Computer%20Architecture

1
?1?. ?????? ??

• 1.1 ???? ?? ??
• 1.2 ??? ??? ??
• 1.3 ???? ??
• 1.4 ?????? ????

2
1.1 ???? ?? ??
??????? ??
3
????? ?????

• ????(hardware)
• ??? ???? ?? ??? ??? ??, ? ??? ?? ??? ?? ???? ???
  ???? ???
• ?????(software)
• ???? ???? ??? ?? ??? ??? ?????, ??? ???? ???? ???
  ????? ??(command)?? ??
• ??? ?????(system software) OS(WinXP, Unix,
  Linux ?)
• ?? ?????(application software) ??????, ? ???? ?

4
??? ????? ?? ???
5
???? ?? ??

• ???? ???? ???? ??? ???? ??
• ??? ???? ???(read), ??(processing)??, ??(store)

6
???? ?? ?????

• ??????(Central Processing Unit CPU)
• ????(processor)
• '???? ??'? '??? ??'?? ???? ??? ??? ???? ??
• ????(memory)
• CPU? ??? ????? ???? ???? ??
• (1) ?????(main memory)
• CPU ??? ???? ??? ???? ??? ??
• ?? ???
• ??? ?? ??? ?? ?? ? ?? ??? ??
• ?? ?? ??? ?? ??? ???? ?? ?? ?????? ??

7
???? ?? ????? (??)

• (2) ??????(auxiliary storage device)
• 2? ????(secondary memory)
• ???? ??? ???? ??? ?? ???
• ?? ??? ??, ?? ? ??? ??
• ?? ?? ??? ?? ???? ???, ?? ???(magnetic tape) ?
• ?????(I/O device)
• ?? ??(input device), ?? ??(output device)
• ???? ????? ??? ?? ??

8
1.2 ??? ??? ??

• ??? ??
• 2?? ??(1? 0)?? ??? ???? ??? ???
• ???? ??
• ???(machine language)
• ?? ??(machine code), ??? ???? ???? ??? ? ?? ??
• 2?? ???? ??
• ???? ??(assembly language)
• ???? ??(assembly code), ?? ??? ??? ??? ?? ??
• ?? ??(low-level language), ???? 11 ??
• ?? ??(high-level language)
• ???? ??? ???? ??? ???? ?? ??
• C, PASCAL, FORTRAN, COBOL ?

9
???? ??? ?? ??

• Z X Y
• LOAD A,X ???? X??? ??? ?? ???? A? ??(load)
• ADD A,Y ???? Y?? ??? ?? ???? A? ??? ?? ???
  ??? ?? A? ??
• STOR Z,A ? ?? ???? Z ??? ??(store)

10
???? ?? ?? ?????

• ????(compiler)
• ???? ????? ??? ?????? ???? ?????
• ????(assembler)
• ???? ????? ??? ?????? ???? ?????
• ????(mnemonics)
• ???? ???? ???? ??? ????? ??? ? ??? ?? ??? ??? ??
• LOAD, ADD, STOR ?

11
?? ???? ??

• ?? ??(op code)
• CPU? ??? ??? ??? ?? ???
• ?? ? 3??, ??? ? ?? ??? ?? ?? 23 8
• ????(operand)
• ??? ???? ??? ???? ?? ?? ??? ??? ???
• ??? ? 5??, ?? ??? ? ?? ????? ?? ?? 25 32

12
???? ??? ???? ???? ??

• ??(word)
• ? ?? ??? ???? ???? ?? ????, CPU? ?? ? ?? ??? ? ??
  ???? ??

13
1.3 ???? ??

• 1.3.1 CPU? ????? ??
• ??? ??(system bus)
• CPU? ??? ?? ?? ??? ??? ??? ???? ??
• ?? ??
• ?? ??(address bus)
• ??? ??(data bus)
• ?? ??(control bus)

14
??? ??

