1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Giáo trình
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
Tác giả: Đoàn Duy
Lê Hoài Nghĩa
TP. Hồ Chí Minh, 2020
2
Mục lục
Chương 1 GIỚI THIỆU ............................................................. 22
1.1 Ứng dụng ..................................................................... 22
1.2 Bên trong một hệ thống CPS ..................................... 25
1.3 Quy trình thiết kế ....................................................... 28
1.3.1 Xây dựng mô hình ............................................... 30
1.3.2 Thiết kế ................................................................. 32
1.4 Tổng kết ....................................................................... 35
Chương 2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG THAY ĐỔI LIÊN TỤC .... 36
2.1 Cơ học Newton ............................................................. 37
2.2 Mô hình tác nhân – Actor model .................................. 44
2.2.1 Mô hình tác nhân đơn tín hiệu vào ra .................... 44
2.2.2 Mô hình tác nhân nhiều tín hiệu vào ra ................. 48
2.3 Thuộc tính của hệ thống ............................................... 50
2.3.1 Hệ thống nhân quả ................................................. 50
2.3.2 Hệ thống không nhớ - Memoryless System .......... 52
2.3.3 Tuyến tính và bất biến theo thời gian .................... 53
2.3.4 Tính ổn định........................................................... 56
2.4 Hệ thống kiểm soát hồi đáp – Feedback control system
57
3
2.5 Tóm tắt ......................................................................... 62
2.6 Bài tập ........................................................................... 63
Chương 3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG THAY ĐỔI RỜI RẠC ...... 70
3.1 Các hệ thống thay đổi rời rạc ....................................... 70
3.2 Khái niệm về trạng thái ................................................ 76
3.3 Máy trạng thái hữu hạn ................................................ 78
3.3.1 Chuyển trạng thái................................................... 79
3.3.2 Quá trình chuyển trạng thái ................................... 84
3.3.3 Hàm cập nhật ......................................................... 88
3.3.4 Tính tất định và tính tiếp nhận ............................... 94
3.4 Máy trạng thái mở rộng ................................................ 95
3.5 Thuyết không xác định ............................................... 102
3.5.1 Mô hình hình thức ............................................... 105
3.5.2 Sử dụng thuyết không xác định ........................... 107
3.6 Hành vi và Truy vết .................................................... 108
3.7 Tóm tắt ....................................................................... 114
3.8 Bài tập ......................................................................... 114
Chương 4 HỆ THỐNG LAI ..................................................... 123
4.1 Mô hình phương thức (modal model) ........................ 124
4.1.1 Mô hình tác nhân cho máy trạng thái .................. 124
4.1.2 Đầu vào liên tục ................................................... 125
4
4.1.3 Tinh chỉnh trạng thái (state refinement) .............. 128
4.2 Phân loại của hệ thống lai .......................................... 131
4.2.1 Bộ tự động thời gian ............................................ 131
4.2.2 Hệ thống thay đổi bậc cao ................................... 137
4.2.3 Điều khiển giám sát ............................................. 146
4.3 Tóm tắt ....................................................................... 154
4.4 Bài tập ......................................................................... 155
Chương 5 TỔ HỢP MÁY TRẠNG THÁI............................... 164
5.1 Tổ hợp đồng thời ........................................................ 167
5.1.1 Khái niệm đồng bộ .............................................. 169
5.1.2 Tổ hợp đồng bộ song song .................................. 171
5.1.3 Tổ hợp không đồng bộ song song ....................... 175
5.1.4 Kế hoạch ngữ nghĩa cho thành phần bất đồng bộ 178
5.1.5 Biến chia sẻ .......................................................... 179
5.1.6 Tổ hợp xếp tầng ................................................... 184
5.1.7 Tổ hợp tổng quát .................................................. 189
5.2 Máy trạng thái phân cấp ............................................. 190
5.3 Tóm tắt ....................................................................... 197
5.4 Bài tập ......................................................................... 198
Chương 6 VI XỬ LÝ NHÚNG ................................................ 201
6.1 Các loại bộ vi xử lý .................................................... 202
5
6.1.1 Bộ vi điều khiển ................................................... 203
6.1.2 Bộ vi xử lý tín hiệu số ......................................... 204
6.1.3 Bộ vi xử lý đồ họa ............................................... 217
6.2 Xử lý song song .......................................................... 217
6.2.1 Xử lý song song và xử lý đồng thời .................... 218
6.2.2 Kiến trúc đường ống ............................................ 223
6.2.3 Song song mức lệnh ............................................ 229
6.2.4 Kiến trúc đa lõi .................................................... 237
6.3 Tóm tắt ....................................................................... 239
6.4 Bài tập ......................................................................... 240
Chương 7 KIẾN TRÚC BỘ NHỚ ........................................... 242
7.1 Công nghệ bộ nhớ ...................................................... 243
7.1.1 RAM .................................................................... 243
7.1.2 Bộ nhớ không thay đổi ........................................ 245
7.2 Phân cấp bộ nhớ ......................................................... 247
7.2.1 Ánh xạ bộ nhớ ..................................................... 248
7.2.2 Thanh ghi ............................................................. 252
7.2.3 Vùng nhớ đệm Scratchpad và bộ nhớ Cache ...... 253
7.3 Mô hình bộ nhớ .......................................................... 260
7.3.1 Địa chỉ bộ nhớ ..................................................... 261
7.3.2 Ngăn xếp .............................................................. 262