SzA1 - Számítási Modell, Architektúra Flashcards
A számítási modell fogalma
(Korábban a jelentése: soros vagy párhuzamos végrehajtás?)
A számításra vonatkozó alapelvek absztrakciója.
Az architektúra fogalma
1964 Amdahl: Azon ismeretek összessége, amelyeket egy alacsonyszintű programnyelvben programozónak ismernie kell, hogy hatékony programot írjon, pl.: regiszterek, memória,
címzési módok, utasításkészlet.
A külső jellemzők, a belső felépítés és a működés összessége.
Adott absztrakciós szinten (Level) a számítási modul (M), a specifikáció (S) és az
implementáció (I) összessége.
A számítási modell és az architektúra kapcsolatai
Számítási modell (Leírása igényeket támaszt)
Programnyelv (Ez kielégíti a számítási modell igényeit)
Architektúra
A számítási modell jellemzői
- Min hajtjuk végre a számítást?
- Hogyan képezzük le a számítási feladatot?
- Mi vezérli a végrehajtás sorrendjét?
Min hajtjuk végre a számítást a Neumann-féle számítási modellnél?
- Számítást adatokon hajtjuk végre
- Az adatokat tipikusan változók jelentik
- Az adat végtelen értékmódosítási lehetőséggel rendelkezik (többszörös értékadás)
- Az adatok és az utasítások közös memóriaterületen helyezkednek el
- A számítási műveleteket az adatokon végrehajtott adatmanipulációs műveletek sorozatának segítségével végezzük el
Hogyan képezzük le a számítási feladatokat a Neumann-féle számítási modellnél?
Mi vezérli a végrehajtást a Neumann-féle számítási modellnél?
Az adatfolyam modell alap leírása
A számítást itt is adatokon hajtjuk végre, de csak egyszeres értékadás van, és a bemeneti adatokat egy adathalmaz formájában adjuk meg. A számítási feladatot adatfolyami gráffal képezzük le, input adatok halmazával. A gráf tartalmaz csomópontokat (műveletet végző egységek) és éleket (I/O adatok).
Mi vezérli a végrehajtást az adatfolyam modellnél?
Adat meghajtott (stréber modell), nem vezérelt meghajtott.
A végrehajtás sorrendjét az adatok elérhetősége határozza meg.
Az adat meghajtott program utasításai semmilyen szempontból sem rendezettek.
- Az adatok tárolása az utasításon belül történik (regiszterek).
- Procedurális jellegű
- Igen magas kommunikációs és szinkronizációs igény, ezáltal bonyolultabb, mint pl a Neumann
A Neumann-féle és az adatfolyam modell összehasonlítása
Processzor szintű logikai architektúra
• adattér • adatmanipulációs fa • állapottér • állapot műveletek
A processzor szintű fizikai architektúra
• Műveletvégző • Vezérlő • Input/Output • Megszakítás
A számítási modellek csoportosításai
- Számítási modellek: szekvenciális vagy párhuzamos
- Végrehajtás meghajtása: vezérlés, adat, vagy igény meghajtott
- Probléma csoportosítása: procedurális vagy dekleratív
A számítási modellek csoportosítása
„Min hajtjuk végre a számítást?” elv szerint csoportosítva
<n></n>
(piaci megvalósítás:)
1) @Adatalapú számítási modell
(Az adatokat típusokba soroljuk (elemi és összetett). Az elemi adattípusok meghatározzák az adat értelmezési tartományát, értékkészletét, az értelmezett műveletek halmazát. Pl.: integer (16 bites) esetén ÉT: –32768 – +32767, ÉK: egész értékek, értelmezett műveletek: +, –, ×, ÷.)
- a)— @Neumann-féle számítási modell
- b)— @adatfolyam számítási modell
- c)— @applikatív
(kísérleti stádium)
2) @Objektum alapú számítási modell
3) @Predikátum – logikai számítási modell (prolog)
4) @Tudás alapú számítási modell
5) @Hibrid számítási modell (pl Neumann és az adatfolyam modell keveréke)
Neumann -féle számítási modell igénye
Programnyelv iránt
- változó deklarálás
- adatmanipuláló utasítások
- vezérlésátadási utasítás
Architektúrával szemben:
- változók kezelésére memória
- a következő utasítás címét tartalmazza egy speciális vas: PC (Program Counter), amely inkrementál
Neumann elvű modell esetén a számítási feladat megengedi:
- változók deklarálását
- adatmanipulációs utasítások deklarálását
- vezérlésátadó utasítások deklarálását
Architektúra elégíti ki Neumann elvű modell esetén a felmerülő igényeket a következő módon:
- a változókat a memória meghatározott helyén tárolja úgy, hogy biztosítja a változók értékének korlátlan számú változtathatóságát
- az architektúra rendelkezik egy speciális regiszterrel (programszámláló), ami tárolja a következő utasítás címét
Neumann-féle számítási modell
A Neumann-féle modell következményei
- előzmény érzékeny (változó értéke menet közben változik)
- alapvetően szekvenciális végrehajtás
- mellékhatások (rossz címzés, 0-val való osztás)
- egyszerű implementáció
Adatfolyam számítási modell
Adatfolyam modell csoportosítása
- számítási modell szerint párhuzamos
- végrehajtás meghajtása szerint adat meghajtott
- probléma csoportosítása szerint procedurális
Applikatív modell (lusta modell)
- adat alapú
- deklaratív modell
- a számítási feladatot egy komplex matematikai függvény formájában adjuk meg
- végrehajtás vezérlése: igény meghajtott
Mitől függ az applikatív modellnél a végrehajtás?
