Bài Giảng Kiến Trúc Máy Tính ( Combo Full Slides 6 Chương )

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Giới thiệu p  Là khoa học sở ngành CNTT p  Khoa học chọn lựa thành phần phần cứng hiệu cao, giá thành rẻ sở công ty công nghệ (Apple, IoT Misfit, …) p  Rất nhiều sản phẩm từ IoT (giá vài đô), đến hệ thống lớn (nhiều triệu đô) -> Đều gọi máy tính p  Học khốI chức cho hệ thống máy tính hồn chỉnh Các nội dung p  Chương 1: Giới thiệu chung p  Chương 2: Khối xử lý trung tâm – CPU p  Chương 3: Tập lệnh máy tính p  Chương 4: Bộ nhớ p  Chương 5: Bộ nhớ p  Chương 6: Hệ thống bus thiết bị ngoại vi Tài liệu tham khảo p  Bài giảng “Kiến trúc máy tính” – Hồng Xn Dậu p  Stallings W., Computer Organization and Architecture, Prentice – Hall 2013 p  Hennesy J.L and Patterson D.A., Computer Architecture A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann, 2003 p  Trần Quang Vinh, Cấu trúc máy vi tính, Nhà xuất Giáo dục, 1999 p  Hồ Khánh Lâm, Kỹ thuật vi xử lý, Nhà xuất Bưu điện, 2005 Kiến trúc máy tính There are four main structural components of the computer: ª  CPU – điều khiển xử lý liệu máy tính ª  Bộ nhớ – Lưu liệu ª  Cổng vào (I/O) – chuyển liệu máy tính mơi trường bên ngồi ª  Kết nối hệ thống – Các chế đảm bảo thông tin thông suốt CPU, nhớ trung tâm, cổng vào (I/O) Chương 1: Giới thiệu chung Chương 1: Nội dung 1.  2.  3.  4.  5.  6.  Khái niệm kiến trúc tổ chức máy tính Cấu trúc chức máy tính Lịch sử phát triển máy tính Kiến trúc Von Neumann Kiến trúc Harvard Biểu diễn liệu máy tính Kiến trúc tổ chức máy tính p  Kiến trúc máy tính (computer architecture): khoa học lựa chọn kết nối thành phần phần cứng máy tính nhằm đạt yêu cầu: Hiệu năng: nhanh tốt n  Chức năng: nhiều chức n  Giá thành: rẻ tốt n  p  Tổ chức máy tính (computer organization): khoa học nghiên cứu thành phần máy tính phương thức làm việc chúng dựa kiến trúc cho trước Ví dụ p  Computer Architecture: IBM Thinkpad, Iphone, Android Phones Thiết kế hệ thống dòng sản phẩm p  Computer Organization Các hệ máy khác với kiến trúc phần cứng Các đời Thinkpad khác nhau: T40, T50, n  Iphone 4, 4s, 5, 5s, 6, 6s, 7, 7s, … n  Samsung S2, S3, S4, S5, S6,… n  10 Kiến trúc tổ chức máy tính p  thành phần kiến trúc máy tính 1.  Kiến trúc tập lệnh (ISA): hình ảnh trừu tượng máy tính mức ngơn ngữ máy (hoặc hợp ngữ), bao gồm: p  p  p  p  Tập lệnh Các chế độ địa nhớ Các ghi Khuôn dạng địa liệu 11 Sơ đồ khối PCI bus 55 Các tín hiệu bus PCI p  Các tín hiệu để bắt đầu giao dịch: REQ#: Initiator (bên khởi tạo) gửi tín hiệu yêu cầu bus n  GNT#: Arbiter (bộ Tùy chọn) gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus n  p  Tín hiệu điều khiển giao dịch: FRAME#: bắt đầu chu kỳ bus n  IRDY#: Initiator sẵn sàng n  DEVSEL#: target xác nhận bắt đầu giao dịch n  TRDY: target sẵn sàng n  STOP#: dừng giao dịch n  56 