Jakso 12 Yhteenveto. Keskeiset asiat Teemu Kerola, K2000

Samankaltaiset tiedostot
Tietokoneen toiminta, K Tavoitteet (4)

Luento 12 Yhteenveto. Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat?

Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? Teemu Kerola, Copyright Tavoitteet (4)

Tavoitteet (4) Luento 12 Yhteenveto. Keskeisiä asioita. Mitä hyötyä tästä on? (2) Esimerkkikone: TTK-91 laitteisto suoritin - CPU

Luento 12 Yhteenveto. Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? Teemu Kerola, Copyright 2010

Tietokoneen toiminta Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? Teemu Kerola, Copyright 2010

Luento 12 Yhteenveto

Luento 12 Yhteenveto

Tietokoneen toiminta, K Tavoitteet (4)

Luento 12 Yhteenveto. Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? Teemu Kerola, K2000

Luento 12 Yhteenveto. Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? 29/01/2001 Teemu Kerola, Copyright 2001

Luento 12 Yhteenveto

Tietokoneen toiminta Keskeiset asiat Mitä hyötyä tästä on? Mitä seuraavaksi? Kurssit? Asiat? Teemu Kerola, Copyright 2003

Luento 12 Yhteenveto. Tavoitteet. Keskeisiä asioita. Mitä hyötyä tästä on? Esimerkkikone: TTK-91 laitteisto. Tietokoneen toiminta 27.4.

Luento 1 Tietokonejärjestelmän rakenne

Luento 1 Tietokonejärjestelmän rakenne. Järjestelmän eri tasot Laitteiston nopeus

Luento 1 Tietokonejärjestelmän rakenne. Järjestelmän eri tasot Laitteiston nopeus

Luento 1 Tietokonejärjestelmän rakenne

Luento 1 (verkkoluento 1) Ohjelman sijainti Ohjelman esitysmuoto Laitteiston nopeus

Luento 1 (verkkoluento 1) Tietokonejärjestelmä

Käännös, linkitys ja lataus

Kertausluento 1 (lu01, lu02, lu03) Tietokonejärjestelmän rakenne ttk-91 ja sillä ohjelmointi

Tietokoneen toiminta, Kevät Copyright Teemu Kerola Järjestelmän eri tasot Laitteiston nopeus

Kertausluento luennoista 1-3 1

Jakso 10 Ohjelman suoritus järjestelmässä

Aihepiiri Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Luento 10 Käännös, linkitys ja lataus

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Teemun juustokakku Rekisterien, välimuistin, muistin, levymuistin ja magneettinauhan nopeudet suhteutettuna juuston hakuaikaan juustokakkua tehdessä?

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Sisältöä. Tietokoneen rakenne. Ch 1 - Ch 8 [Sta06] Valikoituja paloja TITO-kurssista. Tietokonejärjestelmä

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Aihepiiri Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Luento 10 Käännös, linkitys ja lataus. Käännös Linkitys Dynaaminen linkitys Lataus

Aihepiiri Tietokoneen toiminta (Computer Organization I) Tavoitteet (4) Mitä hyötyä tästä on? (4) Kurssien välisiä riippuvuuksia

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokonejärjestelmä. Tietokoneen rakenne. Ch 1 - Ch 8 [Sta06] Valikoituja paloja. TITO-kurssista. John von Neumann ja EDVAC, 1949.

Jakso 10 Ohjelman suoritus järjestelmässä. Käännös Linkitys Dynaaminen linkitys Lataus

Luento 10 Käännös, linkitys ja lataus

Lausekielestä suoritukseen (3) Luento 10 Käännös, linkitys ja lataus. Assembler-kielinen käännösyksikkö (2) Käännösyksikkö (4) Objektimoduuli (8)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Muistihierarkia Kiintolevyt I/O:n toteutus

Jakso 10 Ohjelman suoritus järjestelmässä

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I) Mitä hyötyä tästä on? (4) Kurssien välisiä riippuvuuksia. Aihepiiri.

