Bài giảng kiến trúc máy tính

Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT Ni dung giỏo trỡnh KIN TRC MY TNH Computer Architecture TS Nguyễn Kim Khánh Chng Gii thiu chung Chng H thng mỏy tớnh Chng Biu din d liu v s hc mỏy tớnh Chng B x lý trung tõm Chng B nh mỏy tớnh Chng H thng vo-ra Chng Gii thiu kin trỳc song song Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Khoa Công nghệ thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội N2K-HUT N2K-HUT Kin trỳc mỏy tớnh Ni dung 1.1 Mỏy tớnh v phõn loi 1.2 Kin trỳc mỏy tớnh 1.3 S tin hoỏ ca mỏy tớnh Chng GII THIU CHUNG Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT 1.1 Mỏy tớnh v phõn loi Mụ hỡnh mỏy tớnh c bn Mỏy tớnh Mỏy tớnh (Computer) l thit b in t thc hin cỏc cụng vic sau: Nhn thụng tin vo, X lý thụng tin theo dóy cỏc lnh c nh sn bờn trong, a thụng tin Dóy cỏc lnh nm b nh yờu cu mỏy tớnh thc hin cụng vic c th gi l chng trỡnh (program) ặ Mỏy tớnh hot ng theo chng trỡnh N2K-HUT N2K-HUT Mụ hỡnh phõn lp ca mỏy tớnh Phõn loi mỏy tớnh Phõn loi truyn thng: Mỏy vi tớnh (Microcomputers) Mỏy tớnh nh (Minicomputers) Mỏy tớnh ln (Mainframe Computers) Siờu mỏy tớnh (Supercomputers) Phn cng (Hardware): h thng vt lý ca mỏy tớnh Phn mm (Software): cỏc chng trỡnh v d liu Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Mỏy tớnh bn (Desktop) Phõn loi mỏy tớnh hin i Mỏy tớnh bn (Desktop Computers) Mỏy ch (Servers) Mỏy tớnh nhỳng (Embedded Computers) L loi mỏy tớnh ph bin nht Cỏc loi mỏy tớnh bn: Mỏy tớnh cỏ nhõn (Personal Computers - PC) Mỏy tớnh trm lm vic (Workstations) 1981 ặ IBM gii thiu mỏy tớnh IBM-PC s dng b x lý Intel 8088 1984 ặ Apple a Macintosh s dng b x lý Motorola 68000 Giỏ thnh: 500USD n 10.000USD N2K-HUT 10 N2K-HUT Mỏy tớnh nhỳng (Embedded Computer) Mỏy ch (Server) Thc cht l mỏy phc v Dựng mng theo mụ hỡnh Client/Server (Khỏch hng/Ngi phc v) Tc v hiu nng tớnh toỏn cao Dung lng b nh ln tin cy cao Giỏ thnh: hng chc nghỡn n hng chc triu USD 11 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN c t thit b khỏc iu khin thit b ú lm vic c thit k chuyờn dng Vớ d: in thoi di ng Mỏy nh s B iu khin mỏy git, iu ho nhit Router b nh tuyn trờn mng Giỏ thnh: vi USD n hng trm nghỡn USD 12 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT 1.2 Kin trỳc mỏy tớnh Kin trỳc lnh Kin trỳc mỏy tớnh bao gm hai khớa cnh: Kin trỳc lnh ca mỏy tớnh bao gm: Tp lnh: hp cỏc chui s nh phõn mó hoỏ cho cỏc thao tỏc m mỏy tớnh cú th thc hin Cỏc kiu d liu: cỏc kiu d liu m mỏy tớnh cú th x lý Kin trỳc lnh (Instruction Set Architecture): nghiờn cu mỏy tớnh theo cỏch nhỡn ca ngi lp trỡnh T chc mỏy tớnh (Computer Organization): nghiờn cu cu trỳc phn cng mỏy tớnh ặ Kin trỳc lnh thay i chm, t chc mỏy tớnh thay i rt nhanh 13 N2K-HUT 14 N2K-HUT Cu trỳc c bn ca mỏy tớnh Cỏc thnh phn c bn ca mỏy tớnh Bộ nhớ CPU Liên kết hệ thống Hệ thống vào-ra 15 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN B x lý trung tõm (Central Processing Unit): iu khin hot ng ca mỏy tớnh v x lý d liu B nh chớnh (Main Memory): Cha cỏc chng trỡnh v d liu ang c s dng H thng vo (Input/Output System): Trao i thụng tin gia mỏy tớnh vi bờn ngoi Liờn kt h thng (System Interconnection): Kt ni v chuyn thụng tin gia cỏc thnh phn vi 16 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT 1.3 S tin hoỏ ca mỏy tớnh Mỏy tớnh dựng ốn in t Th h th nht: Mỏy tớnh dựng ốn in