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\ No newline at end of file
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--- /dev/null
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\ No newline at end of file
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--- /dev/null
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\ No newline at end of file
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\ No newline at end of file
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--- /dev/null
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+../20230613/logo-hochschule-bochum.jpg
\ No newline at end of file
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--- /dev/null
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\ No newline at end of file
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--- /dev/null
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Binary files /dev/null and b/20230620/rtech-20230620.pdf differ
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--- /dev/null
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@@ -0,0 +1,991 @@
+% rtech-20230620.pdf - Lecture Slides on Computer Technology
+% Copyright (C) 2012, 2013, 2014, 2021, 2022, 2023 Peter Gerwinski
+%
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+% but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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+%
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+
+% README: Dateiformate, Pipelining
+
+\documentclass[10pt,t]{beamer}
+
+\usepackage{pgslides}
+\usepackage{pdftricks}
+%\usepackage[obeyfamily=false,mathrm=mathsf,textrm=sffamily]{siunitx}
+%\usepackage{eurosym}
+\usepackage{tikz}
+
+\newcommand{\vfilll}{\vspace{0pt plus 1 filll}}
+
+\lstdefinestyle{asm}{basicstyle=\color{structure},
+ language={},
+ gobble=4}
+
+\begin{psinputs}
+ \usepackage[utf8]{inputenc}
+ \usepackage[german]{babel}
+ \usepackage[T1]{fontenc}
+ \usepackage{helvet}
+ \renewcommand*\familydefault{\sfdefault}
+ \usepackage{pstricks,pst-grad,pst-circ-pg}
+ \newcommand{\invisible}{\tiny\color{white}}
+ \psset{unit=1cm}
+ \psset{logicLabelstyle=\invisible}
+ \newcommand{\logicSymbol}{\small\boldmath\bf\rule{0pt}{0.5cm}}
+ \psset{logicSymbolstyle=\logicSymbol}
+ \newcommand{\Cin}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize in}}
+ \newcommand{\Cout}{C\raisebox{-0.5ex}{\footnotesize out}}
+\end{psinputs}
+
+\title{Rechnertechnik}
+\author{Prof.\ Dr.\ rer.\ nat.\ Peter Gerwinski}
+\date{20.\ Juni 2023}
+
+\begin{document}
+
+\maketitleframe
+
+\nosectionnonumber{\inserttitle}
+
+\begin{frame}
+
+ \shownosectionnonumber
+
+ \begin{itemize}
+ \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung}
+ \item[\textbf{2}] \textbf{Vom Schaltkreis zum Computer}
+ \item[\textbf{3}] \textbf{Assember-Programmierung}
+ \item[\textbf{4}] \textbf{Hardwarenahe Programmierung}
+ \item[\textbf{5}] \textbf{Dateiformate}
+ \begin{itemize}
+ \color{medgreen}
+ \item[5.1] Grafikformate
+ \item[5.2] Textdateien
+ \item[5.3] Archiv-Dateien
+ \item[5.4] Binärdateien
+ \item[5.5] Ausführbare Dateien
+ \end{itemize}
+ \item[\textbf{6}] \textbf{Pipelining}
+ \begin{itemize}
+ \color{red}
+ \item[6.1]Konzept
+ \item[6.2]Arithmetik-Pipelines
+ \item[6.3]Instruktions-Pipelines
+ \end{itemize}
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\setcounter{section}{4}
+\section{Dateiformate}
+\subsection{Grafikdateien}
+\subsubsection{Pixelgrafik}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsection
+ \showsubsection
+ \showsubsubsection
+
+ Jeden Bildpunkt einzeln abspeichern