Luento 4 Aliohjelmien toteutus

Jakso 5 Suoritin ja väylä

Kertausluento 2 (lu04, lu05, lu06) Aliohjelmien toteutus Suoritin, väylä, tiedon esitys

Jakso 5 Suoritin ja väylä

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I) Aihepiiri. Mitä hyötyä tästä on? (3) Tavoitteet. Kurssien välisiä riippuvuuksia

Lausekielestä suoritukseen (3) Luento 10 Käännös, linkitys ja lataus. Assembler-kielinen käännösyksikkö (2) Objektimoduuli (2) Symbolitaulu

Tietokoneen toiminta (Computer Organization I)

Tietokoneen toiminta Copyright Teemu Kerola Tyypit Parametrit Aktivointitietue (AT) AT-pino Rekursio

Jakso 5 Suoritin ja väylä. Suorittimen rakenne Väylän rakenne Käskyjen suoritussykli Poikkeukset ja keskeytykset TTK-91:n ja KOKSI:n rakenne

Suoritin. Jakso 5 Suoritin ja väylä. TTK-91 muistin rakenne. TTK-91 suorittimen rakenne

Jakso 4 Aliohjelmien toteutus

Järjestelmän ulkoinen muisti I/O

Suoritin. Luento 5 Suoritin ja väylä. TTK-91 muistin rakenne. TTK-91 suorittimen rakenne

Luento 4 Aliohjelmien toteutus

Aliohjelmatyypit (2) Jakso 4 Aliohjelmien toteutus

Luento 3 (verkkoluento 3) Ttk-91 konekielinen ohjelmointi. Ohjelman esitysmuoto Konekielinen ohjelmointi ttk-91:llä (Titokone, TitoTrainer)

Jakso 4 Aliohjelmien toteutus

Muistihierarkia Kiintolevyt I/O:n toteutus. Käännös, Linkitys Lataus

Tietokoneen toiminta Teemu Kerola, Copyright Muistihierarkia

Muistihierarkia Kiintolevyt I/O:n toteutus

Jakso 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä

Luento 5 Suoritin ja väylä

Muistihierarkia. Virtuaalimuisti. Tiedostojärjestelmä. Levymuistin saantiaika. Tietokoneen toiminta Luento 9, Ulkoinen muisti ja I/O 1

Jakso 8 Ohjelman suoritus järjestelmässä

Jakso 8 Ohjelman suoritus järjestelmässä

Jakso 4 Aliohjelmien toteutus. Tyypit Parametrit Aktivointitietue (AT) AT-pino Rekursio

Luento 5 Suoritin ja väylä

Jakso 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä

Jakso 4 Aliohjelmien toteutus

Luento 5 (verkkoluento 5) Suoritin ja väylä

Aliohjelmatyypit (2) Jakso 4 Aliohjelmien toteutus

Aliohjelmien toteutus Suoritin ja väylä

Luento 4 (verkkoluento 4) Aliohjelmien toteutus

Luento 4 Aliohjelmien toteutus

Jakso 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä. Prosessi Prosessin esitysmuoto järjestelmässä Käyttöjärjestelmä KJ-prosessit

Suoritin. Luento 5 Suoritin ja väylä. TTK-91 suorittimen rakenne (1) TTK-91 muistin rakenne. Käskyjen nouto- ja suoritussykli (5)

Luento 4 Aliohjelmien toteutus

Luento 4 Aliohjelmien toteutus. Tyypit Parametrit Aktivointitietue (AT) AT-pino Rekursio

Luento 5 Suoritin ja väylä

Luento 5 Suoritin ja väylä

Luento 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä

Luento 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä. Prosessi Prosessin esitysmuoto järjestelmässä Käyttöjärjestelmä KJ-prosessit

1. Keskusyksikön rakenne

Luento 2 (verkkoluento 2) Ttk-91 järjestelmä

Tiedon esitysmuodot. Luento 6 (verkkoluento 6) Lukujärjestelmät Kokonaisluvut, liukuluvut Merkit, merkkijonot Äänet, kuvat, muu tieto

