Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương: Nhập môn - Nguyễn Ngọc Hóa

 Kiến trúc máy tính
 Nhập môn
 NGUYỄN Ngọc Hoá
 Bộ môn Hệ thống thông tin, Khoa CNTT 
 Trường Đại học Công nghệ,
 Đại học Quốc gia Hà Nội
7 September 2015 Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn
 Nhập môn 
  Khái niệm chung
  Kiến trúc và tổ chức
  Cấu trúc và chức năng
  Kiến trúc Von Neuman
  Phân loại kiến trúc
  Lịch sử phát triển
  Hiệu năng và luật Moore
  Một số kiến trúc máy tính hiện đại
  Kiến trúc x86 và x86-64
  Kiến trúc UltraSparc
  Tổng kết và bài tập
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 2
 Khái niệm chung
  Kiến trúc máy tính
  Kiến trúc : hướng đến mục tiêu xây dựng sản phẩm từ những thành
 phần đã có theo một phương thức nào đó
  Ví dụ: kiến trúc chip, kiến trúc mạng Internet, kiến trúc hệ thống email, 
  Wikipedia: 
 - “computer architecture is the practical art of selecting and interconnecting 
 hardware components to create computers that meet functional, 
 performance and cost goals and the formal modelling of those systems”.
 - “The coordination of abstract levels of a processor under changing forces, 
 involving design, measurement and evaluation. It also includes the overall 
 fundamental working principle of the internal logical structure of a computer 
 system”
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 3
 Architecture & Organization
  Architecture: thiết kế logic của máy Mathematics
 tính, đặc tả bởi những thuộc tính mà Algorithms
 người lập trình có thể sử dụng được
  Tập lệnh, cơ chế vào/ra, số bits dùng để Applications
 biểu diễn dữ liệu
 Operating Systems
  VD: Có lệnh Nhân hay không?
 Architecture
  Organization: thiết kế vật lý của máy Organization
 tính, đặc tả bởi những cách thức cài 
 Digital Logic
 đặt các chức năng, thao tác
  Tín hiệu điều khiển, giao diện, công nghệ VLSI Design
 nhớ.
 Semiconductor Manf.
  VD: Bộ nhân đã được cài đặt trực tiếp hay 
 thông qua một dãy các phép cộng? Physics
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 4
 Kiến trúc và tổ chức 
  Họ Intel x86 chia sẻ cùng một kiến 
 trúc cơ bản
  Họ Ultrasparc cũng chia sẻ cùng 
 một kiến trúc cơ bản
  Tuy nhiên, tổ chức của chúng lại 
 khác nhau giữa các phiên bản
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 5
 Vai trò của kiến trúc máy tính
  Computer Architecture cho phép:
  Khai thác những thế mạnh công nghệ
  Sản xuất các thiết bị nhanh hơn, bé hơn, rẻ hơn, xạch hơn (tiêu thụ ít 
 năng lượng).
  Cải thiện được hiệu năng của hệ thống (latency, throughput).
  Mang đến những ứng dụng mới, khả năng mới
  Sự phát triển của kiến trúc máy tính được xem là mấu chốt 
 cho sự phát triển của những lĩnh vực tính toán khác!
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 6
 Structure & Function
  Cấu trúc: cách để các thành phần liên kết với nhau
  Chức năng: hoạt động của các thành phần cá nhân trong 
 một phần của cấu trúc
  Chức năng của mọi máy tính:
  Data processing - Xử lý dữ liệu
  Data Storage - Lưu giữ dữ liệu
  Data Movement - Chuyển dữ liệu
  Control - Điều khiển
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 7
 Mối liên hệ giữa các chức năng
 Hệ điều hành 
 (nguồn/đích dữ liệu)
 Bộ 
 chuyển 
 dữ liệu
 Bộ kiểm 
 soát
 Bộ lưu 
 Bộ xử lý
 trữ
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 8
 Trao đổi dữ liệu 
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 9
 Lưu trữ 
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 10
 Xử lý thông tin 
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 11
 Xử lý và kết xuất thông tin
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 12
 Cấu trúc máy tính – top view
 Peripherals Computer
 Central Main 
 Processing Memory
 Unit
 Computer
 Systems
 Interconnection
 Input
 Output
 Communication
 lines
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 13
 Cấu trúc CPU
 CPU
 Computer Arithmetic
 Registers and 
 I/O Logic Unit
 System CPU
 Bus
 Internal CPU
 Memory Interconnection
 Control
 Unit
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 14
 Cấu trúc Control Unit
 Control Unit
 CPU
 Sequencing
 ALU Logic
 Control
 Internal
 Unit
 Bus
 Control Unit 
 Registers Registers and 
 Decoders
 Control
 Memory
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 15
 Mô hình máy Von Neuman
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 16
 Phân loại kiến trúc máy tính
  Scalar Processor Vector Processor
  Register machine (Turing) Stack machine
  Quantum computer Chemical computer
 Reaction-diffusion computer
 Belousov–Zhabotinsky computer
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 17
 Phân loại kiến trúc máy tính
  Harvard architecture von Neumann architecture
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 18
 Phân loại kiến trúc máy tính
  Non-Uniform Memory Access (NUMA) computers
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 19
 Phân loại kiến trúc máy tính
  Cellular architecture
Computer Architecture –DepartmentDepartment ofof InformationInformation SystemsSystems @@ HoáNGUYỄN NGUYEN Ngọc Hoá 20