Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1
8 September 2009 1
NKK-HUT
Hệthống máy tính
Chương 5
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH TIÊN TIẾN
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
8 September 2009 2
NKK-HUT
Nội dung học phần
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Kiến trúc bộnhớ
Chương 3. Kiến trúc vào-ra
Chương 4. Kiến trúc bộxửlý
Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến
8 September 2009 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 3
NKK-HUT
5.1. Phân loại kiến trúc máy tính
5.2. Máy tính vector và bộxửlý mảng
5.3. Một sốkiến trúc MIMD thông dụng
5.4. Bộxử lý đa lõi
Nội dung
8 September 2009 Bài giảng Kiến trúc Máy tính 4
NKK-HUT
5.1. Phân loại kiến trúc máy tính
Phân loại của Michael Flynn (1966)
SISD - Single Instruction Stream, Single Data Stream
SIMD - Single Instruction Stream, Multiple Data Stream
MISD - Multiple Instruction Stream, Single Data Stream
MIMD - Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2
8 September 2009 5
NKK-HUT
SISD
CU: Control Unit
PU: Processing Unit
MU: Memory Unit
Một bộxửlý
Đơn dòng lệnh
Dữliệu được lưu trữtrong một bộnhớ
Chính là Kiến trúc von Neumann
8 September 2009 6
NKK-HUT
SIMD
8 September 2009 7
NKK-HUT
SIMD (tiếp)
Đơn dòng lệnh điều khiển đồng thời các
phần tửxửlý PE (processing elements)
Mỗi phần tửxửlý có một bộnhớdữliệu
riêng LM (local memory)
Mỗi lệnh được thực hiện trên một tập
các dữliệu khác nhau
Các mô hình SIMD
Vector Computer
Array processor
8 September 2009 8
NKK-HUT
MISD
Một luồng dữliệu cùng được truyền đến
một tập các bộxửlý
Mỗi bộxửlý thực hiện một dãy lệnh
khác nhau.
Chưa tồn tại máy tính thực tế
Có thểcó trong tương lai
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3
8 September 2009 9
NKK-HUT
MIMD
Tập các bộxửlý
Các bộxử lý đồng thời thực hiện các
dãy lệnh khác nhau trên các dữliệu
khác nhau
Các mô hình MIMD
Multiprocessors (Shared Memory)
Multicomputers (Distributed Memory)
8 September 2009 10
NKK-HUT
MIMD - Shared Memory
8 September 2009 11
NKK-HUT
MIMD - Distributed Memory
8 September 2009 12
NKK-HUT
5.2. Máy tính vector và bộxửlý mảng
Thuộc loại SIMD
Data parallelism in time = vector processing
Data parallelism in space = array processing
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4
8 September 2009 13
NKK-HUT
Phép toán trên vector
Bộxửlý tuần tự:
for i = 0 to 63 do
P[i] := W[i] ×D[i]
endfor
Bộxửlý vector:
load W
load D
P := W ×D
store P
for i = 0 to 63 do
X[i+1] := X[i] + Z[i]
Y[i+1] := X[i+1]+Y[i]
endfor
Không xửlý song
song được
8 September 2009 14
NKK-HUT
Thực hiện bộxửlý vector
Function unit 1 pipeline
To and from m emory unit
From scalar registers
Vector
register
file
Function unit 2 pipeline
Function unit 3 pipeline
Forwarding muxes
Load
unit A
Load
unit B
Store
unit
8 September 2009 15
NKK-HUT
Ví dụbộxửlý mảng
Control
broadcast Parallel
I/O
Processor array
Control
Switches
8 September 2009 16
NKK-HUT
5.3. Một sốkiến trúc MIMD thông dụng
1.SMP (Symmetric Multiprocessors)
Bài giảng Hệthống máy tính
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5
8 September 2009 17
NKK-HUT
SMP (tiếp)
Một máy tính có n >= 2 bộxửlý giống nhau
Các bộxửlý dùng chung bộnhớvà hệthống
vào-ra
Thời gian truy cập bộnhớlà bằng nhau với
các bộxửlý
Tất cảcác bộxửlý chia sẻtruy nhập vào-ra
Các bộxửlý có thểthực hiện chức năng
giống nhau
Hệthống được điều khiển bởi một hệ điều
hành phân tán
8 September 2009 18
NKK-HUT
Ưu điểm của SMP
Hiệu năng
Các công việc có thểthực hiện song song
Tính sẵn dùng
Các bộxửlý có thểthực hiện các chức
năng giống nhau, vì vậy lỗi của một bộxử
lý sẽkhông làm dừng hệthống
Khả năng mởrộng
Người sửdụng có thể tăng hiệu năng bằng
cách thêm bộxửlý
8 September 2009 19
NKK-HUT
2. Cluster
Nhiều máy tính được kết nối với nhau
bằng mạng liên kết tốc độ cao (~ Gbps)
Mỗi máy tính có thểlàm việc độc lập
Mỗi máy tính được gọi là một node
Các máy tính có thể được quản lý làm
việc song song theo nhóm (cluster)
Toàn bộhệthống có thể coi như là một
máy tính song song
8 September 2009 20
NKK-HUT
Cluster (tiếp)
Dễdàng xây dựng và mởrộng
Tính sẵn sàng cao
Khả năng chịu lỗi
Giá thành rẻvới hiệu năng cao