Luento 4 (verkkoluento 4) Aliohjelmien toteutus

Suoritin. Luento 5 Suoritin ja väylä. TTK-91 suorittimen rakenne (1) TTK-91 muistin rakenne

Tulkinta ja emulointi

Prosessi (4) Suorituksessa olevan ohjelman esitysmuoto järjestelmässä. Jakso 8 Ohjelman suoritus järjestelmässä. Prosessin elinkaari (9)

Transkriptio:

Jakso 12 Yhteenveto Keskeiset asiat 1

Tavoitteet (4) Ymmärtää tietokonejärjestelmän keskeiset piirteet sillä suoritettavan ohjelman näkökulmasta Miten tietokonejärjestelmä suorittaa sille annettua ohjelmaa? Minkälaista koodia suoritin ymmärtää? Mikä on käyttöjärjestelmän rooli? 2

Mitä hyötyä tästä on? (2) Ohjelman suoritusnopeus perustuu suorittimen (CPU) suorittamiin konekäskyihin, ei pelkästään ohjelman korkean tason esitysmuotoon Ylemmän tason asioiden ymmärtäminen on helpompaa (mahdollista), kun ymmärtää alemman tason asiat 3

Keskeisiä asioita (9) Järjestelmä kokonaisuudessaan, nopeuserot Esimerkkikone ja sen käyttö Konekielinen ohjelmointi Suoritin, rekisterit, väylät, muisti konekäskyjen suoritussykli, keskeytykset Aktivointitietuepino, aliohjelmien toteutus Tiedon esitysmuodot (ohjelma vs. laitteisto) Prosessi ja sen toteutus (PCB) Ulkoinen muisti ja I/O laitteet laiteajurit, laitekeskeytykset, levymuisti Ohjelmien suoritus järjestelmässä käännös, linkitys, lataus, tulkinta, emulointi, simulointi Esimerkkejä keskeisistä asioista seuraavilla kalvoilla 4

Nopeuserot: juustokakku Rekisterien, välimuistin, muistin, levymuistin ja magneettinauhan nopeudet suhteutettuna juuston hakuaikaan juustokakkua tehdessä? Europa käsi pöytä jääkaappi kuu (Jupiter) 1 sek 0.5 sek (väli- 10 sek (rekisteri) muisti) (muisti) 12 pv (levy) 4 v (nauha, ihminen) 5

Esimerkkikone: TTK-91 laitteisto muisti suoritin - CPU ALU CU rekisterit MMU (kirjastorutiinit) (käyttöjärjestelmä) (cache) (tlb) ohjelma data väylä laiteohjaimet 6

Konekielinen ohjelmointi for (int i=20; i < 50; ++i) T[i] = 0; I DC 0 LOAD R1, =20 STORE R1, I Loop LOAD R2, =0 LOAD R1, I STORE R2, T(R1) LOAD R1, I ADD R1, =1 STORE R1, I LOAD R3, I COMP R3, =50 JLES Loop 7

TTK-91 Nouto- ja suoritussykli Hae käsky PC++ M=2 M>0 pura käsky, laske osoite lue muistista M=0 suorita käsky pushr kirj. muistiiin write push pushr D=0 (SR) tarkista keskeytykset noutosykli Noutosykli suoritussykli 8

Suorittimen tilat Käyttäjätila user kernel voi käyttää vain tavallisia käskyjä voi viitata vain käyttäjän omaan muistiavaruuteen (MMU valvoo) Etuoikeutettu tila tai (KJ:n) ytimen tila voi käyttää kaikkia konekäskyjä myös etuoikeutettuja (esim. clear_cache, iret) voi viitata kaikkialla muistiin, myäös käyttöjärjestelmän ytimeen (kernel) voi käyttää myös suoria muistiosoitteita (PA) 9

