжdias aqui,
arquitetura do conjunto de instruушes, ou o que eu Яs vezes se referem como computador Um grande
arquitetura. Microarquitetura, ou, Яs vezes, o que
as pessoas chamam de organizaусo, da computaусo sistemas.
E, registre linguagem transferЖncia e vamos, nзs tambжm vamos sobrepor um pouco na,
as camadas de abstraусo acima e abaixo aqui.
Entсo, vamos falar um pouco sobre alguns preocupaушes operacionais do sistema e virtuais
preocupaушes mрquina. E vamos falar um pouco sobre como o
tran, a tecnologia e os portшes influencia o sistema de computaусo.
Assim, um ponto importante aqui sobre computador arquitetura ж que estр em constante mudanуa
porque diferentes restriушes e diferentes aplicaушes estсo mudando.
Entсo, as pessoas tЖm novas aplicaушes que venha com.
Eles vЖm com formas, ou as pessoas vЖm-se com diferentes aplicaушes.
Agora quero ter um telefone inteligente. Bem, isso nсo existia 20 anos atrрs.
E este empurra para baixo diferente requisitos e estes diferentes
requisitos realmente sugerir como mudar a arquitetura.
Se vocЖ, por exemplo, quer fazer um monte de processamento de vьdeo que pode realmente
influenciar a sua arquitetura de computador para adicionar instruушes especializadas para fazer
processamento de vьdeo. Da mesma forma as restriушes de tecnologia push-up,
assim como nзs vamos para menor e menor transistores, vamos dizer que o menor e
transistores menores digamos ir mais rрpido, mas os fios ir mais devagar, bem o que estр acontecendo
para influenciar a arquitetura do seu computador. Vezes e muito novas, as novas tecnologias fazem
nova arquitetura possьvel. Entсo, o que eu quero dizer com isso?
Bem, digamos que de repente, vocЖ tem uma grande salto em transistores, vocЖ tem duas vezes mais
transistores. Bem, agora, arquiteturas e micro
arquiteturas que nсo utilizam para fazer sentido, comeуar a fazer sentido, porque vocЖ pode
por exemplo, se encaixam computaусo muito mais em um chip.
E, o que ж, o interessante aqui, ж a de que, a arquitectura do computador nсo ж feito
no vрcuo. Entсo, arquitetura de computadores, na verdade,
fornece feedback acima e abaixo desta pilha de camadas de abstraусo.
Entсo, vai dar retorno, e vai realmente influenciar os rumos da pesquisa
que olha para a tecnologia. E vai influenciar os rumos da pesquisa e
influenciar aplicaушes diferentes que estсo possьvel.
Entсo isso nсo ж feito em um vрcuo, o arquiteto computador realmente fica em um muito
localizaусo chave nesta camada de abstraусo empilhar aqui, porque vocЖ pode empurrar para cima e empurre
para baixo, e vocЖ nсo estр apenas obrigado a trabalhar com o que estр dado, se quiser, a partir de
uma perspectiva tecnolзgica. Mas isso pode levar alguns anos.
Entсo, vamos falar um pouco mais sobre o que esta classe ж a respeito, mas nзs vamos, nзs vamos fazer
que por meio de um pouco de histзria. E para colocar um pouco de Princeton
conexсo aqui, nзs vamos falar computadores em final dos anos 40, inьcio
'50 'S, 19, 1940 e 1950. Entсo, aqui ж realmente uma, uma imagem do
IAS, ou o Instituto de Estudos Avanуados Mрquina, que foi construьda no Instituto
de Estudos Avanуados, que ж talvez cerca de um milha e meia de distРncia de sala de aula.
E ele foi projetado por Jon Von Goyman, e, e para dar um pouco de discernimento
aqui. Ele foi o primeiro movido em Princeton, em 1952,
foi realmente comeуou na dжcada de late'40 e os levou a um par de anos para obter, para
comeуar a trabalhar. E uma das coisas interessantes aqui ж
que esta mрquina ж realmente construьdo de tubos de vрcuo.
Entсo, todo mundo pensa em transistores hoje.
Bem, antes que nзs tivemos transistores tivemos pequenos tubos de vidro que realmente pareciam
como lРmpadas, e dentro dos havia interruptores que podem ser
comutada. Idжia assim, muito semelhante ao que o nosso
transistor pode fazer, mas, em vez vocЖ teve uma evacuados tubo de vidro, e vocЖ teve um pouco
transmissor, que era um tubo de raios catзdicos. E entсo vocЖ tinha um portсo que pode abrir
e estreita para dentro desta. Computadores para que as pessoas estavam construindo longos
antes de transistores, e as pessoas eram pensar sobre arquitetura de computadores longo
antes de transistores. E as pessoas estavam mesmo a pensar
arquitetura de computadores e esses tipos de tecnologias antes mesmo de tubos de vрcuo.
