intTypePromotion=1

Hệ thống máy tính

Chia sẻ: Nguyen Trong Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

0
139
lượt xem
21
download

Hệ thống máy tính

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giới thiệu các kiến thức cơ bản về hệ thống máy tính bao gồm: kiến trúc bộ nhớ, kiến trúc vào-ra, kiến trúc CPU và các kiến trúc máy tính song song, cũng như các vấn đề cơ bản trong thiết kế một hệ thống máy tính. Sinh viên có khả năng đánh giá được hiệu năng của các họ máy tính, khai thác và sử dụng hiệu quả các loại máy tính và có khả năng tiếp cận để phát triển các hệ máy tính nhúng phục vụ các mục đích chuyên dụng. 8 September 2009...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hệ thống máy tính

  1. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT Contact „ Offices: 322-C1 - DCE, SoICT „ Mobile: 091-358-5533 HỆ THỐNG MÁY TÍNH „ e-mail: Computer System „ khanhnk@mail.hut.edu.vn „ khanhnk@it-hut.edu.vn Nguyễn Kim Khánh, PhD. in Computer Engineering Bộ môn Kỹ thuật máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Mục tiêu học phần Tài liệu tham khảo chính 1. William Stallings - Computer Organization and „ Giới thiệu các kiến thức cơ bản về hệ thống Architecture – Designing for Performance – 2003 (6th máy tính bao gồm: kiến trúc bộ nhớ, kiến trúc edition) vào-ra, kiến trúc CPU và các kiến trúc máy 2. Behrooz Parhami - Computer Architecture: From tính song song, cũng như các vấn đề cơ bản Microprocessors to Supercomputers - 2005 trong thiết kế một hệ thống máy tính. 3. David A. Patterson & John L. Hennessy - „ Sinh viên có khả năng đánh giá được hiệu Computer Organization and Design: The năng của các họ máy tính, khai thác và sử Hardware/Software Interface – 2002 (third edition) dụng hiệu quả các loại máy tính và có khả năng tiếp cận để phát triển các hệ máy tính 4. John L. Hennessy & David A. Patterson - nhúng phục vụ các mục đích chuyên dụng. Computer Architecture: A Quantitative Approach – 2003 (third edition) 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1
  2. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Tài liệu tham khảo ... Tài liệu tham khảo ... 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Nội dung học phần Hệ thống máy tính „ Chương 1. Giới thiệu chung „ Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ Chương 1 „ Chương 3. Kiến trúc vào-ra „ Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý GIỚI THIỆU CHUNG „ Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2
  3. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Nội dung 1.1. Sự phát triển của của máy tính 1. Các thế hệ máy tính „ Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử 1.1. Sự phát triển của máy tính chân không (1950s) 1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính „ Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor 1.3. Hiệu năng máy tính (1960s) „ Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s) „ Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s) „ Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSI, SoC (1990s đến nay) 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI Luật Moore „ Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế „ Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel tạo trên một chip. „ Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng „ Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều „ Giá thành của chip hầu như không thay đổi chức năng điều khiển và nối ghép. „ Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn „ Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory): „ Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên ROM, RAM „ Điện năng tiêu thụ ít hơn „ Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy „ Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip. tăng độ tin cậy 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3
  4. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Tăng trưởng số transistor trong chip CPU 2. Sự phát triển của bộ vi xử lý „ 1971: bộ vi xử lý 4-bit Intel 4004 „ 1972-1977: các bộ xử lý 8-bit „ 1978-1984: các bộ xử lý 16-bit „ Khoảng từ 1985: các bộ xử lý 32-bit „ Khoảng từ 2000: các bộ xử lý 64-bit „ Các bộ xử lý đa lõi (multicores) „ Các bộ vi điều khiển (microcontroller) 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Sự phát triển của Intel x86 Sự phát triển của Intel x86 „ 80386 „ 4004 „ 32-bit „ Bộ vi xử lý đầu tiên „ Hỗ trợ đa nhiệm „ 4-bit „ 80486 „ 8080 „ Tăng cường bộ nhớ cache trên chip „ Bộ vi xử lý đa năng đầu tiên „ Đường ống lệnh „ 8-bit „ Có bộ đồng xử lý toán trên chip „ Sử dụng trong PC đầu tiên – Altair „ Pentium „ 8086 „ Siêu vô hướng „ Bus dữ liệu 64-bit „ 5MHz – 29,000 transistors „ Đa lệnh được thực hiện song song „ 16-bit „ 8088 (bus dữ liệu bên ngoài 8-bit) sử dụng trong IBM PC „ Pentium Pro đầu tiên „ Tăng cường tổ chức siêu vô hướng „ Dự đoán rẽ nhánh „ 80286 „ Phân tích luồng dữ liệu „ Đánh địa chỉ bộ nhớ được16 Mbyte „ Suy đoán đông 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4