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Farben als Zahlen abspeichern, z.\,B.\ Rot-, Grün- und Blauanteil\\
+ verbreitet: jeweils 8 Bit pro Farbkanal
+ \item
+ Farben als Tabelle abspeichern:\\
+ pro Bildpunkt ein Index für Tabelle, in der der Farbwert steht
+ \item
+ Speziell: nur 2 Farben (Vordergrund, Hintergrund)\\
+ 1 Bit pro Pixel
+ \end{itemize}
+
+ \medskip
+
+ Kompression
+ \begin{itemize}
+ \item
+ unkomprimiert: PBM, PGM, PPM, XBM
+ \item
+ verlustfrei: GIF, PNG (für Grafiken)
+ \item
+ verlustbehaftet: JPEG (für Fotos)
+ \end{itemize}
+
+ \vfilll
+
+ \strut\hfill
+ \begin{picture}(0,0)
+ \put(0,0){\makebox(0,0)[br]{\includegraphics[height=1cm]{logo-hochschule-bochum.jpg}}}
+ \put(0,1.5){\makebox(0,0)[br]{\includegraphics[height=1cm]{logo-hochschule-bochum.png}}}
+ \end{picture}
+
+\end{frame}
+
+\subsubsection{Vektorgrafik}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsection
+ \showsubsection
+ \showsubsubsection
+
+ Bildelemente über ihre Koordinaten abspeichern
+ \begin{itemize}
+ \item
+ geeignet für Grafiken, normalerweise nicht für Fotos
+ \item
+ kleine Dateigrößen, skalierbar
+ \end{itemize}
+
+ \medskip
+
+ Kompression
+ \begin{itemize}
+ \item
+ unkomprimiert: PostScript, SVG
+ \item
+ komprimiert: PDF\\
+ (kann auch PNG oder JPEG enthalten)
+ \end{itemize}
+
+ \vfilll
+
+ \strut\hfill
+ \begin{picture}(0,0)
+ \put(0,0){\makebox(0,0)[br]{\includegraphics[height=1cm]{logo-hochschule-bochum.jpg}}}
+ \put(0,1.5){\makebox(0,0)[br]{\includegraphics[height=1cm]{logo-hochschule-bochum.png}}}
+ \put(0,3){\makebox(0,0)[br]{\includegraphics[height=1cm]{logo-hochschule-bochum.pdf}}}
+ \end{picture}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Textdateien}
+
+\begin{frame}
+ \showsection
+ \showsubsection
+
+ Zeichenkodierungen
+ \begin{itemize}
+ \item
+ 7 Bit: ASCII
+ \item
+ 8 Bit: CP-437, CP-850, ISO 8859-1, ISO 8859-5, ISO 8859-15, \dots
+ \item
+ 32 Bit: Unicode\\
+ 16-Bit-Kodierung: UTF-16\\
+ 8-Bit-Kodierung: UTF-8
+ \item
+ für URLs: Punycode
+ \item
+ historisch: Baudot-Code (5 Bit), EBCDIC (8 Bit)
+ \end{itemize}
+
+ \medskip
+
+ Zeilentrennzeichen
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Unix: LF
+ \item
+ MS-DOS/Windows, HTTP: CR LF
+ \item
+ frühere Mac-Rechner: CR
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Archiv-Dateien}
+
+\begin{frame}
+ \showsection
+ \showsubsection
+
+ \begin{itemize}\itemsep\medskipamount
+ \item
+ einzelne Datei, komprimiert:\\
+ .gz, .bz2, .xz\\
+ .ppm.xz-Dateien sind kleiner als .png-Dateien
+ \item
+ mehrere Dateien, zusammengefaßt:\\
+ .ar, .tar
+ \item
+ mehrere Dateien, zusammengefaßt und komprimiert:\\
+ .tar.gz, .tar.bz2, .tar.xz, .zip, .7z
+ \item
+ Spezialfall: mehrere Text-Dateien in standardisierter .zip-Datei:\\
+ OpenDocument (LibreOffice u.\,a.): .odt, .ods, .odp, \dots\\
+ Office-Open-XML (Microsoft): .docx, .xlsx, .pptx, \dots
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Binärdateien}
+
+\begin{frame}
+ \showsection
+ \showsubsection
+
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Ein Programm speichert seine Speicherinhalte\\
+ i.\,w.\ "`einfach so"' auf einem Datenträger.
+ \arrowitem
+ Bereits kleinste Versionsunterschiede führen zu Problemen.
+ \item
+ Beispiel: MS-Office-Dateien (.doc, .xls, .ppt)
+ \item
+ Besser: komprimierte Text-Dateien (.odt, .ods, .odp, .docx, .xlsx, .pptx)
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Ausführbare Dateien}
+
+\begin{frame}
+
+ \visible<1->{\showsection\showsubsection}
+
+ Man kann Maschinenprogramme nicht "`einfach so"' in den Speicher laden.