Portanto, nсo havia sistemas eletromecРnicos, um bom exemplo deste fato foi
originalmente em sistemas de telefonia. Eles tinham estes eletromecРnica legal
switches. Entсo, quando vocЖ levar o seu telefone antigo rotativo e
vocЖ espжcie de transformр-lo e, em seguida, ele vai, tick, tick, tick, tick, tick, tick, tick,
tick, tick. O que estр realmente fazendo ж que ж
enviando pulsos que estсo transformando a mecРnico, um braуo mecРnico pouco dentro
de um sistema de revezamento, e as pessoas construьram computadores fora daqueles eletro-mecРnico
relжs. Entсo vocЖ pode ter chaves que por sua vez, mudam
switches, os tipos de idжias similares para transistores.
E antes mesmo que as pessoas tinha olhado construусo de sistemas mecРnicos.
Portanto, nсo hр mecРnicos para mрquinas de somar exemplo.
E agora de dias que, naturalmente, tЖm transistores.
Entсo, foi, em seguida, calcular, nos anos cinquenta e se avanуar para hoje, temos
muito, os computadores parecem muito diferentes. Nesta figura aqui, sabe, essa coisa
tinha o tamanho de um quarto. Muito grande quarto tipo escala de TV, uma pessoa
ж talvez sim alta nesta coisa figura. ╔ uma espжcie, de tamanho normal quarto, mas,
Ainda espжcie de sala de tamanho. Mas hoje nзs temos lotes de diferentes
aplicaушes. E computaусo parece muito diferente.
Entсo, temos o cрlculo, vamos dizer, em pequena sistemas.
Portanto, temos um sensor de pouco-rede, redes e nзs de sensores pequenos
distribuьda. Temos cРmeras de fantasia.
Temos smartphones. Temos mзveis players de рudio e iPods.
Temos laptops, como o meu laptop aqui. Nзs temos auto-dirigir carros, temos grande
servidores, temos Xboxes, e hр muito de variedade agora em quais sistemas de computaусo
parecer. Assim, a influЖncia desta tecnologia,
arquitetura de computadores, tem sido muito, muito larga.
E atж mesmo passar a ver as coisas como roteadores, voar, autЗnomos nсo tripulados
veьculos. Temos GPS, que sсo pequenos computadores
que pode basicamente caber em seu pulso estes dia e dizer-lhe exatamente onde vocЖ estр.
E livros, tablets, set-top boxes e os lista vai sobre e sobre e sobre.
E o que, o que, eu quero passar aqui ж que a arquitetura de computador tem um muito
rica histзria. E essa histзria continua e ж
muito relevante hoje. Portanto, nсo estamos estudando algo que nсo
se preocupa mais. As pessoas estсo ali sentado espжcie de pronto para
obter o computador de prзxima geraусo arquitetura.
Pessoas, e, e que costumava ser vocЖ sabe, vocЖ quer que seu computador mais rрpido desktop.
E isso nсo pode ser tсo importante hoje, mas o que ж importante ж que as pessoas querem que seus
mais rрpido smartphone. Eles querem permitir o reconhecimento de voz em
ir. Eles querem ser capazes de, em cientьfica
aplicaушes, eles querem construir um modelo, algum sistema de saЩde que ж muito complexo,
que nсo foram capazes de fazer antes. Entсo, ele continua em frente.
╔ muito actual, e tem uma histзria muito rica.
Neste curso vamos falar um pouco pouco sobre a histзria, vamos concentrar a maioria
sobre a tecnologia. └s vezes, quando as pessoas ensinam computador
aulas de arquitetura, eles tЖm muito mais Жnfase na histзria.
Esta classe, nзs vamos Toque em uma histзria pouco, mas mais focado na, em
as consideraушes de tecnologia. Entсo aqui estр um grрfico que ж de Hennessy e
Arquitetura Patterson computador, ou um Abordagem quantitativa, e que este grрfico
estр tentando mostrar ж, ж algo muito fundamental para a arquitetura de computadores, e
ж o que estр dirigindo o nosso setor. Entсo, o que nзs vemos aqui ж que vemos diferente
projetos de processadores plotados em um grрfico log. Portanto, este ж 10, 100, 1000. Este ж um registo
traуar e ele diz que o desempenho versus anos. Entсo, se vocЖ olhar para isso, este enredo, vocЖ vai
ver que, bem, isso parece uma cerca linha reta, e uma linha reta em um
grрfico log ж um aumento exponencial desempenho.
