Xem mẫu
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
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
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
Tài liệu tham khảo chính
1. William Stallings - Computer Organization and
Architecture – Designing for Performance – 2003 (6th
edition)
2. Behrooz Parhami - Computer Architecture: From
Microprocessors to Supercomputers - 2005
3. David A. Patterson & John L. Hennessy Computer Organization and Design: The
Hardware/Software Interface – 2002 (third edition)
4. John L. Hennessy & David A. Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach –
2003 (third edition)
8 September 2009
1
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
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ
Chương 3. Kiến trúc vào-ra
Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý
Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến
Hệ thống máy tính
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
8 September 2009
2
Bài giảng Hệ thống máy tính
NKK-HUT
NKK-HUT
1.1. Sự phát triển của của máy tính
Nội dung
1. Các thế hệ máy tính
Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử
chân không (1950s)
Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor
(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)
1.1. Sự phát triển của máy tính
1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính
1.3. Hiệu năng máy tính
8 September 2009
8 September 2009
NKK-HUT
NKK-HUT
Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI
Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế
tạo trên một chip.
Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một
hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều
chức năng điều khiển và nối ghép.
Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory):
ROM, RAM
Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy
tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip.
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
Luật Moore
Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel
Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng
Giá thành của chip hầu như không thay đổi
Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn
Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên
Điện năng tiêu thụ ít hơn
Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó
tăng độ tin cậy
8 September 2009
3
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
4004
Bộ vi xử lý đầu tiên
4-bit
8080
Bộ vi xử lý đa năng đầu tiên
8-bit
Sử dụng trong PC đầu tiên – Altair
Sự phát triển của Intel x86
80386
32-bit
Hỗ trợ đa nhiệm
80486
Tăng cường bộ nhớ cache trên chip
Đường ống lệnh
Có bộ đồng xử lý toán trên chip
Pentium
Siêu vô hướng
Bus dữ liệu 64-bit
Đa lệnh được thực hiện song song
8086
5MHz – 29,000 transistors
16-bit
8088 (bus dữ liệu bên ngoài 8-bit) sử dụng trong IBM PC
đầu tiên
Pentium Pro
Tăng cường tổ chức siêu vô hướng
Dự đoán rẽ nhánh
Phân tích luồng dữ liệu
Suy đoán đông
80286
Đánh địa chỉ bộ nhớ được16 Mbyte
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
8 September 2009
4
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
tính:
Xử lý đồ họa, video & audio
Pentium III
Cách nhìn logic của máy tính từ người lập
trình (hardware/software interface)
Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture
– ISA)
Thêm các lệnh xử lý dấu phẩy động cho đồ họa
3D
Pentium 4
Tăng cường xử lý số dấu phẩy động và
multimedia
Là định nghĩa hẹp
Duo Core: 2 bộ xử lý trên chip
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:
software
Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture):
nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập
trình (hardware/software interface).
Instruction Set Architecture
Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên
cứu thiết kế máy tính ở mức cao,chẳng hạn như hệ
thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU.
memory
arithmetic
Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi
tiết và công nghệ đóng gói của máy tính.
Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và
phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh.
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
input
control
output
CPU
Processor
Architecture
Memory
Architecture
I/O Architecture
8 September 2009
5
nguon tai.lieu . vn
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
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
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
Tài liệu tham khảo chính
1. William Stallings - Computer Organization and
Architecture – Designing for Performance – 2003 (6th
edition)
2. Behrooz Parhami - Computer Architecture: From
Microprocessors to Supercomputers - 2005
3. David A. Patterson & John L. Hennessy Computer Organization and Design: The
Hardware/Software Interface – 2002 (third edition)
4. John L. Hennessy & David A. Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach –
2003 (third edition)
8 September 2009
1
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
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ
Chương 3. Kiến trúc vào-ra
Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý
Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến
Hệ thống máy tính
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
Nguyễn Kim Khánh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
8 September 2009
2
Bài giảng Hệ thống máy tính
NKK-HUT
NKK-HUT
1.1. Sự phát triển của của máy tính
Nội dung
1. Các thế hệ máy tính
Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử
chân không (1950s)
Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor
(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)
1.1. Sự phát triển của máy tính
1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính
1.3. Hiệu năng máy tính
8 September 2009
8 September 2009
NKK-HUT
NKK-HUT
Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI
Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế
tạo trên một chip.
Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một
hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều
chức năng điều khiển và nối ghép.
Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory):
ROM, RAM
Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy
tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip.
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
Luật Moore
Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel
Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng
Giá thành của chip hầu như không thay đổi
Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn
Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên
Điện năng tiêu thụ ít hơn
Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó
tăng độ tin cậy
8 September 2009
3
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
4004
Bộ vi xử lý đầu tiên
4-bit
8080
Bộ vi xử lý đa năng đầu tiên
8-bit
Sử dụng trong PC đầu tiên – Altair
Sự phát triển của Intel x86
80386
32-bit
Hỗ trợ đa nhiệm
80486
Tăng cường bộ nhớ cache trên chip
Đường ống lệnh
Có bộ đồng xử lý toán trên chip
Pentium
Siêu vô hướng
Bus dữ liệu 64-bit
Đa lệnh được thực hiện song song
8086
5MHz – 29,000 transistors
16-bit
8088 (bus dữ liệu bên ngoài 8-bit) sử dụng trong IBM PC
đầu tiên
Pentium Pro
Tăng cường tổ chức siêu vô hướng
Dự đoán rẽ nhánh
Phân tích luồng dữ liệu
Suy đoán đông
80286
Đánh địa chỉ bộ nhớ được16 Mbyte
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
8 September 2009
4
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
tính:
Xử lý đồ họa, video & audio
Pentium III
Cách nhìn logic của máy tính từ người lập
trình (hardware/software interface)
Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture
– ISA)
Thêm các lệnh xử lý dấu phẩy động cho đồ họa
3D
Pentium 4
Tăng cường xử lý số dấu phẩy động và
multimedia
Là định nghĩa hẹp
Duo Core: 2 bộ xử lý trên chip
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:
software
Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture):
nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập
trình (hardware/software interface).
Instruction Set Architecture
Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên
cứu thiết kế máy tính ở mức cao,chẳng hạn như hệ
thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU.
memory
arithmetic
Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi
tiết và công nghệ đóng gói của máy tính.
Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và
phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh.
8 September 2009
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
input
control
output
CPU
Processor
Architecture
Memory
Architecture
I/O Architecture
8 September 2009
5