  5. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Sự phát triển của Intel x86 1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính „ Pentium II „ Công nghệ MMX „ Định nghĩa trước đây về kiến trúc máy „ Xử lý đồ họa, video & audio tính: „ Pentium III „ Thêm các lệnh xử lý dấu phẩy động cho đồ họa „ Cách nhìn logic của máy tính từ người lập 3D trình (hardware/software interface) „ Pentium 4 „ Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture „ Tăng cường xử lý số dấu phẩy động và – ISA) multimedia „ Duo Core: 2 bộ xử lý trên chip „ Là định nghĩa hẹp „ Core 2: Kiến trúc 64-bit „ Core 2 Quad – 3GHz – 820 triệu transistors „ 4 bộ xử lý trong 1chip 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Định nghĩa của Hennessy/ Patterson Tổ chức cơ bản của máy tính „ Kiến trúc máy tính bao gồm: „ Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): software nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập Instruction Set Architecture trình (hardware/software interface). „ Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên input cứu thiết kế máy tính ở mức cao,chẳng hạn như hệ control memory thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU. „ Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi arithmetic output tiết và công nghệ đóng gói của máy tính. CPU „ Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh. Processor Memory I/O Architecture Architecture Architecture 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5
  6. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Kiến trúc bộ xử lý Kiến trúc bộ nhớ instruction cycle • Phân cấp hệ thống nhớ CPU • instruction fetch • Nguyên lý cục bộ hóa tham chiếu bộ nhớ Controller • instruction decode Program Counter(PC) • operand fetch • instruction execution Instruction Reg(IR) • write result • update PC Status signal Control Signal Main Memory Register Program ALU Data Arithmetic Unit 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Kiến trúc vào-ra Kiến trúc vào-ra „ Chênh lệch tốc độ giữa thiết bị vào-ra bus M«-®un Cæng ThiÕt bÞ với CPU và bộ nhớ vµo-ra ngo¹i vi hÖ vµo-ra thèng „ Các kỹ thuật thực hiện: „ Ngắt: rút ngắn thời gian đợi đáp ứng từ nèi ghÐp Cæng vµo-ra ThiÕt bÞ ngo¹i vi thiết bị vào-ra víi CPU vµ bé nhí „ DMA: Phần cứng dành riêng để truyền dữ chÝnh liệu giữa thiết bị vào-ra với bộ nhớ chính M«-®un Cæng ThiÕt bÞ vµo-ra ngo¹i vi vµo-ra 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 6
  7. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Kiến trúc máy tính và hệ điều hành 1.3. Hiệu năng máy tính (performance) 1 user Hiệu năng = Thời gian thực hiện multi programming support 1 application program Hiệu năng = OS •OS mode / user mode Thời gian thực hiện của CPU •process dispatch hardware resource management •memory protection Thời gian thực hiện của CPU = = Số lệnh × (Số chu kỳ của một lệnh) × (Thời hardware gian của một chu kỳ) = Số lệnh × CPI / (Tần số xung nhịp) processor memory I/O device 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT CPI (Cycles Per Instruction) MIPS (Million Instruction Per Second) CPI là số chu kỳ cần thiết để thực hiện lệnh Số triệu lệnh được thực hiện trong 1 second Số lệnh được thực hiện × CPI Thời gian thực hiện = Số lệnh được thực hiện Tần số xung nhịp MIPS = Thời gian thực hiện × Tần số xung nhịp Thời gian thực hiện×106 CPI = Số lệnh được thực hiện 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 7
  8. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Quan hệ giữa MIPS và CPI MFLOPS Với CPI = 4 million of floating point operations per second – triệu phép toán số dấu phẩy động trên 1s exec time of 1 inst. exec time of 1 inst. Số phép toán số dấu phẩy động được thực hiện n inst. executed MFLOPS = program execution time(T) Thời gian thực hiện×106 1 n T=n・CPI・ MIPS= GFLOPS(109 ) f T・106 f f MIPS= TFLOPS(1012) CPI = 106 ・CPI 106 ・MIPS 8 September 2009 8 September 2009 NKK-HUT NKK-HUT Ví dụ 1 Ví dụ 2 Tính MIPS của bộ xử lý với: Tính CPI của bộ xử lý với: Tần số xung nhịp = 2GHz và CPI = 4 Tần số xung nhịp = 1GHz và 400 MIPS 0.5ns 1ns 2ns 4x108 lệnh thực hiện trong 1s 1 chu kỳ = 1/(2x10-9) = 0,5ns Æ 1 lệnh thực hiện trong 1/(4x108)s = 2,5ns CPI = 4 Æ 1 lệnh = 4x0,5ns = 2ns Æ CPI = 2,5 Vậy bộ xử lý thực hiện được 500MIPS 8 September 2009 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 8
  9. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT Hết chương 1 8 September 2009 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 9
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2