Chương 1: W1 coa introduction

Bài giảng tổ chức và cấu trúc máy tính của trường đại học công nghệ thông tin, chương 1. Bài giảng là slide powerpoint cung cấp đầy đủ kiến thức, bài tập, kỹ năng cho sinh viên về chương 1 của môn tổ chức và cấu trúc máy tính

Computer Organization and Architecture

(Tổ chức và Kiến trúc Máy tính)

Chapter 1

Introduction

Adapted from Computer Organization and Design, 4 th Edition,

Patterson & Hennessy, © 2008, MK

What You Will Learn

 Lịch sử phát triển của máy tính

 Làm thế nào để chương trình được dịch

sang ngôn ngữ máy?

 Và làm thế nào để phần cứng thực thi ?

 Giao tiếp phần cứng/phần mềm

Chapter 1 — Introduction— 3

The Computer Revolution

 Sự tiến bộ trong công nghệ máy tính

 Transistor đầu tiên được phát minh khi nào?

 Được phát minh năm 1947 bởi Bardeen và cộng sự

tại Bell Laboratories

The Computer evolution

The Computer evolution

Chapter 1 — Introduction— 3

Phiên bản đầu tiên của

transitor

 Mạch tích hợp (Integrated circuit – IC) được

phát minh khi nào?

 Năm 1958, IC tạo ra bởi Jack Kilby (Texas

Instruments)

The Computer evolution

MOORE’s Law

Chapter 1 — Introduction— 3

https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count

MOORE’s Law con’t

Technology trend

Chapter 1 — Introduction— 3

scaling >0.35 >0.5 >0.5 Energy scaling will slow down

Bulk Planar CMOS High Probability Low Probability

Alternate, 3G etc Low Probability High Probability

Variability Medium High Very High

ILD (K) ~3 <3 Reduce slowly towards 2 to 2.5

RC Delay 1 1 1 1 1 1 1 1

Metal Layers 6-7 7-8 8-9 0.5 to 1 layer per generation

DRAM capacity

Frequency 3.6 GHz

Cache 8 MB SmartCacheBus Speed 8 GT/s DMI3

TDP 35 W

Impacts of Advancing Technology

 Processor

 logic capacity: increases about 30% per year

 performance: 2x every 1.5 to 2 years

 Memory

 DRAM capacity: 4x every 3 years, about 60% per

year

 speed: 1.5x every 10 years

 cost per bit: decreases about 25% per year

Growth Capacity of DRAM Chips

K = 1024 (210)

In recent years growth rate has slowed to 2x every 2 year

Chapter 1 — Introduction— 3

Classes of Computers

 Máy tính cá nhân - Desktop computer

 Phục vụ mục đích chung, phần mềm đa dạng

 Hiệu suất và chi phí thấp.

 Máy chủ - Server computer

 Network based – truy cập từ xa qua mạng.

 Hiệu suất, dung lượng và độ tin cậy cao.

 Thực hiện khối lượng công việc lớn, các chức năng chuyên biệt

 Máy tính nhúng - Embedded computer

 Được nhúng trong một hệ thống

 Công suất, chi phí thấp, dùng cho một ứng

Chapter 1 — Introduction— 3

Classes of Computers

 Siêu máy tính - Supercomputers

 Công suất cao, chi phí cao.

 Bao gồm hàng trăm đến hàng ngàn bộ xử lý

 Dung lượng lưu trữ từ terabytes -> petabytes

Growth in Cell Phone Sales (Embedded)

Chapter 1 — Introduction— 3

• Where else are embedded processors found?

 Compiler: translates HLL code to machine code

 Operating System: service code

 Handling input/output

 Managing memory and storage

 Scheduling tasks & sharing resources

Levels of Program Code

Below the Program, Con’t

Chapter 1 — Introduction— 3

Below the Program, Con’t

 Chương trình ngôn ngữ cấp cao(in C)

swap (int v[], int k)(int temp;

Below the Program, Con’t

 Ngôn ngữ lập trình cấp cao: Các ngôn ngữ có tính linh động (portable) như C, Fortran, Java; bao gồm các từ và kí hiệu số học, có thể được dịch sang ngôn ngữ Assembly bởi một trình biên dịch.

Below the Program, Con’t

 Assembly language: ngôn ngữ hợp ngữ

mô tả lệnh của máy tính thông qua kí hiệu biểu diễn (symbol)

Below the Program, Con’t

 Ngôn ngữ máy nhị phân: Biểu diễn nhị

phân của các lệnh của máy

Khó để phát hiện lỗi và thay đổi

Chapter 1 — Introduction— 3

Components of a Computer

 Các thành phần giống nhau cho tất cả các loại máy tính

 Desktop, server, embedded

 Input/output

 Các thiết bị người dùng

 Display, keyboard, mouse

 Các thiết bị lưu trữ

 Hard disk, CD/DVD, flash

 Small low-res camera

 Basic image processor

 Looks for x, y movement

 Buttons & wheel

 Supersedes roller-ball

mechanical mouse

Through the Looking Glass

 LCD screen: picture elements (pixels)

 Mirrors content of frame buffer memory

Chapter 1 — Introduction— 3

Opening the Box

Inside the Processor (CPU)

 Đường dữ liệu: thực hiện các phép toán trên dữ liệu

 Bộ điều khiển

 Cache memory

 Bộ nhớ SRAM tốc độ cao để truy xuất dữ tức thời đến dữ liệu.

Chapter 1 — Introduction— 3

Inside the Processor

 AMD Barcelona: 4 processor cores

A Safe Place for Data

 Không lưu lệnh và dữ liệu khi tắt nguồnLoses instructions and data when power off

 Ổ từ

 Bộ nhớ Flash

 Ổ đĩa quang (CDROM, DVD)

Chapter 1 — Introduction— 3

Networks

 Communication and resource sharing

 Local area network (LAN): Ethernet

 Within a building

 Wide area network (WAN: the Internet

 Wireless network: WiFi, Bluetooth