+
+% \pause
+ \bigskip
+
+ Sprünge anpassen
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Relokation: Relokationstabelle
+ \item
+ Linken: Symboltabelle
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsubsection
+
+ \vspace*{-0.5cm}
+
+ \begin{center}
+ \setlength{\unitlength}{0.8cm}
+ \begin{picture}(15,6)(0,-1.25)
+ \footnotesize
+
+ \put(0,1.0){\line(1,0){15}}
+ \multiput(0,1)(0.1,0){151}{\line(0,1){0.1}}
+ \put(0,1.1){\line(1,0){15}}
+ \put(0,0.8){\makebox(0,0)[tl]{Ausführbare Binärdatei}}
+ \put(0.5,1.2){$\overbrace{\rule{1.0\unitlength}{0pt}}$}
+ \put(2.0,1.2){$\overbrace{\rule{1.0\unitlength}{0pt}}$}
+ \put(3.5,1.2){$\overbrace{\rule{11.5\unitlength}{0pt}}$}
+
+ \put(0,4.0){\line(1,0){5}}
+ \multiput(0,3.5)(0.5,0){11}{\line(0,1){0.5}}
+ \put(0,3.5){\line(1,0){5}}
+ \put(0,4.2){\makebox(0,0)[bl]{Relokationstabelle}}
+ \put(1.0,3.4){\line(0,-1){1.9}}
+ \put(3.75,3.4){\vector(1,-2){1.2}}
+ \put(4.25,3.4){\vector(1,-1){2.4}}
+ \put(4.75,3.4){\vector(2,-1){4.8}}
+
+ \put(4.95,0.7){\line(0,1){0.25}}
+ \put(4.95,0.7){\line(1,0){0.5}}
+ \put(5.45,0.7){\vector(0,1){0.25}}
+ \put(6.65,0.7){\line(0,1){0.25}}
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+ \put(9.55,0.6){\line(0,1){0.35}}
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+ \put(7.25,0.4){\makebox(0,0)[t]{Sprünge innerhalb des Programms}}
+
+ \put(6,4.0){\line(1,0){5}}
+ \multiput(6,3.5)(0.5,0){11}{\line(0,1){0.5}}
+ \put(6,3.5){\line(1,0){5}}
+ \put(6,4.2){\makebox(0,0)[bl]{Symboltabelle}}
+ \put(6.4,3.4){\line(-2,-1){3.8}}
+ \put(10.25,3.4){\vector(1,-2){1.2}}
+ \put(10.75,3.4){\vector(1,-1){2.4}}
+
+ \put(9.25,1.55){\line(0,1){1}}
+ \put(8.50,2.60){\makebox(0,0)[b]{Maschinenprogramm}}
+
+ \put(11.45,0.95){\vector(0,-1){1}}
+ \put(11.45,-0.10){\makebox(0,0)[t]{\lstinline{scanf}}}
+ \put(13.15,0.95){\vector(0,-1){1}}
+ \put(13.15,-0.10){\makebox(0,0)[t]{\lstinline{printf}}}
+ \put(12.30,-0.50){\makebox(0,0)[t]{Sprünge aus dem Programm heraus}}
+
+ \end{picture}
+ \end{center}
+
+ \vspace*{-1.2cm}
+
+ \begin{onlyenv}<2>
+
+ Ausführbare Binärdatei:
+
+ \smallskip
+
+ Relokationstabelle,\\
+ Symboltabelle für dynamischen Linker
+
+ \smallskip
+
+ Formate: a.out, COFF, ELF, \dots\\
+ Dateiendungen: (keine), .elf, .com, .exe, .scr
+
+ \end{onlyenv}
+
+ \begin{onlyenv}<3>
+
+ Objektdatei:
+
+ \smallskip
+
+ Relokationstabelle,\\
+ Symboltabellen für statischen und dynamischen Linker
+
+ \smallskip
+
+ Formate: a.out, COFF, ELF, \dots\\
+ Dateiendungen: .o, .obj
+
+ \end{onlyenv}
+
+ \begin{onlyenv}<4->
+
+ \strut\\
+ Bibliothek:
