Computer Abstractions and Technology

• ISA : Instruction Set Architecture

  • 소프트웨어와 하드웨어 사이의 약속(인터페이스)

  

  컴파일러를 통해 assembly language → machine language로 바뀐 후에 ISA를 통해 하드웨어에게 명령 즉, ISA는 소프트웨어와 하드웨어가 통신할 수 있게 해주는 “명령어들의 집합”

  • ISA아래에 있는 MICRO Architecture는 cpu가 사용하는 명령어 처리 방식이다.

  Cpu architecture 즉, MICRO Architecture에는 RISC-V, CISC-V 2가지가 존재한다.

  • risc-v : Reduced Instruction Set Computer
    • 적은 수의 명령어(간단한), cisc보다 빠른 속도로 동작, 단순하고, 가격 저렴
  • cisc-v : Complex Instruction Set Computer
    • 복잡하고 기능이 많은 명령어, 속도가 느리고, 가격이 비쌈
  • 둘은 설계방식의 차이가 있다.

• ARM

  • risc아키텍처 사용

• x86

  • cisc아키텍처 사용
  • Intel, AMD가 사용하고 있다

  

• Server computers

  • 높은 수용성, 신뢰성 (vs personal computer)

• Supercomputers

  • 높은 계산적인 퍼포먼스를 위해 특화되있다. “빠르다!”
  • 수많은 cpu, gpu의 결합이 바로 슈퍼컴퓨터이다.

이정도의 퍼포먼스를 뽐낸다. 높은 수용성, 신뢰성 (vs personal computer)

• Embedded computer 임베디드 컴퓨터(내장형)
  • 드론 등에 쓰이는 내장형 컴퓨터 → 간단한 작동할 정도의 cpu가 들어있음
• The postPC Era
  • Personal Mobile Device PMD
    • 핸드폰, 태블릿, 인터넷을 통한 연결 등등
• Cloud computing
  • 네트워크를 통한 다른 컴퓨터로 정보를 처리하고, 다른 하드웨어에 저장
  • 외부 클라우드 서버를 빌려 사진 저장 등등
• Seven Great Ideas in Computer Architecture

  • Use abstraction to simplify design

    • 추상화를 통해서 소프트웨어를 다루는 유저에게 하위 하드웨어들이 어떻게 동작하는지 보이지 않게 하는 것
    • 빨간선 밑이 하드웨어, 위가 소프트웨어

    

  • Make the common case fast !!중요

    • 자주 사용하는 것을 빠르게 만들면 시간 단축효과가 더 커짐!

  • Performance via parallelism

    • 기차로 여러명 태우는 것이 더 효율적임(병렬적)

    

  • Performance via pipelining

    • 길을 여러개 만드는 것이 효율적이다.

    

  • Performance via prediction

    • 미리 예측해서 하기 시작했을 때, 성능 향상이 좋다

      • 90%정도의 확률을 지닌 일을 미리 예측해서 하기 시작하면,

        만일 10%확률로 그 일을 하는게 아니게 되면 → 10%정도의 손해만 있음

        • 반대의 경우 만일 하는게 맞다면, 성능이 엄청나게 향상됌

  • Hierarchy of memoires

    • Small&Fast memory
      • onchip memory : SRAM(cpu안에 존재) → 자주 접근하는 Data = 캐시메모리
    • Large&Slow memory
      • DRAM → 드물게 접근하는 Data

  • Dependability via redundancy 여유분을 통한 신뢰도 개선

    • DMR Dual Modular Redundancy
      • 2개는 둘중 뭐가 틀렸는지 모름
    • TMR Triple Modular Redundancy
      • 3개를 대조해봤을때, 뭐가 틀렸는지 알 수 있다!
    • 뭐가 맞고 틀린지 알아야 신뢰할 수 있는것처럼!
• 하드웨어 추상화하는 것들
  • ISA : 하드웨어와 소프트웨어의인터페이스
  • ABI( Application binary interface)
    • ISA와 OS 인터페이스를 합친 것
• ISAs
  • x86, POWER, SPARC, ARM, RISC-V
• 프로그램 코드의 레벨
  • High-level language
    • C, C++, Python 우리가 사용하는 언어
  • Assembly language
    • Cpu가 읽는 언어 (명령어, instruction)
  • Machine code
    • compiler를 통해 변환된 언어
• Inside the Processor(CPU)

  • Datapath 데이터가 움직이는

  • Control

    • 프로세스 관리

  • Registers 레지스터

    • 데이터 임시 저장공간

  • Cache memory 캐시

    • SRAM memory으로서, main data 저장소인 DRAM과 교환하고 교류한다.
    • 자주 접근하는 데이터

  • 계층 구조