Kiến trúc máy tính

NGUYỄN Ngọc Hoá

Department of Information Systems,

University of Engineering & Technology,

Vietnam National University, Hanoi

7 September 2015

Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn

Giới thiệu môn học

 Môn học:

 Kiến trúc máy tính  Computer Architecture

 Phân bố giờ học : 3 tín chỉ

 Giảng viên: Nguyễn Ngọc Hoá

 30 giờ lý thuyết  12 giờ bài tập & ôn tập  3 giờ thảo luận trên lớp

 Lớp trưởng môn học

 Phòng 311-E3  Điện thoại: 37547.813  Email: Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

2 2

 Bach Van Thuần, 0963.131.293 , thuanbv2203@gmail.com  Phan Thi Hà Trang, 096.991.7887, hatrang1921@gmail.com

Mục tiêu

 Trang bị kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức máy tính, sơ lược quá trình phát triển ngành công nghiệp máy tính,

 Nắm bắt hoạt động và tổ chức của các bộ phận chính trong máy tính (CPU, bộ nhớ, thiết bị vào/ra, hệ thống liên kết) đặc biệt là bộ nhớ và CPU,

 Hiểu rõ về ảnh hưởng của tập lệnh và kiểu đánh địa chỉ đến hiệu năng của một máy tính computer, về quan hệ lẫn nhau giữa tập lệnh, kiểu địa chỉ, pipeline và những phân cấp của bộ nhớ (cache, chính, ảo),

 Nắm bắt được một số kiến trúc hiện đại cải thiện được hiệu năng máy tính (kiến trúc x86-64, kỹ thuật siêu luồng, đa luồng đồng thời, đa lõi,...)

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

3 3

Chuẩn đầu ra của môn học

Mục tiêu

Bậc 2

Bậc 1 Bậc 3

Nội dung 1. Kiến thức (cho phép đạt được những yêu cầu 1.4 của ma trận chuẩn đầu ra ngành HTTT và CNTT)

x

Nắm được kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức của máy tính, sơ lược quá trình phát triển ngành công nghiệp máy tính.

x Hiểu được tổ chức và cơ chế hoạt động của các thành phần chính trong máy tính, đặc biệt là bộ nhớ và CPU;

x

x Làm chủ được những điểm quan trọng trong quản lý bộ nhớ như các phương pháp ánh xạ giữa hai loại bộ nhớ, kỹ thuật thay thế, chính sách ghi, ... Hiểu và vận dụng được những vấn đề nổi bật trong kiến trúc CPU như tập lệnh, kiểu đánh địa chỉ, kỹ thuật pipeline, ..

x Phân tích và đánh giá được hiệu năng của máy tính nói chung, xác định được ảnh hưởng khi một trong những yếu tố quan trọng trong kiến trúc thay đổi đến hiệu năng của máy tính, biết cách xây dựng giải pháp nâng cao hiệu năng tính toán tuỳ theo ngữ cảnh

2. Kỹ năng

x

2.1 Kỹ năng cứng 2.1.2. Kỹ năng lập luận tư duy và giải quyết vấn đề 2.1.3. Kỹ năng nghiên cứu và khám phá kiến thức 2.1.4. Kỹ năng tư duy theo hệ thống

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

4 4

x 2.2 Kỹ năng mềm 2.2.1. Các kỹ năng cá nhân

Chương trình học

T1

1. Nhập môn

T2

2. Tổ chức cơ bản máy tính

 Khái niệm chung

 Khái niệm điều khiển theo

chương trình

 Kiến trúc và tổ chức  Cấu trúc và chức năng Lịch sử phát triển

 Nguyên lý Von Neuman  Thành phần chính của máy tính

 CPU  Bộ nhớ,

Thiết bị vào/ra  Hệ thống liên kết

 Mô hình máy tính của Von Neuman  Phân loại kiến trúc  Hiệu năng và luật Moore  Một số kiến trúc máy tính hiện đại

 Chức năng của máy tính

 Kiến trúc x86 và x86-64  Kiến trúc UltraSparc

 Khái niệm chung  Chu trình lệnh

 Bài tập

 Sơ đồ trạng thái chu trình không

có ngắt và có ngắt

 Bài tập

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

5 5

Chương trình học…

T3

3. Hệ thống liên kết

4. Bộ nhớ và các hệ thống

T456

 Mô hình liên kết thành phần

lưu trữ  Khái niệm và chiến thuật

trong máy tính  Khái niệm bus

phân cấp bộ nhớ

 Tổ chức và chức năng  Kiến trúc truyền thống  Kiến trúc hiệu năng cao

 Các đặc điểm của bus

 Bài tập & Kiểm tra

 Các đặc điểm của bộ nhớ  Bộ nhớ chính  Bộ nhớ cache  Bộ nhớ ngoài  Bài tập

T7

giữa kỳ

 Kiểu bus  Độ rộng bus  Kiểu truyền dữ liệu  Timing  Kỹ thuật phân xử (arbitrage)  Hiệu năng

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

6 6

 Ví dụ với PCI bus

Chương trình học…

T8

5. Các thiết bị vào/ra

T9

6. Số học máy tính

 Tổng quan về đơn vị số

 Các thiết bị bên ngoài  I/O Modules  Truy cập bộ nhớ trực tiếp  Kênh I/O và processors  Bài tập

học và logic - ALU  Biểu diễn thông tin số  Khái niệm thông tin số  Biểu diễn ký tự  Biểu diễn số nguyên  Biểu diễn số thực

 Logic số

 Mạch kết hợp  Bộ số học và logic  Mạch tuần tự

 Bài tập

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

7 7

Chương trình học...

7. Kiến trúc bộ vi xử lý

T10-11

T12-13

8. Cấu trúc và chức năng CPU

gặp

Intel – x86  AMD – x86-64  ARM  PowerPC

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

8 8

 Khái niệm  Biểu diễn lệnh  Định dạng (format) lệnh  Phân loại lệnh  Các phương pháp đánh địa chỉ  Ví dụ với các kiến trúc thường  Cấu trúc CPU  Chu trình lệnh  Pipeline  CISC & RISC  Superscalar  Bài tập

Chương trình học...

T14

9. Xử lý song song và đa lõi

 Một số mô hình tổ chức đa CPU

 SISD  SIMD  MISD  MIMD

 Core i7  ARM11 MPCore

T15

 Đa luồng đồng thời - SMT và siêu luồng HyperThreading  SMP và Cluster  Mô hình tổ chức hệ thống máy tính đa lõi (multicores)

10. Chữa bài tập và ôn tập chung

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

9 9

Đánh giá

 Kiểm tra giữa môn: ME

40%

 Kiểm tra hết môn: FE

60%

 Điểm môn học = 40%ME + 60%FE

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

10 10

Tài liệu tham khảo

 William Stallings, Computer Organization and Architecture, 10th Edition, Prentice Hall, 2015

 John L. Hennessy & David A. Patterson, Computer

Architecture, A quantitative approach, 5th Edition, Morgan Kaufmann, 2011

 BBC : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CLC (1516_I_INT2205_4)

http://bbc.vnu.edu.vn/webapps/portal/frameset.jsp?tab_id=_2_1&url=%2fwebap ps%2fblackboard%2fexecute%2flauncher%3ftype%3dCourse%26id%3d_2194_ 1%26url%3d

Computer Architecture – Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN

11 11