+
+ \smallskip
+
+ Zusammenfassung mehrerer Objekt-Dateien
+
+ \smallskip
+
+ Statische Bibliotheken: .a, .lib\\
+ Dynamische Bibliotheken: .so, .dll
+
+ \end{onlyenv}
+
+\end{frame}
+
+\subsubsection{Die Toolchain}
+
+\begin{frame}[fragile]
+
+ \showsubsection
+ \showsubsubsection
+
+ \vspace*{-1.5cm}
+ \begin{center}
+ \addtolength{\leftskip}{4cm}
+ \small
+ \newcommand{\vtextarrow}[1]{%
+ \begin{picture}(0,0.8)
+ \put(0,0.8){\vector(0,-1){0.8}}
+ \put(0.125,0.4){\makebox(0,0)[l]{#1}}
+ \end{picture}}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut menschliche Gedanken}}
+
+ \vtextarrow{Texteditor}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut C-Quelltext}} % (z.\,B.\ hello.c)}}
+
+ \vtextarrow{Compiler}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut Assembler-Quelltext}} % (z.\,B.\ hello.s, hello.asm)}}
+
+ \vtextarrow{Assembler}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut Objekt- und Bibliothek-Dateien}} % (z.\,B.\ hello.o, hello.obj)}}
+
+ \vtextarrow{Linker}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut ausführbare Binärdatei}} % (z.\,B.\ hello, hello.exe)}}
+
+ \vtextarrow{Loader}
+
+ \framebox{\shortstack{\strut Programm im Speicher bereit zur Ausführung}}
+ \end{center}
+
+% \pause
+ \vspace*{-7cm}
+ Automatischer Aufruf:
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Entwicklungsumgebungen\\
+ (z.\,B.\ Eclipse, Code::Blocks, \dots)
+ \medskip
+ \item
+ \file{gcc} = Compiler\\
+ \hspace*{3em}+ Assembler\\
+ \hspace*{3em}+ Linker\\
+ \hspace*{3em}+ \dots
+ \medskip
+ \item
+ \file{make} kann \emph{alles} aufrufen
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsubsection{Besonderheiten von Mikrocontrollern}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsubsection
+ \showsubsubsection
+
+ Kein Betriebssystem\\ % \pause\\
+ \textarrow\ kein Relocator, kein dynamischer Linker\\ % \pause\\
+ \textarrow\ Wir müssen dem Mikrocontroller alles "`mundgerecht"' servieren.
+
+% \pause
+ \smallskip
+
+ \begin{itemize}
+ \item
+ fertiges ROM: Hersteller
+ \item
+ Flash-Speicher und In-System Programmer (ISP)
+ \item
+ Flash-Speicher und Boot-Loader
+ \end{itemize}
+
+ \smallskip
+
+ In jedem Fall: statisch linken, Relokation vorher
+ \begin{picture}(0,0)
+ \color{red}
+ \put(0.1,0.1){\line(1,0){1.2}}
+ \put(1.3,0.1){\vector(0,1){2.2}}
+ \end{picture}\\
+ \textarrow\ ELF-Datei in HEX-Datei umwandeln
+
+ \smallskip
+
+ Format: Intel-Hex-Format\\
+ Dateiendung: .hex
+
+\end{frame}
+
+\section{Pipelining}
+\subsection{Konzept}
+
