Computer Organization 計算機組織

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1 Computer Organization 計算機組織 陳瑞奇 Jui-Chi Rikki Chen 亞洲大學資訊工程學系 Dept. of Computer Science and Information Engineering, Asia University Fall, 2018 ( 暑期經驗分享 )(1.5 hrs) Computer ( 計算機 ; 電腦 )?

2 Tablet PC ( 平板電腦 ) Amazon Kindle Fire 8GB/512 MB $199 USD Asus Google Nexus 7 8GB/1024 MB $199 USD Apple ipad 16~64GB/1024MB $500 USD 1 2 Processor: TI OMAP4 (1GHz; Dual-Core) OS: Google Android 3.2 Net: Wi-Fi Processor: NVIDIA Tegra 3 (1.2GHz; Quad-Core) OS: Google Android 4.1 Net: Wi-Fi/Bluetooth Source: Processor: Apple A5X (1GHz; Quad-Core) OS: Apple ios 5 Net: Wi-Fi/Bluetooth /Cellular Embedded Systems (Computer) Apple HTC SAMSUNG Processor: Apple A4 (1GHz) Core: ARM SoC (32-bit) OS: Apple ios 4 (based on Mac OS) Freq: WCDMA, HSUPA, HSDPA, GSM1800, GSM1900, GSM850, GSM900 Net: 3.5G/ HSDPA,3G/WCDMA, EDGE, GPRS,Wi-Fi /WLAN Processor: Qualcomm 8250 (Snapdragon; 1GHz) OS: Google Android 2.1 Freq: HSDPA, HSUPA, GSM1800, GSM1900, GSM850, GSM900,WCDMA Net: 3G/WCDMA,3.5G/HSDPA, EDGE, GPRS,Wi-Fi/WLAN Source: Processor : ARM Cortex A8 (1GHz) OS: Google Android 2.1 Freq: GSM850, GSM900, HSDPA, HSUPA, WCDMA, GSM1800, GSM1900 Net: 3.5G/HSDPA,3G/WCDMA, EDGE, GPRS, Wi-Fi/WLAN 7 2

3 人機爭霸 (AlphaGo vs. 圍棋冠軍 ) 2015 年 10 月的分散式運算版本 AlphaGo 使用了 1,202 塊 CPU 及 176 塊 GPU 人工智慧圍棋程式 : 蒙地卡羅樹搜尋與深度神經網路 8 IBM 深藍超級電腦 vs. 西洋棋王 9 3

4 Calamia, J., China's homegrown supercomputers, IEEE Spectrum, Vol. 49, No. 1, pp , Jan ShenWei SW1600 Sunway BlueLight Supercomputer 10 目前世界上最快的超級電腦神威 太湖之光 (Sunway TaihuLight) 40,960 枚神威處理器 (260 核心 CPU): 64bit RISC 內部記憶體 : 1.31PB=1.31x GB 運算速率 : 93 PFLOPS ( 實際效能 ) 造價 : 18 億元人民幣 系統功耗 : 17.8 百萬瓦 資料來源

5 Google Glass Display: Equivalent of a 25 inch high definition screen Camera: Photos - 5 MP Videos - 720p Audio Bone Conduction Transducer Connectivity Wifi b/g Bluetooth Storage 12 GB September 6, Smart Watch September 6,

6 健康手環 September 6, Sensor node ( 物聯網感知層 ) summaries/03abstracts/polastre.1.fig.2.jpg 557mm 3 1.6g 6

7 密西根微塵 (Michigan Micro Mote) 2x2x4mm = 16mm 3 September 6, World s Smallest Solar-Powered Sensor 2.5 x 3.5 x 1 mm = 9 mm 3 Developed at the University of Michigan September 6,

8 美國密西根大學製造出全球最小的 電腦 內建隨機存取記憶體 處理器 無線發射及接收器 0.3x0.3x0.3mm < 1 mm 3 September 6, 汽車電腦 (Computer) September 6,

9 機車應用 (Embedded Systems ) September 6, Microcomputers Everywhere! 23 9

10 數位新時代 September 6, 計算機組織? ( 計算機結構 ) 計算機原理與設計 電腦系統原理與設計 September 6,

11 PC 拆解 智慧型手機大部分解圖 30 11

12 蘋果 iphone 7 與 7 Plus 發表 2016/9/16 台灣 上市 ( 台積電 16nm A10 處理器 + ios 10) September 6, 蘋果吃月餅台廠撿芝麻? September 6,