• ?? ??(address bus)
• CPU? ??? ???? ?? ??? ???? ?? ??? ??
• ?? ??? ?? CPU? ??? ? ?? ?? ???? ??? ??
• ?? ??? ?? ? 16 ????,?? 216 64K ?? ?? ????
  ??? ?? ??
• ??? ??(data bus)
• CPU? ???? ?? I/O ???? ??? ???? ???? ?? ?? ??? ??
• ??? ??? ?? CPU? ? ?? ??? ? ?? ?? ?? ??
• ??? ?? ? 32 ????,CPU? ???? ?? ??? ??? ? ?? 32
  ??? ??

15
??? ?? (??)

• ?? ??(control bus)
• CPU? ??? ?? ?? ???? ??? ???? ?? ?? ??? ??
• ???? ??/??(Memory Read/Write) ??
• I/O ??/??(I/O Read/Write) ??

16
CPU? ??? ??

• ?? ?? ????(uni-directional bus)
• ??? CPU??? ???? ?? I/O ???? ???? ???? ??
• ??? ??, ?? ?? ????(bi-directional)
• ??? ??? ?? ?? ?? ??

17
CPU? ????

• ???? ?? ??
• CPU? ???? ??? ?? ??? ??? ??? ???? ?? ?? ??? ???
  ??? ??? ???? ??? ?? ??? ???
• ???? ?? ??(memory write time)
• CPU? ??? ???? ?? ???? ??? ??? ???? ??

18
CPU? ???? (??)

• ???? ?? ??
• CPU? ???? ??? ?? ??? ??? ???? ?? ??? ???
• ?? ?? ??? ??? ?? ??????? ??? ???? ??? ?? ?? ???,
  CPU? ? ???? ?? ????? ??? ??? ??
• ???? ?? ??(memory read time)
• ??? ??(decode)?? ? ??? ??? ??? ?? ?????? ???? ??
  ? ??? ??? ?? ??

19
???? ??? ??? ?? ???
20
1.3.2 CPU? I/O ??? ??

• CPU - ??? ?? I/O ?? ??? I/O ??

21
I/O ?? ??? (I/O device controller)

• CPU??? I/O ??? ???, ?? I/O ??? ????, ???? ??????
  ??? ???? ???? ??(??? ???, ??? ??? ?)
• ?? ????
• I/O ??? ?? ??? ???? ???? ??? ????
• ?? ??(RDY) ??, ??? ????(ACK) ??, ?
• ??? ????
• CPU? I/O ?? ?? ???? ???? ????? ???? ????

22
???? ??? ?? ??

• ??? ???
• ???? ?? ? ?(key)? ???,? ?? ???? ASCII ??? ???
  ??????? ????? ????,??? ?? ????? In_RDY ??? 1?
  ??
• CPU
• ??? ?????? ?? ????? ??? ??? In_RDY ??? ?? ????
  ??(In_RDY ??? ??? ????? ????? ???? ??????? ??)
• ?? ?? ?? ????, 1?? ???? ??.?? ?? ????, ??? ?????
  ??? ??

23
???? ??? ?? ??

• CPU
• ??? ???? ?? ????? ??? ??? Out_RDY ?? ??(Out_RDY
  ??? ???? ??? ??? ????? ??)
• ?? ?? ?? ????, 1?? ???? ???? ?? ????, ???? ????
  ??? ???? ??? ????? ?
• ??? ???
• ??? ????? ??? ???? ???,???? ????? ???? ??

24
CPU? ??????? ??

• ???????(???, ??? ???, CD-ROM ?)? ? ??? ?? ????
  ??? ???? ???? ??? ???? ??
• ??? ??? ?? ??
• ???, ??? ???(8 ??) ??? ??
• ?????? ??(512/1024/4096 ???) ??? ??
• ? ??? ?? ? ?? ??? ?? ??? ? ?? ??? ?? ??
• ?? ??(track buffer)
• ?? ????? ? ??? ??? ?? ??? ? ?? ??? ????? ??? ??

25
1.3.3 ??????? ?? ??
26
???? ???? ???