+\newcommand{\wm}{\raisebox{-0.3cm}{\includegraphics[width=1.0cm]{Waschen_30.pdf}}}
+\newcommand{\wt}{\raisebox{-0.3cm}{\includegraphics[width=1.0cm]{Trommeltrocknen.pdf}}}
+\newcommand{\be}{\raisebox{-0.3cm}{\includegraphics[width=1.0cm]{Buegeln.pdf}}}
+
+\begin{frame}
+ \showsection
+
+% \pause
+ \showsubsection
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Aufgabe in Teilaufgaben zerlegen
+ \item
+ Teilaufgaben parallel ausführen
+ \end{itemize}
+
+ \pause
+ \bigskip
+ Beispiel: Wäsche waschen
+% \pause
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Teilaufgaben: \wm, \wt, \be
+ \pause
+ \item
+ müssen nacheinander ausgeführt werden\pause: Datenfluß
+ \pause
+ \item
+ belegen jeweils 1 Ressource
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\begin{frame}
+
+ 3 Ladungen Wäsche
+ \begin{center}
+ \begin{onlyenv}<1-2>
+ \begin{picture}(12,3.5)
+ \thicklines
+ \put(1,1){\wm}
+ \put(2,1){\wt}
+ \put(3,1){\be}
+ \put(4,2){\wm}
+ \put(5,2){\wt}
+ \put(6,2){\be}
+ \put(7,3){\wm}
+ \put(8,3){\wt}
+ \put(9,3){\be}
+ \put(-0.1,0.5){\vector(1,0){11.1}}
+ \put(11.5,0.5){\makebox(0,0){$t$}}
+ \put(10.5,1.0){\makebox(0,0)[r]{ineffizient}}
+ \end{picture}\\[\medskipamount]
+ \end{onlyenv}
+ \begin{onlyenv}<2-4>
+ \begin{picture}(12,3.5)
+ \thicklines
+ \put(1,1){\wm}
+ \put(2,1){\wt}
+ \put(3,1){\be}
+ \put(2,2){\wm}
+ \put(3,2){\wt}
+ \put(4,2){\be}
+ \put(3,3){\wm}
+ \put(4,3){\wt}
+ \put(5,3){\be}
+ \put(-0.1,0.5){\vector(1,0){11.1}}
+ \put(11.5,0.5){\makebox(0,0){$t$}}
+ \put(10.5,1.0){\makebox(0,0)[r]{effizient}}
+ \end{picture}\\[\medskipamount]
+ \end{onlyenv}
+ \begin{onlyenv}<3->
+ \begin{picture}(12,3.5)
+ \thicklines
+ \put(1,1){\wm}
+ \put(2,1){\wt}
+ \put(3,1){\be}
+ \put(1,2){\wm}
+ \put(2,2){\wt}
+ \put(3,2){\be}
+ \put(1,3){\wm}
+ \put(2,3){\wt}
+ \put(3,3){\be}
+ \put(-0.1,0.5){\vector(1,0){11.1}}
+ \put(11.5,0.5){\makebox(0,0){$t$}}
+ \put(10.5,1.0){\makebox(0,0)[r]{noch effizienter}}
+ \color{red}
+ \thicklines
+ \put(0.5,0.8){\only<4->{\line(4,1){10}}}
+ \put(0.5,3.3){\only<4->{\line(4,-1){10}}}
+ \put(7.5,1.7){\only<4->{\mbox{\shortstack{Ressourcen-\\konflikt}}}}
+ \end{picture}\\[\medskipamount]
+ \end{onlyenv}
+ \begin{onlyenv}<5->
+ \begin{picture}(12,3.5)
+ \thicklines
+ \put(1,1){\wm}
+ \put(2,1){\wt}
+ \put(3,1){\be}
+ \put(1,2){\wt}
+ \put(2,2){\be}
+ \put(3,2){\wm}
+ \put(1,3){\be}
+ \put(2,3){\wm}
+ \put(3,3){\wt}
+ \put(-0.1,0.5){\vector(1,0){11.1}}
+ \put(11.5,0.5){\makebox(0,0){$t$}}
+ \put(10.5,1.0){\makebox(0,0)[r]{noch effizienter}}
+ \color{red}
+ \thicklines