Aktivointitietue Aliohjelman toteutusmuoto (ttk-91) kaikkien ulostuloparametrien arvot kaikkien (sisäänmeno) parametrien arvot paluuosoite kutsukohdan aktivointitietue aliohjelman ajaksi talletettujen rekistereiden arvot kaikki paikalliset muuttujat ja tietorakenteet int funca (int x,y); paluuarvo param x param y vanha PC vanha FP vanha R1 vanha R2 paik. m. i1 paik. m. i2 10

IEEE 32-bit FP Standard + 15 0.1875 = 0.0011 sign exponent mantissa or significand 23 bittiä mantissalle, siten että... 1) Binääripiste (.) on heti ensimmäisen bitin jälkeen 2) Mantissa on normalisoitu: vasemmanpuolimmainen bitti on1 3)Vasemmanpuolimmaista (eniten merkitsevä) bittiä (1) ei talleteta (implied bit) 1/8 = 0.1250 1/16= 0.0625 0.1875 mantissa eksponentti 0.0011 15 1.1000 12 1000 12 24 bitin mantissa! 11

Välimuisti muisti suoritin - CPU ALU CU rekisterit MMU (kirjastorutiinit) (käyttöjärjestelmä) Välimuisti (cache) ohjelma data väylä laiteohjaimet 12

Prosessin elinkaari ready-to-run valmis suoritukseen running suorituksessa luonti odottaa waiting poistettu tai tapettu 13

Prosessit jonoissa ja PCB R-to-R 1056 1766 Running 0188 Disk1 0036 7654 9878 waiting Timer 0555 Msg from 1345 2222 Prosessin 9878 kuvaaja (PCB) Vuoronanto: valitse seuraava prosessi Ready-to-Run -jonosta ja siirrä se suoritukseen CPU:lle (kopioi tämän prosessin suorittimen tila suorittimelle) 14

Laiteohjain ja laiteajuri Muisti väylä suoritin käyttäjäprosessi laiteajuri (KJ prosessi) laite data c/s laiteohjain laiteohjainprosessi (device controller) laite Ks. Fig 6.4 [Stal99] 15

Levyjen käyttö Tiedosto koostuu useista lohkoista lohko per sektori Levyn hakemistossa on tieto kunkin tiedoston käyttämistä lohkoista luetaan lohkot annetussa järjestyksessä hakemisto alkio FileA (unix) indeksi lohko lohko lohko lohko lohko 16

Lausekielestä suoritukseen Käännös lausekielestä Linkitys muiden ja kirjastomoduulien kanssa Lataus muistiin prosessia varten Käännösyksikkö myprog.c Lausekielinen ohjelma tai moduuli osoitteet: symbolit Objektimoduuli myprog.obj Käännetty ohjelma (konekielellä) osoitteet: lineaariset (per moduuli) Ajomoduuli myprog.exe osoitteet: lineaariset, osa puutteellisia (?) Prosessi Suorituskelpoinen ohjelma osoitteet: lineaariset (virt. avar.?) prog.c prog.o math.l prog 17

Tulkinta ja emulointi Java virtuaalikone Java tulkki Pentium II suoritin data load iload i iload j iadd istore k Java suoritin ( esimerkiksi) natiiviympäristö k = i+j; Java ohjelma Java käännös iload i Java iload j byte-koodi iadd istore k data (JIT) käännös dl latausmoduuli Pentium II suoritin 18

19

Kurssien välisiä suhteita Tietokoneen toiminta (2ov) Käyttöjärjestelmät I (2ov) Rinnakkaisohjelmointi (2ov) Tietokoneen rakenne (2ov) Tietoliikenne I (2ov) 20

Asioiden välisiä suhteita (8) Käyttöjärjestelmät Tietokoneen toiminta Tietoliikenne Oikeellisuuden todentaminen Ohjelmointikielet Tietokoneen rakenne Samanaikaisuuden hallinta Laskennan teoria Kääntäjät 21

-- Jakson 12 ja koko kurssin loppu -- http://www.retroweb.com/apollo_retrospective.html http://cookpages.com/muribeachcomber/ 22