• ???? ??
• CPU? ???????? ???? ??? ??? ??
• ??? ??
• ???? ?? ???? ??? ???? ?????? ??
• ??? ??
• ??? ?? CD-ROM? ???? ?? ????? ??? ??? ????? ??
• ??? ??/??
• ???? ???? ??? ??? ???? ???? ?? ???. ?? CPU? ???
  ????? ????? ??? ???(?? ???)? ??
• ??
• ????? ???? ????? ?? ??? ?? ?? ??? ????? ????, ??
  ?? ???? ??

27
1.4 ??? ??? ?? ??

• ?? ???? ?? ??
• ???(relay) ? ????? ? ??? ????(IC)
• ??? ???
• ???? ??
• ???? ??
• ?? ??
• ?? ??
• ??? ??
• ?? ????? ???? ?? ??? ?? ??? ??? ????? ?? ??

28
??? ??? ??

• ??? ???
• 1642?, Blaise Pascal(???)
• ??? ??? ???? ??? ???
• Leibniz? ??
• 1671?, Gottfried Leibniz(??)
• ??? ?? ? ??? ???? ? ? ?? ???
• Difference Engine
• 19?? ?, Charles Babbage(??, ?? ???? ????)
• ?? ?? ??? ????? ????, ? ??? ?????? ??? ???
• ??? ??? ?? ??
• Analytical Engine
• 19?? ?, Charles Babbage(??)
• ?? ???
• ?? ?? ??? ????? ??? ? ?? ?? ??? ?? ??
• ????? ?? ???? ?? ??
• ????? ?? ?? ?? ??

29
ENIAC

• Electronic Numerical Integrator And Computer
• 1940?? ?, von Neumann(? ???)
• ????? ???? ??? ???? ??? ??? ??? ???
• ??? ????? ??? ?? ???
• ? ???? ?? ??(Stored-program ??)
• 2?? ??(binary number system)? ??
• ????? ???? ??? ??
• EDVAC(Electronic Discrete Variable Computer) ???
  ??? 1945?? ??

30
IAS ???

• 1952?, ? ???
• 'stored-program' ???
• ?? ????
• ???? ?? ???(Program Control Unit) ??? ??/??
• ????????(ALU)
• ????? ???? ???? ?? ??
• ?????
• ?? ??
• ???????? ? ?? ? ?? ??? ??
• ??? ?? ???? ?? ???? ???? ??
• ?? ??? ??? ??? ???? ??? ?? ??? ?? ????? ??
• ?? ?????? ??? ???(instruction prefetch)? ?? ??

31
IAS ???? ??

• ? ??? ??
• von Neumann Architecture,
• ???? ???? ????? ???
• ???? ????, ? ??? CPU?
• ?? ????? ???? ???
• (program counter)? ??? ??

32
1.4.2 ?? ??? ???? ?? ??

• ?????(transistor)
• ??(?1??) ??? ???? ?? ??? ???? ??? ?? ??
• ????? ?? ?? ? ?? ?? ??
• ??? ??? ???(Si)?? ???? ??(solid-state) ??
• ?2?? ???? ?? ? ?1?? ????? ??? ???
• ?? ????? ? 1000 ?? ??????? ??
• ?? ??(Integrated Circuit IC)
• ?? ? ??? ??????? ??? ??? ?? ???? ?? ??
• ?3?? ???? ??

33
IC? ?? ??
34
???? ?? IC? ??

• SSI(Small Scale IC)
• ?? ?? ??????? ???? ??? IC
• ???? ?? ???? ??? ???(digital gate)?? ???? ?
• MSI(Medium Scale IC)
• ?? ?? ??????? ???? IC
• ???(counter), ???(decoder) ?? ??? ????(shift
  register)? ?? ?? ??? ?? ??? ???? ?
• LSI(Large Scale IC)
• ?? ?? ??????? ???? ??? IC
• 8-?? ???????? ??? ??? ??? ???? ?

35
???? ?? IC? ?? (??)

• VLSI(Very Large Scale IC)
• ?? ?? ??? ? ??? ??????? ???? ???? IC
• ???????? ??? ??? ??? ???? ?
• ULSI(Ultra Large Scale IC)
• ??? ? ??? ??????? ???? 32-??? ?? ???????? ??? ??
  ???? ??? ??? ???? ?? ? ??? ??? ??? ??? ??? ????
  ?? ????, ?? ????? ???? ??? ??