+ \put(0.5,0.8){\only<6->{\line(4,1){10}}}
+ \put(0.5,3.3){\only<6->{\line(4,-1){10}}}
+ \put(7.5,1.7){\only<6->{\mbox{\shortstack{Daten-\\konflikt}}}}
+ \end{picture}%
+ \end{onlyenv}
+ \end{center}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Arithmetik-Pipelines}
+
+\newcommand{\insns}[1]{%
+ \begin{picture}(0,0)
+ \put(0,0){\line(1,0){2}}
+ \put(2,0){\line(0,-1){#1}}
+ \put(2,-#1){\vector(-1,0){2}}
+ \end{picture}}
+
+\newcommand{\insnsup}[1]{%
+ \begin{picture}(0,0)
+ \put(0,0){\line(1,0){2}}
+ \put(2,0){\line(0,1){#1}}
+ \put(2,#1){\vector(-1,0){2}}
+ \end{picture}}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsubsection
+ "`Register-FIFO"'
+
+ \pause
+ \smallskip
+
+ Pseudo-Code: Berechnung von
+ \begin{displaymath}
+ S = \left(\begin{array}{c}a_1\\a_2\\a_3\end{array}\right)
+ \cdot\left(\begin{array}{c}b_1\\b_2\\b_3\end{array}\right)
+ = a_1 \cdot b_1
+ + a_2 \cdot b_2
+ + a_3 \cdot b_3
+ \end{displaymath}
+ mit einer Pipeline der Länge 3
+
+ \pause
+ \medskip
+
+ \begingroup
+ \setlength{\unitlength}{\baselineskip}%
+ \begin{picture}(0,0)(-5.0,-0.25)
+ \color{red}
+ \put(0,0.0){\only<4->{\insns{3}}}
+ \put(0.5,-1){\only<5->{\insns{2.9}}}
+ \put(1.0,-2){\only<6->{\insns{3}}}
+ \put(0.5,-4.1){\only<8->{\insns{2.8}}}
+ \put(0.5,-7.1){\only<11->{\insns{2.9}}}
+ \put(-1.5,-9.25){\only<15->{\shortstack{Daten-\\konflikt}}}
+ \end{picture}%
+ \color{structure}
+ push $a_1 \cdot b_1$\\
+ \pause
+ \pause
+ push $a_2 \cdot b_2$\\
+ \pause
+ push $a_3 \cdot b_3$\\
+ \pause
+ $s_1$ = pop\\
+ \pause
+ push $s_1 + \mbox{pop}$\\
+ \pause
+ $s_3$ = pop\\
+ \pause
+ nop\\
+ \pause
+ push $s_3 + \mbox{pop}$\\
+ \pause
+ nop\\
+ \pause
+ nop\\
+ \pause
+ $S$ = pop\\
+ \endgroup
+ \pause
+ \pause
+ \begin{picture}(0,0)
+ \color{red}
+ \put(5,3.8){\makebox(0,0)[l]{$\left.\rule{0pt}{1.2cm}\right\}$ effizient: Pipeline gefüllt}}
+ \put(5,1.4){\makebox(0,0)[l]{$\left.\rule{0pt}{1.2cm}\right\}$ ineffizient: "`Blasen"'}}
+ \end{picture}
+ \pause
+ \vspace*{-1.25cm}
+ \begin{flushright}
+ \dots\ aber immer noch effizienter als\\
+ 3 Schritte für jede Operation
+ \end{flushright}
+
+\end{frame}
+
+\subsectionnonumber{Reales Beispiel: \break Vektor-Addition auf i860}
+
+\begin{frame}[fragile]
+
+ \begin{minipage}[t]{5cm}
+ \raggedright
+ \showsubsectionnonumber
+ \begin{lstlisting}
+ .align 8
+ .globl _vadd
+ nop
+ _vadd:
+ shr 1,r19,r19
+ bte r19,r0,exitadd
+ addu 0x000F,r16,r16
+ andnot 0x000F,r16,r16
+ adds -16,r16,r16
+ addu 0x000F,r17,r17
+ andnot 0x000F,r17,r17
+ adds -16,r17,r17
+ addu 0x000F,r18,r18
+ andnot 0x000F,r18,r18
