Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 1 - Nguyễn Kim Khánh

Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Contact<br /> Offices: 322-C1 - DCE, SoICT<br /> Mobile: 091-358-5533<br /> <br /> HỆ THỐNG MÁY TÍNH<br /> <br /> e-mail:<br /> <br /> Computer System<br /> <br /> khanhnk@mail.hut.edu.vn<br /> khanhnk@it-hut.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh, PhD. in Computer Engineering<br /> Bộ môn Kỹ thuật máy tính<br /> Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Mục tiêu học phần<br /> Giới thiệu các kiến thức cơ bản về hệ thống<br /> máy tính bao gồm: kiến trúc bộ nhớ, kiến trúc<br /> vào-ra, kiến trúc CPU và các kiến trúc máy<br /> tính song song, cũng như các vấn đề cơ bản<br /> trong thiết kế một hệ thống máy tính.<br /> Sinh viên có khả năng đánh giá được hiệu<br /> năng của các họ máy tính, khai thác và sử<br /> dụng hiệu quả các loại máy tính và có khả<br /> năng tiếp cận để phát triển các hệ máy tính<br /> nhúng phục vụ các mục đích chuyên dụng.<br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> Tài liệu tham khảo chính<br /> 1. William Stallings - Computer Organization and<br /> Architecture – Designing for Performance – 2003 (6th<br /> edition)<br /> 2. Behrooz Parhami - Computer Architecture: From<br /> Microprocessors to Supercomputers - 2005<br /> 3. David A. Patterson & John L. Hennessy Computer Organization and Design: The<br /> Hardware/Software Interface – 2002 (third edition)<br /> 4. John L. Hennessy & David A. Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach –<br /> 2003 (third edition)<br /> 8 September 2009<br /> <br /> 1<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Tài liệu tham khảo ...<br /> <br /> Tài liệu tham khảo ...<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Nội dung học phần<br /> Chương 1. Giới thiệu chung<br /> Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ<br /> Chương 3. Kiến trúc vào-ra<br /> Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý<br /> Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến<br /> <br /> Hệ thống máy tính<br /> <br /> Chương 1<br /> GIỚI THIỆU CHUNG<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 2<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> 1.1. Sự phát triển của của máy tính<br /> <br /> Nội dung<br /> <br /> 1. Các thế hệ máy tính<br /> Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử<br /> chân không (1950s)<br /> Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor<br /> (1960s)<br /> Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI,<br /> MSI và LSI (1970s)<br /> Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI<br /> (1980s)<br /> Thế hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch<br /> ULSI, SoC (1990s đến nay)<br /> <br /> 1.1. Sự phát triển của máy tính<br /> 1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính<br /> 1.3. Hiệu năng máy tính<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI/ULSI<br /> Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế<br /> tạo trên một chip.<br /> Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một<br /> hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều<br /> chức năng điều khiển và nối ghép.<br /> Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory):<br /> ROM, RAM<br /> Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy<br /> tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip.<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> Luật Moore<br /> Gordon Moore – người đồng sáng lập Intel<br /> Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng<br /> Giá thành của chip hầu như không thay đổi<br /> Mật độ cao hơn, do vậy đường dẫn ngắn hơn<br /> Kích thước nhỏ hơn dẫn tới độ phức tạp tăng lên<br /> Điện năng tiêu thụ ít hơn<br /> Hệ thống có ít các chip liên kết với nhau, do đó<br /> tăng độ tin cậy<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 3<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Tăng trưởng số transistor trong chip CPU<br /> <br /> 2. Sự phát triển của bộ vi xử lý<br /> 1971: bộ vi xử lý 4-bit Intel 4004<br /> 1972-1977: các bộ xử lý 8-bit<br /> 1978-1984: các bộ xử lý 16-bit<br /> Khoảng từ 1985: các bộ xử lý 32-bit<br /> Khoảng từ 2000: các bộ xử lý 64-bit<br /> Các bộ xử lý đa lõi (multicores)<br /> Các bộ vi điều khiển (microcontroller)<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Sự phát triển của Intel x86<br /> 4004<br /> Bộ vi xử lý đầu tiên<br /> 4-bit<br /> <br /> 8080<br /> Bộ vi xử lý đa năng đầu tiên<br /> 8-bit<br /> Sử dụng trong PC đầu tiên – Altair<br /> <br /> Sự phát triển của Intel x86<br /> 80386<br /> 32-bit<br /> Hỗ trợ đa nhiệm<br /> <br /> 80486<br /> Tăng cường bộ nhớ cache trên chip<br /> Đường ống lệnh<br /> Có bộ đồng xử lý toán trên chip<br /> <br /> Pentium<br /> Siêu vô hướng<br /> Bus dữ liệu 64-bit<br /> Đa lệnh được thực hiện song song<br /> <br /> 8086<br /> 5MHz – 29,000 transistors<br /> 16-bit<br /> 8088 (bus dữ liệu bên ngoài 8-bit) sử dụng trong IBM PC<br /> đầu tiên<br /> <br /> Pentium Pro<br /> Tăng cường tổ chức siêu vô hướng<br /> Dự đoán rẽ nhánh<br /> Phân tích luồng dữ liệu<br /> Suy đoán đông<br /> <br /> 80286<br /> Đánh địa chỉ bộ nhớ được16 Mbyte<br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 4<br /> <br /> Bài giảng Hệ thống máy tính<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Sự phát triển của Intel x86<br /> <br /> 1.2. Định nghĩa kiến trúc máy tính<br /> <br /> Pentium II<br /> Công nghệ MMX<br /> <br /> Định nghĩa trước đây về kiến trúc máy<br /> tính:<br /> <br /> Xử lý đồ họa, video & audio<br /> <br /> Pentium III<br /> <br /> Cách nhìn logic của máy tính từ người lập<br /> trình (hardware/software interface)<br /> Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture<br /> – ISA)<br /> <br /> Thêm các lệnh xử lý dấu phẩy động cho đồ họa<br /> 3D<br /> <br /> Pentium 4<br /> Tăng cường xử lý số dấu phẩy động và<br /> multimedia<br /> <br /> Là định nghĩa hẹp<br /> <br /> Duo Core: 2 bộ xử lý trên chip<br /> Core 2: Kiến trúc 64-bit<br /> Core 2 Quad – 3GHz – 820 triệu transistors<br /> 4 bộ xử lý trong 1chip<br /> 8 September 2009<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> NKK-HUT<br /> <br /> Định nghĩa của Hennessy/ Patterson<br /> <br /> Tổ chức cơ bản của máy tính<br /> <br /> Kiến trúc máy tính bao gồm:<br /> software<br /> <br /> Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture):<br /> nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập<br /> trình (hardware/software interface).<br /> <br /> Instruction Set Architecture<br /> <br /> Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên<br /> cứu thiết kế máy tính ở mức cao,chẳng hạn như hệ<br /> thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU.<br /> <br /> memory<br /> arithmetic<br /> <br /> Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi<br /> tiết và công nghệ đóng gói của máy tính.<br /> <br /> Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và<br /> phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh.<br /> 8 September 2009<br /> <br /> Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN<br /> <br /> input<br /> <br /> control<br /> <br /> output<br /> <br /> CPU<br /> <br /> Processor<br /> Architecture<br /> <br /> Memory<br /> Architecture<br /> <br /> I/O Architecture<br /> <br /> 8 September 2009<br /> <br /> 5<br /> <br />