introduction.lhs

   1 %include talk.fmt
   2 \section{Introduction}
   3 \subsection{Hardware as we know it}
   4 \frame
   5 {
   6 \frametitle{Hardware}
   7 \begin{figure}
   8 \centerline{
   9 \includegraphics<1>[height=8cm]{figures/cpus/pmiphone_boardtopbig}
  10 \includegraphics<2>[height=8cm]{figures/cpus/Intel_core_i7}
  11 \includegraphics<3>[height=8cm]{figures/cpus/6600GT_GPU}
  12 \includegraphics<4>[height=8cm]{figures/cpus/Altera_StratixIV}
  13 }
  14 \label{img:chips}
  15 \end{figure}
  16 }
  17 \note[itemize]
  18 {
  19 \item Voorbeelden van hardware / chips
  20 \item Next sheet: Binnenkant iPhone met veelvoud aan chips
  21 \item Next sheet: Laatste Intel CPU
  22 \item Next sheet: Nvidia Videochip
  23 \item Next sheet: Altera FPGA
  24 }
  25
  26 \frame
  27 {
  28 \frametitle{Designing Hardware}
  29 \centerline{Design with 4 transistors}
  30 \begin{columns}[c]
  31 \column{0.6\textwidth}
  32 \vspace{-0.5cm}
  33 \begin{figure}
  34 \centerline{\includegraphics[height=6cm, trim = 0 0 0 2.5cm, clip]{figures/schakelingen/NAND}}
  35 \end{figure}
  36 \column{0.4\textwidth}
  37 \begin{figure}
  38 \centerline{\includegraphics[height=6cm, trim = 0 4.5cm 0 0, clip]{figures/schakelingen/CMOS_NAND_Layout}}
  39 \end{figure}
  40 \end{columns}
  41 }
  42 \note[itemize]
  43 {
  44 \item Next sheet: Transistor NAND design
  45 \item Met de hand ontwerpen
  46 \item Basis zijn transistoren
  47 \item Links een schematisch ontwerp, Rechts de layout van de metaal lagen
  48 }
  49
  50 \frame
  51 {
  52 \frametitle{Transistors}
  53 \begin{figure}
  54 \centerline{
  55 \includegraphics<1>[height=8cm]{figures/transistor/hr-1sttransistor}
  56 \includegraphics<2>[height=8cm]{figures/transistor/worldsfastes}
  57 \includegraphics<3>[height=8cm]{figures/transistor/nehalem_432x315}
  58 }
  59 \label{img:chips}
  60 \end{figure}
  61 }
  62 \note[itemize]
  63 {
  64 \item Next sheet: Eerste transistor 60 jaar geleden
  65 \item Next sheet: Superkleine transistoren
  66 \item Next sheet: 731 miljoen transistoren in deze chip
  67 }
  68
  69 \frame
  70 {
  71 \frametitle{Designing Hardware}
  72 \vspace{0.5cm}
  73 \centerline{\Large Drawing won't work for 730 million transistors!}
  74 \begin{figure}
  75 \centerline{\includegraphics[height=7cm]{figures/transistor/nehalem-core}}
  76 \end{figure}
  77 }
  78
  79 \note[itemize]
  80 {
  81 \item Next sheet: Floorplan 730 million
  82 \item Computer details laten uitzoeken.
  83 }
  84
  85 \frame
  86 {
  87 \frametitle{Designing Hardware}
  88 \begin{itemize}
  89 \item We design hardware in the same format as software
  90 \item We make designs in plain text!
  91 \item Software: Programming Languages
  92 \item Hardware: Hardware Description Languages
  93 \end{itemize}
  94 }
  95 \note[itemize]
  96 {
  97 \item Hardware designs worden gewoon in tekst opgeschreven.