+ adds -16,r18,r18
+ mov -1,r20
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \begin{minipage}[t]{5cm}
+ \begin{lstlisting}
+ fld.q 16(r16)++,f16
+ fld.q 16(r17)++,f20
+ pfadd.dd f16,f20,f0
+ bla r20,r19,loopadd
+ pfadd.dd f18,f22,f0
+ loopadd:
+ d.pfadd.dd f0,f0,f0
+ fld.q 16(r16)++,f16
+ d.pfadd.dd f0,f0,f24
+ fld.q 16(r17)++,f20
+ d.pfadd.dd f16,f20,f26
+ bla r20,r19,loopadd
+ d.pfadd.dd f18,f22,f0
+ fst.q f24,16(r18)++
+ nop
+ nop
+ nop
+ exitadd:
+ bri r1
+ nop
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+
+\end{frame}
+
+\lstdefinestyle{shybubble}{basicstyle=\color{lightgray},
+ moredelim=**[is][\color{structure}]{¡}{¿},
+ moredelim=**[is][\only<7->{\color{red}}]{°}{¿}}
+
+\begin{frame}[fragile]
+
+ \begin{minipage}[t]{5cm}
+ \raggedright
+ \showsubsectionnonumber
+ \begin{lstlisting}[style=shybubble]
+ .align 8
+ .globl _vadd
+ nop
+ _vadd:
+ shr 1,r19,r19
+ bte r19,r0,exitadd
+ addu 0x000F,r16,r16
+ andnot 0x000F,r16,r16
+ adds -16,r16,r16
+ addu 0x000F,r17,r17
+ andnot 0x000F,r17,r17
+ adds -16,r17,r17
+ addu 0x000F,r18,r18
+ andnot 0x000F,r18,r18
+ adds -16,r18,r18
+ mov -1,r20
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+ \begin{minipage}[t]{5cm}
+ \begin{lstlisting}[style=shybubble]
+ ¡fld.q 16(r16)++,f16
+ fld.q 16(r17)++,f20
+ pfadd.dd f16,f20,f0
+ bla r20,r19,loopadd
+ pfadd.dd f18,f22,f0
+ loopadd:
+ d.pfadd.dd °f0,f0,f0¿
+ fld.q 16(r16)++,f16
+ d.pfadd.dd °f0,f0¿,f24
+ fld.q 16(r17)++,f20
+ d.pfadd.dd f16,f20,f26
+ bla r20,r19,loopadd
+ d.pfadd.dd f18,f22,°f0¿
+ fst.q f24,16(r18)++¿
+ nop
+ nop
+ nop
+ exitadd:
+ bri r1
+ nop
+ \end{lstlisting}
+ \end{minipage}
+
+ \pause
+ \begingroup
+ \setlength{\unitlength}{\baselineskip}%
+ \begin{picture}(0,0)(-21.0,-17.6)
+ \color{red}
+ \put(0,0){\only<2->{\insns{5.9}}}
+ \put(1.0,-2){\only<3->{\insns{6.0}}}
+ \put(-7,-9){\only<4->{\line(-1,0){1}}}
+ \put(-8,-9){\only<4->{\line(0,-1){2}}}
+ \put(-8,-11){\only<4->{\line(-1,0){1}}}
+ \put(-9,-11){\only<4->{\line(0,1){8}}}
+ \put(-9,-3){\only<4->{\vector(1,0){0.7}}}
+ \put(0.8,-7.8){\only<5->{\insnsup{1.7}}}
+ \put(0.8,-10){\only<6->{\insnsup{1.8}}}
+ \put(-0.5,-12.5){\only<7->{\mbox{6mal f0 = 2 Blasen}}}
+ \end{picture}%
+ \endgroup
+
+ \vspace{-2cm}
+ \begin{flushright}
+ \only<8->{Immerhin: 2 Additionen in 4 Taktzyklen}
+
+ \medskip
+
+ \only<9->{Dies ist ein \emph{einfaches} Beispiel.}
+ \end{flushright}
+
+\end{frame}
+
+\subsection{Instruktions-Pipelines}
+
+\begin{frame}[fragile]
+
+ \showsubsection
+
+ Ein Prozessor benötigt Zeit, um einen Befehl zu verstehen.