Igényfüggő, a modell igényvezérelt. Akkor hajtódik végre, ha kell egy folyamathoz egy másik folyamat eredménye. (lusta modell)
Objektum alapú modell
- az objektumokat tekintjük az adat kiterjesztésének
- objektum osztályokat, típusokat csomagként definiáljuk
- vezérlés meghajtott
- a feladatot az objektumon végrehajtandó műveletek sorozataként adjuk meg
Hibrid modell
Neumann + adatfolyam keveréke pl
Logikai architektúra
- adott absztrakciós szinten a fizikai architektúra elvonatkoztatása
- logikai architektúra az adott absztrakciós szinten = {M,S}L
- adott absztrakciós szinten a fekete doboz külseje
Architektúra szintek (Bell, Newell)
- Bell, Newell szinteket rendel az architektúra fogalmához:
- a. Globális P.M.S. (processzor, memória, switch)
- b. Programnyelv (magas, alacsony)
- c. Logikai/tervezési szint
- d. Áramköri szint
Processzor szintű logikai architektúra részei (Instruction Set Architecture)
- adattér
- adatmanipulációs fa
- állapottér
- állapot műveletek
Logikai architektúra
- adott absztrakciós szinten a fizikai architektúra elvonatkoztatása
- logikai architektúra az adott absztrakciós szinten = {M,S}L
- adott absztrakciós szinten a fekete doboz külseje
- absztrakciós szint ( L )
- számítási modell ( M )
- specifikáció ( S )
- implementáció ( I )
A processzor-szintű logikai architektúra (Instruction Set Architecture) részei
- adattér
- adatmanipulációs fa
- állapottér
- állapotműveletek
A rendszerszintű logikai architektúra
Operációs rendszerrel interakciók
Fizikai architektúra
- adott absztrakciós szinten a logikai architektúra megvalósítása
- fizikai architektúra az adott absztrakciós szinten = {M,I}L (nem vagyunk kíváncsiak a specifikációra)
- adott absztrakciós szinten a fekete doboz belseje
A processzor-szintű fizikai architektúra (Microarchitecture) részei:
- műveletvégző
- vezérlő
- I/O rendszer
- Megszakítási rendszer
A rendszerszintű fizikai architektúra:
Memória, sínrendszer
Egy korszerű számítógép szintjei:
- Alkalmazások (Pl. Word, Excel)
- Problémaorientált nyelv (Pl. Pascal, C)
- Assembly szintű nyelvek (Architektúra labor)
- Operációs rendszer gépi része (Operációs rendszerek)
- Logikai architektúra (Architektúra)
- Fizikai architektúra (Architektúra)
- Digitális rendszer szintje (Digitális technika)
- Áramköri szint (Elektronika)
Adattér -(Logikai architektúra része)-
részei
(Logikai architektúra része:
- adattér
- adatmanipulációs fa
- állapottér
- állapotműveletek)
Memóriatér
Regisztertér (4 biten címezzük)
Logikai architektúra (Processzor szintű)
Adattér
A processzor által manipulálható tér, amíg a processzor „elér”.
pl. vezérlőkártyán I/O regiszter is idetartozik
Memóriatér (Regisztertérhez képest) (Adattér része)
Nagyobb
Lassabb
Külső lapkán
Olcsóbb
Lehet közös az I/O címtérrel
Regisztertér (Memóriatérhez képest) (Adattér része)
Kisebb
Gyorsabb
A processzor lapkáján (vezérlőkártyán is)
Drágább
Mindig önálló címtér
Memóriatér
- · Tárolási kapacitása az egyik legfontosabb tulajdonsága
- · Kétféle címtér
- o Modell címtere: a címsín szélessége határozza meg a kapacitást (32 bit: 4GB)
- o Implementáció címtere: alkalmazás igénye, ill. anyagi lehetőségek határozzák meg
- · A valós memória tárolási kapacitásának fejlődése:
- o 40-es évek: pár száz memóriarekesz
- o 1950 IAS 10 bites címsín, vagyis