Các pha giao dịch bus PCI p  Một giao dịch PCI (một phiên truyền liệu bus PCI – transaction) thường gồm giai đoạn: Arbitration (pha tùy chọn): khởi tạo giao dịch n  Address (pha địa chỉ): xác định địa bên tham gia giao dịch n  Data (pha liệu): truyền liệu n  57 Các pha giao dịch bus PCI p  Pha tùy chọn: Thiết bị PCI (initator) gửi tín hiệu REQ# tới Arbiter để yêu cầu dùng bus n  Nếu bus rỗi, Arbiter gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# cho initator n  Nếu bus bận, yêu cầu thêm vào hàng đợi n  Các tín hiệu GNT# bị Arbiter hủy lúc n  Thiết bị PCI cấp tín hiệu GNT# bắt đầu giao tác PCI bus rỗi (idle) n  58 Các pha giao tác bus PCI p  Pha địa chỉ: Thiết bị PCI có tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# bắt đầu giao tác PCI cách gửi tín hiệu FRAME# gửi địa thiết bị đích lệnh tương ứng (đọc/ ghi) n  Các thiết bị PCI khác kiểm tra địa lệnh, xem có phải thiết bị đích hay khơng Thiết bị đích (có địa trùng với địa gửi Initator) gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# đến Initator n  Thiết bị đích phải gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# vịng chu kỳ đồng hồ n  59 PCI bus – pha địa 60 Bus PCI – pha liệu p  p  Sau pha địa (DEVSEL# …) vài pha liệu Kết thúc pha liệu, thiết bị đích gửi tín hiệu STOP# 61 Bus AGP - Accelerated Graphics Port p  AGP Intel phát triển năm 1993 p  Băng thông: 32 bit p  Tốc độ truyền liệu: n  n  n  n  1x: 66MHz, 266MB/s 2x: 133MHz, 533MB/ s 4x: 266MHz, 1066MB/s 8x: 533MHz, 2133MB/s 62 Bus AGP 63 AGP Card Fall 2009 Comp Architecture - Computer Buses 64 Bus PCI express p  PCI express (còn gọi PCIe) Intel phát triển năm 2004 p  Độ rộng bus: – 32 p  Kiểu truyền thông: nối tiếp (point to point) p  Dung lượng: n  Một luồng (lane): p  p  p  n  v1.x: 250 MB/s v2.0: 500 MB/s v3.0: GB/s Kênh 16 làn: p  p  p  v1.x: GB/s v2.0: GB/s v3.0: 16 GB/s 65 Khe cắm bus PCI Express Fall 2009 Comp Architecture - Computer Buses 66 Bus PCI Express vs PCI Các thiếu bị dùng PCI chia sẻ bus chung, thiết bị dùng PCIe có kết nối riêng tới chuyển mạch Fall 2009 Comp Architecture - Computer Buses 67 Kiến trúc bus PCIe p  PCIe cấu trúc từ liên kết nối tiếp điểm tới điểm p  Một cặp liên kết nối tiếp (theo chiều ngược nhau) tạo thành luồng(lane) p  Các luồng định tuyến qua chuyển mạch (crossbar switch) bảng mạch p  Các khe PCIe vật lý chứa từ – 32 68 Kiến trúc PCIe – bus nối tiếp p  PCIe sử dụng giao thức truyền nối tiếp tránh vấn đề lệch thời gian (time skew) – yếu tố làm giảm tốc độ: Các bus song song (ISA, PCI, AGP) yêu cầu tất bit liệu cần truyền tới điểm đích thời điểm n  Vì vấn đề lệch thời gian, bit khối liệu cần truyền khơng đến đích thời gian, gây khó khăn việc phục hồi từ liệu cuối n  Đối với bus nối tiếp, khơng có vấn đề thời gian chúng khơng u cầu bit khối liệu cần truyền tới đích thời điểm n  69