+
+ \textarrow\ Während Befehlsausführung nächste Befehle vorauslesen
+
+ \medskip
+
+ \begin{lstlisting}[style=shy]
+ ².L3:
+ movw r30,r20¿
+ ³add r30,r18¿
+ °adc r31,r19¿
+ ¤mov r24,r18
+ subi r24,lo8(-(1))
+ st Z,r24
+ subi r18,lo8(-(1))
+ sbci r19,hi8(-(1))
+ cp r22,r18
+ cpc r23,r19¿
+ ¢brge .L3¿
+ æret¿
+ \end{lstlisting}
+
+ \begin{picture}(0,0)
+ \color{red}
+ \put(0.5,1.00){\only<8->{\line(-1,0){0.4}}}
+ \put(0.1,1.00){\only<8->{\line(0,1){4.15}}}
+ \put(0.1,5.15){\only<8->{\vector(1,0){0.4}}}
+ \put(0.5,0.90){\only<9->{\line(-1,0){0.4}}}
+ \put(0.1,0.90){\only<9->{\line(0,-1){0.35}}}
+ \put(0.1,0.55){\only<9->{\vector(1,0){0.4}}}
+ \put(2.5,0.825){\only<10->{\begin{minipage}[t]{8cm}
+ bedingter Sprung:
+ Welche Befehle vorauslesen?\\[\smallskipamount]
+ \only<11->{Kontrollflußkonflikt}
+ \end{minipage}}}
+ \end{picture}
+
+ \begin{flushright}
+ \vspace*{-0.5cm}
+ \only<12->{Lösungsansatz: Zweigvorhersage}
+ \vspace*{-1cm}
+ \end{flushright}
+
+\end{frame}
+
+\subsubsectionnonumber{Zweigvorhersage -- Branch Prediction}
+
+\begin{frame}[fragile]
+
+ \showsubsection
+ \showsubsubsectionnonumber
+
+ \begin{itemize}
+ \setlength{\unitlength}{\baselineskip}%
+ \pause
+ \item
+ Sprünge nach oben sind Schleifen: "`Ja"'\\
+ Sprünge nach unten sind Auswahl-Verzweigungen: "`Nein"'
+ \pause
+ \item
+ Delayed Branches: Sprungbefehl verspätet ausführen\\
+ \textarrow\ Optimierung manuell oder durch Compiler
+ \pause
+ \medskip
+ \begin{lstlisting}
+ loopadd:
+ d.pfadd.dd f0,f0,f0
+ fld.q 16(r16)++,f16
+ d.pfadd.dd f0,f0,f24
+ fld.q 16(r17)++,f20
+ d.pfadd.dd f16,f20,f26
+ bla r20,r19,loopadd
+ d.pfadd.dd f18,f22,f0
+ fst.q f24,16(r18)++
+ \end{lstlisting}
+ \begin{picture}(0,0)(-9.6,-12.2)
+ \color{red}
+ \put(-7,-9){\line(-1,0){1}}
+ \put(-8,-9){\line(0,-1){2}}
+ \put(-8,-11){\line(-1,0){1}}
+ \put(-9,-11){\line(0,1){8}}
+ \put(-9,-3){\vector(1,0){0.7}}
+ \end{picture}
+ \pause
+ \item
+ Branch History Table: Sprünge merken
+ \pause
+ \item
+ \dots
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\subsectionnonumber{Zusammenfassung}
+
+\begin{frame}
+
+ \showsection
+ \showsubsectionnonumber
+
+ \begin{itemize}
+ \item
+ Teilaufgaben parallel ausführen
+ \item
+ Arithmetik-Pipelines führen Berechnungen parallel aus,\\
+ Instruktions-Pipelines lesen Befehle voraus
+ \item
+ Ressourcen-, Daten- und Kontrollflußkonflikte führen zu "`Blasen"'
+ \item
+ Zweigvorhersage reduziert Kontrollflußkonflikte in Instruktions-Pipelines
+ \begin{itemize}
+ \item
+ nach oben / nach unten
+ \item
+ Delayed Branches: manuell optimieren
+ \item
+ Branch History Table: Sprünge merken
+ \end{itemize}
+ \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+\nosectionnonumber{\inserttitle}
+
+\begin{frame}
+
+ \shownosectionnonumber
+
+ \begin{itemize}
+ \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung}
+ \item[\textbf{2}] \textbf{Vom Schaltkreis zum Computer}
+ \item[\textbf{3}] \textbf{Assember-Programmierung}
+ \item[\textbf{4}] \textbf{Hardwarenahe Programmierung}
+ \item[\textbf{5}] \textbf{Dateiformate}
+ \item[\textbf{6}] \textbf{Pipelining}
+ \begin{itemize}
+ \color{medgreen}
+ \item[6.1]Konzept
+ \item[6.2]Arithmetik-Pipelines
+ \item[6.3]Instruktions-Pipelines
+ \end{itemize}
+ \end{itemize}
+
+ \bigskip
+
+ \hfill{\large\color{medgreen}\em Viel Erfolg bei der Klausur!}
+
+\end{frame}
+
+\end{document}