36
IC ??? ?? ??

• ??? ??? ??? ? ?? ??? ?? ??
• ??? ??? ??
• ? ??? ????? ???? ? ???? ??? ??
• ?? ?? ?? ? ?? ??? ???
• ??? ?? ??
• ?4?? ??? ??? ??
• ??? ??? ??
• ??? ????? ??

37
1.4.3 ??????? ??? ?? ??

• 1) ??? ??? (PC)
• ??
• ??, ??
• ?? ?? ?? ?? ????? ???? ??? ??
• ?? ?? ??
• ? 2 3 ??? ??? ??? ??? ????????? ????, ?? ?? ???
  PC ?? ??
• ?? ???(??, MMU, ???????? ?)? CPU ?? ???? ?? ?? ?
  ???? ??
• CPU ??? ??? ALU? ?? ??? ?? ????? ????
  ?????(superscalar) ??? ???? ??, ?? ????? ?? ?? ??

38
??? ??? (??)

• ?? ??(branch prediction), ?? ??(dynamic
  execution) ?? ?? ???? ?? ???? ???? ????, ??? ??
  ??? ?? ??
• ?? ??? ??? ???? ?? ??? ??, ?? ? ?? ??? ???? ?? ??
  ????? PC? ??
• ?? ? ??? ??? ?????? ??? ?? ??? ?????? ??(Windows
  95/98/ME/2000/XP)
• ?? ??????? ?????? ?? ??? ?? ?? ??
• ?????? ??????? ??? ?? ??

39
2) ??? ??????

• ??????(workstation)
• CPU 32-?? ?? 64-?? ???????? ??
• ?? ??? ?? ???? ??
• ?? ?? ???? ??? ??(CAD), ????? ?
• OS UNIX
• ???????(Super-minicomputer)
• ??? ?? ??????(multiprocessor) ??
• CPU? ? 20 30 ?
• ?? VAX-11 ????? ??? ?? ? ??
• OS UNIX
• ?????(downsizing) ??
• ? ????? ??? ??? ??? ??? ????? ??(?? ??)?? ????
  ???? ??? ??? ????? ?

40
?????????? ??
41
3) ????? ???(mainframe computer)

• IBM 360 ? 370 ??, 3081, 3090 ??? ?? ??
• ??? ???? ??
• ?? I/O ??? ??? ?? I/O ?? ?? ??
• ??? ?????? ?? ? ????? ??
• ?? ??? ????? ????? ????? ???? ???,????? ?? ???
  ?? ?

42
4) ?????(supercomputer)

• ???? ???? ??? ?? ??? ???? ??? ?? ????? ??? ?????
  ??? ??? ????
• ?? ?? ????? ??
• ??? ?????? CRAY-1? ??? 100 MFLOPS
• ??? ??????? ??? ?? GFLOPS ??
• ?? ?? ???
• VLSI ?? ??, ??????, ???(?? ??), ?? ??, ?? ??,
  ???, ????, ?? ???? ?? ?? ??? ?? ?? ? ?????

43
?????(??) ??? ?? ??

• ????? ?????(pipeline supercomputer)
• ? CPU ?? ??? ?? ???? ??
• ? ?? ??? ??? ?????? ??? ???? ?? ?? ?? ??
• ???? ???? CRAY Y-MP, CRAY-2, Fujitsu VP2000,
  VPP500 ?
• ??? ?????(massively parallel computer MPP)
• ? ??? ?? ?? ??? ?? ?? ?? ? ??? ????? ??
• ?????? ??? ? ??? ???? ??? ??
• ??? ??? ? Thinking Machine?? CM-1 ???
• ?? ???? ? ?? 65,536(216)?
• ???? ?? ??
• ?? ??? ??? ???? 16?? ?? ???? ??? ?? ???? ???, ???
  ??? ???? ?? ? ???? ??? ??

44
MPP? ? CM-1 ?????? ???? ??