  98 \item Maar wel in een special taal voor hardware
  99 \item Waar je voor software programmeer talen hebt,
 100 \item Heb je voor hardware zogeheette hardwarebeschrijvingstalen
 101 }
 102
 103 \frame
 104 {
 105 \frametitle{Designing Hardware}
 106 \begin{itemize}
 107 \item Algorithmic / Behavioral Descriptions:
 108 \begin{itemize}
 109 \item Describe \emph{what} the Hardware does
 110 \item Relation between input and output
 111 \end{itemize}
 112 \item Structural Descriptions:
 113 \begin{itemize}
 114 \item Describe \emph{how} the Hardware does it
 115 \item Hierarchal composition
 116 \end{itemize}
 117 \end{itemize}
 118 }
 119 \note[itemize]
 120 {
 121 \item Algoritmische beschrijvingen beschrijven wat de Hardware moet doen, niet hoe die dat doet
 122 \item Structurele beschrijvingen beschrijven hoe de Hardware dingen doet
 123 \item In Structurele beschrijvingen worden componenten opgebouwd uit simpele schakelingen en/of andere componenten
 124 \item Graag willen wij algorithmische beschrijvingen maken, en de structurele beschrijving hier automatisch van afleiden
 125 }
 126
 127 \frame
 128 {
 129 \frametitle{Why do we make Hardware?}
 130 \begin{itemize}
 131 \item We make hardware to solve problems
 132 \item Solutions (Algorithms) often described as a set of mathematical equations
 133 \item `Holy Grail' Hardware Descriptions:
 134 \begin{itemize}
 135 \item Input: Set of Mathematical Equations
 136 \item Output: Hardware that is Provably correct, Fast , Small, Cheap to manufacture, and has a low Energy Usage
 137 \end{itemize}
 138 \end{itemize}
 139 }
 140 \note[itemize]
 141 {
 142 \item We maken hardware omdat we, soms vaag gedefineerde, problemen willen oplossen.
 143 \item Oplossingen, vooral in de signaalverwerking (video, muziek, TV, etc.), zijn beschreven als een verzameling van wiskundige formules
 144 \item Heilige graal -$>$ alles automatisch
 145 \item Onbereikbaar
 146 \item Hebben we geen wiskundige programmeertalen?
 147 }
 148
 149 \frame
 150 {
 151 \frametitle{Functional Languages}
 152 \begin{itemize}
 153 \item Functionele talen liggen dicht bij de wiskunde
 154 \item Calculate $2 * 3 + 3 * 4$
 155 \begin{itemize}
 156 \item First calculate $2* 3$ ?
 157 \item Or start with $3 * 4$ ?
 158 \end{itemize}
 159 \end{itemize}
 160 }
 161
 162 \note[itemize]
 163 {
 164 \item Functionele talen eisen (vaak) geen volgorde van uitrekenen
 165 \item Hardware ook niet
 166 \item Lijkt goed overeen te komen
 167 }
 168
 169 % \frame
 170 % {
 171 % \frametitle{Mealy Machine}
 172 % \begin{figure}
 173 % \centerline{\includegraphics<1>[width=6.25cm]{mealymachine2}
 174 % \includegraphics<2>[width=6.25cm]{mealymachine2-func-red}
 175 % \includegraphics<3>[width=6.25cm]{mealymachine2-state-red}}
 176 % \label{img:mealymachine}
 177 % \end{figure}
 178 % \begin{beamercolorbox}[sep=-2.5ex,rounded=true,shadow=true,vmode]{codebox}
 179 % \begin{code}
 180 % run {-"{\color<2>[rgb]{1,0,0}"-}func{-"}"-} {-"{\color<3>[rgb]{1,0,0}"-}state{-"}"-} [] = []
 181 % run {-"{\color<2>[rgb]{1,0,0}"-}func{-"}"-} {-"{\color<3>[rgb]{1,0,0}"-}state{-"}"-} (i:inputs) = o:outputs
 182 %   where
 183 %     ({-"{\color<3>[rgb]{1,0,0}"-}state'{-"}"-}, o)  =   {-"{\color<2>[rgb]{1,0,0}"-}func{-"}"-} i {-"{\color<3>[rgb]{1,0,0}"-}state{-"}"-}
 184 %     outputs                                         =   run {-"{\color<2>[rgb]{1,0,0}"-}func{-"}"-} {-"{\color<3>[rgb]{1,0,0}"-}state'{-"}"-} inputs
 185 % \end{code}
 186 % \end{beamercolorbox}
 187 % }
 188 % \note[itemize]{
 189 % \item A Mealy machine bases its output on the current state and the input
 190 % \item State is part of the function signature
 191 % \item Both the current state, and the updated State
 192 % \item The run function simulates a mealy machine for the provided number of inputs
 193 % }
 194 %
 195 % \frame
 196 % {
 197 % \frametitle{Haskell Description}
 198 % \begin{figure}
 199 % \centerline{\includegraphics[width=6.25cm]{mealymachine2-func-red}}
 200 % \end{figure}
 201 % \begin{beamercolorbox}[sep=-2.5ex,rounded=true,shadow=true,vmode]{codebox}
 202 % \begin{code}
 203 % func ::
 204 %   InputSignal ->
 205 %   State ->
 206 %   (State, OutputSignal)
 207 % \end{code}
 208 % \end{beamercolorbox}
 209 % }
 210 % \note[itemize]{
 211 % \item In \clash{} you describe the logic part of the mealy machine
 212 % \item The state in the signature is turned into memory elements when translating to VHDL
 213 % }