13 代工毛利低! 蘋果吃肉 台廠喝清湯 全球熱銷的蘋果 (Apple) 商品, 有一半以上的利潤都進到蘋果自己的口袋, 台灣代工毛利少得可憐 ipad 2: 蘋果賺 30%, 韓國 7%, 台灣 2% iphone: 蘋果賺 60%, 韓國 4.7%, 台灣 0.5% 台灣必須擺脫代工命運, 爭取關鍵零組件, 才會有賺頭 Source: September 6, 方式營利採, 用 ARM IP ARM ( 智公慧司財本產身權只 ) 負授責權設的計 (MIPS) 蘋果 設計研發 台積電 三星 富士康和碩聯合製造 September 6,

14 智慧型手機大部分解圖 36 (MIPS) Apple 系統晶片 (SoC) System on Chip September 6, the-hardware-where-is-the-difference?mode=print&page=1 14

15 Qaulcomm ( 驍龍 ) September 6, Samsung Exynos ( 三星獵戶座智能環保晶片 ) (Based on ARM Cortex-A series) September 6,

16 架構 ARM (Advanced RISC Machine) 主要設計目標為低成本 高效能 低耗電, 非常適用於行動通訊及消費性電子產品 ARM 公司將處理器架構授權 (IP) 給有興趣的廠家, 包含完整的軟體開發工具 ( 編譯器 debugger SDK), 以及針對內含 ARM CPU 矽晶片的銷售權 2012 年 11 月 ARM 收購 MIPS 共 489 項專利組合的權利 (Imagination 收購了 82 項專利 ) 2016 年 7 月日本軟銀集團斥資 3.3 萬億日元, 約合 311 億美元將 ARM 的設計公司 ARM September 6, 2018Holdings 收購 42 Course Connection 邏輯設計 數位系統 計算機組織 計概 程式設計 (C/C++, VB, Java) 系統程式 (80x86) 資料結構 微處理器系統 作業系統 (Windows, Linux) 網路程式設計高等程式設計 嵌入式系統 Embedded Systems (8051) (SoC related) September 6,

17 Course Connection (cont.) September 6, CPU 設計 電腦系統設計 記憶體架構設計 指令集設計 輸入 輸出 September 6,

18 計算機系統設計的起源? September 6, 先有電腦硬體還是先有軟體? 到底是先有雞還是先有蛋? September 6,

19 軟體 指令集設計 (Architecture) 電腦系統設計 ( 藍圖 ) 硬體 (Organization) September 6, Datapath and Control 0 4 Add ALUOp Control Instr[31-26] Unit Branch ALUSrc Shift left 2 Add 1 PCSrc MemRead MemtoReg MemWrite PC Read Address Instruction Memory Instr[31-0] RegDst RegWrite Instr[25-21] Read Addr 1 Instr[20-16] Register Read Addr 2 Read Data 1 0 File Write Addr Read 1 Instr[15 Data 2 Write Data -11] 0 1 ovf zero ALU Address Data Memory Write Data Read Data 1 0 Instr[15-0] Sign 16 Extend 32 ALU control p.322 ( 頁 329) fig Instr[5-0] 51 19

20 Textbook Text: 鍾崇斌 楊惠親譯, 計算機組織與設計 ( 第 5 版 ), 東華書局, 2015, (ISBN: ) David A. Patterson and John L. Hennessy, Computer Organization and Design - The Hardware/Software Interface, 5th ed., Morgan- Kaufmann ( 東華書局代理 ), 2013, ISBN: 英文版 September 6, Administration Instructor: 陳瑞奇 (Rikki) 資訊工程學系 Office: Room HB13 ( 資訊大樓電梯下地下室往西走到底 ) rikki@asia.edu.tw Tel: ext Office Hours: Tue.( 二 ) 13:10 15:00 Thu.( 四 ) 9:10 12:00 Fri.( 五 ) 9:10 12:00 Grade: Attendance (including Q&A) 10% Homework Assignments 30% Midterm Exam (open book) 30% Final Exam (open book) 30% September 6,

21 September 6, September 6,

22 提升資訊學院學生之英文能力 請本院教授專業科目老師, 將英文專有名詞列入評分項目之一 ( 最好也會唸出 ) 1. 每週準備 5-10 個專有名詞及其中英文對照表給學生背誦 2. 第 8 16 週小考 ( 每次 20 題, 每題 5 分 ) 總之 非常歡迎您參與我們的學習與討論! 祝大家有個愉快而充實的新學期! 22