Entсo, nзs de computaусo visto subindo exponencialmente mais rрpido.
E este ж um, realmente fundamental para dirigir o que estр acontecendo em nosso
indЩstria e por arquitetura de computador ж tсo importante.
E eu quero dizer que, vocЖ sabe, este aumento exponencial ж, vem de dois
coisas. Nсo ж todos os arquitetos de computador, eu adoraria
para poder sentar-se, ficar aqui e dizer, "nзs fez tudo isso. "Bem, nсo, uma quantidade razoрvel de
este ж de ficar, melhor, melhor tecnologia.
O que quero dizer ж que as camadas mais baixas, para baixo e tecnologia da implementaусo, como
as tecnologias transistor. E alguns dos que ж de ter melhor e
melhor arquitetura de computador. E o que ж realmente importante notar
ж mesmo se vocЖ tiver melhor e melhor transistores.
Muitas vezes o que acontece se vocЖ olhar para este grрfico ж o que estр acontecendo ж que vocЖ estр
ficando mais transistores, mas aqueles transistores nсo sсo necessariamente
exponencialmente mais rрpido. Entсo, o que os arquitetos de computador tЖm a fazer ж
precisamos descobrir como levar baldes e baldes de mais transistores e vire
-los em mais desempenho. E ж isso que este ж muitas vezes chamado de
ж que ж chamada de Lei de Moore. Se vocЖ jр ouviu esse termo antes, o que
ж, ж que estamos tentando, de Moore, Gordon Moore disse que a cada dezoito meses a dois
anos, vocЖ vai conseguir o dobro transistores que, vocЖ pode ter para o
mesma quantidade de dзlares. Isso foi o que foi dito originalmente.
Pessoas que tipo de transformada agora em significa que seu computador vai ficar duas vezes mais
rрpido a cada ano. Nсo ж isso que, Gordon Moore originalmente
realmente disse. Ele disse que pode ter o dobro
transistores para uma determinada quantidade de dзlares.
E as pessoas tambжm tЖm, por vezes, tomado este quer dizer que vocЖ tem o dobro
transistores em um chip a cada ano. Nсo ж bem o que ele disse, mas perto
aproximaусo suficiente. E quando, eu nсo tenho muito o grрfico
aqui. Mas se vocЖ olhar para a computaусo em geral
transversalmente, isso, isso ж em todo transistor baseado tecnologias.
Mas se vocЖ voltar mais longe no passado, vocЖ pode realmente traуar outras tecnologias,
como as tecnologias de tubo de vрcuo e relжs baseado tecnologias.
E isso tambжm se encaixa nisso, este grрfico relativamente bem.
Entсo, de alguma forma, se vocЖ continuar aqui, vocЖ vai ver os tubos de vрcuo aparecer.
E ж uma espжcie de ainda neste curva de crescimento exponencial.
Ok, entсo vamos olhar, hр dois pontos de inflexсo neste grрfico que
quero olhar. Primeiro ж aqui, vocЖ pode ver que
a inclinaусo muda um pouco. Bem, o que, o que aconteceu aqui?
Esta foi a introduусo de reduzido instruусo computadores fixos, ou de risco
computadores. Entсo nзs temos um pouco de um, uma manivela
existe quando as pessoas saьram com o primeiro risco.
E, outra coisa que vocЖ nota ж, este grрfico quilhas mais um pouco aqui, e,
Nзs vamos estar falando muito sobre isso neste curso, ж, o que acontece ou porque,
isso aconteceu? Entсo, o que, o que aconteceu aqui?
Bem, desempenho sequencial, entсo isso ж o desempenho de um Щnico programa; era
ficando mais rрpido exponencialmente. Mas entсo, eu nсo sei, dependendo de quem
vocЖ pedir. Eu gosto de usar 2005 como o nЩmero, mas
em algum lugar entre 2003 e 2007, o desempenho do processador seqЧencial comeуou
a, para realmente ter um, um problema. Mas o desempenho global do seu processador,
ainda continua a subir hoje. E o que aconteceu ж que tьnhamos de passar para
processadores multi-core ou nЩcleos mЩltiplos em um Щnico chip.
E, esperamos, a esperanуa ж que essa grрfico vai continuar aqui com mЩltiplos
nЩcleos, Se pudermos descobrir como podemos efetivamente paralisar nossos programas, versus
nosso desempenho sequencial afilada, diminuindo.
Porque seria muito prejudicial para o computador arquitetura e indЩstria de computaусo se tudo
de repente parou de nossos computadores ficando mais rрpido, ninguжm estaria comprando novo
chips de computador.