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.