t chõn khụng (1946-1955) Th h th hai: Mỏy tớnh dựng transistor (1956-1965) Th h th ba: Mỏy tớnh dựng vi mch SSI, MSI v LSI (1966-1980) Th h th t: Mỏy tớnh dựng vi mch VLSI (1981 - nay) ENIAC- Mỏy tớnh in t u tiờn Electronic Numerical Intergator And Computer D ỏn ca B Quc phũng M Do John Mauchly v John Presper Eckert i hc Pennsylvania thit k Bt u t nm 1943, hon thnh nm 1946 17 N2K-HUT 18 N2K-HUT Mỏy tớnh von Neumann c im chớnh ca mỏy tớnh IAS ú l mỏy tớnh IAS: Princeton Institute for Advanced Studies c bt u t 1947, hon thnh1952 Do John von Neumann thit k c xõy dng theo ý tng chng trỡnh c lu tr (stored-program concept) ca von Neumann/Turing (1945) 19 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Bao gm cỏc thnh phn: n v iu khin, n v s hc v logic (ALU), b nh chớnh v cỏc thit b vo-ra B nh chớnh cha chng trỡnh v d liu B nh chớnh c ỏnh a ch theo tng ngn nh, khụng ph thuc vo ni dung ca nú ALU thc hin cỏc phộp toỏn vi s nh phõn n v iu khin nhn lnh t b nh, gii mó v thc hin lnh mt cỏch tun t n v iu khin iu khin hot ng ca cỏc thit b vo-ra 20 Tr thnh mụ hỡnh c bn ca mỏy tớnh Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cỏc mỏy tớnh thng mi i Hóng IBM 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) 1950s - UNIVAC II IBM - International Business Machine 1953 - IBM 701 Nhanh hn B nh ln hn Mỏy tớnh lu tr chng trỡnh u tiờn ca IBM S dng cho tớnh toỏn khoa hc 1955 IBM 702 Cỏc ng dng thng mi 21 N2K-HUT 22 N2K-HUT Mỏy tớnh dựng vi mch SSI, MSI v LSI Mỏy tớnh dựng transistor Mỏy tớnh PDP-1 ca DEC (Digital Equipment Corporation) mỏy tớnh mini u tiờn IBM 7000 Hng trm nghỡn phộp cng mt giõy Cỏc ngụn ng lp trỡnh bc cao i Vi mch (Integrated Circuit - IC): nhiu transistor v cỏc phn t khỏc c tớch hp trờn mt chip bỏn dn SSI (Small Scale Integration) MSI (Medium Scale Integration) LSI (Large Scale Integration) Siờu mỏy tớnh xut hin: CRAY-1, VAX B vi x lý (microprocessor) i 23 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN VLSI (Very Large Scale Integration) (dựng cho mỏy tớnh th h th t) B vi x lý u tiờn ặ Intel 4004 (1971) 24 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Mỏy tớnh dựng vi mch VLSI Kin trỳc mỏy tớnh Cỏc sn phm chớnh ca cụng ngh VLSI: B vi x lý (Microprocessor): CPU c ch to trờn mt chip Vi mch iu khin tng hp (Chipset): mt hoc mt vi vi mch thc hin c nhiu chc nng iu khin v ni ghộp B nh bỏn dn (Semiconductor Memory): ROM, RAM Cỏc b vi iu khin (Microcontroller): mỏy tớnh chuyờn dng c ch to trờn chip Chng H THNG MY TNH Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 25 N2K-HUT 26 N2K-HUT 2.1 Cỏc thnh phn ca mỏy tớnh Ni dung ca chng 2.1 Cỏc thnh phn ca mỏy tớnh 2.2 Hot ng ca mỏy tớnh 2.3 Liờn kt h thng 27 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN B x lý trung tõm (Central Processing Unit) B nh (Memory) H thng vo (Input/Output System) Liờn kt h thng (System Interconnection) 28 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cu trỳc c bn ca CPU B x lý trung tõm (CPU) Chc nng: iu khin hot ng ca mỏy tớnh x lý d liu Nguyờn tc hot ng c bn: CPU hot ng theo chng trỡnh nm b nh chớnh 29 N2K-HUT 30 N2K-HUT Cỏc thnh phn c bn ca CPU n v iu khin (Control Unit - CU): iu khin hot ng ca mỏy tớnh theo chng trỡnh ó nh sn n v s hc v logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thc hin cỏc phộp toỏn s hc v cỏc phộp toỏn logic trờn cỏc d liu c th Tp ghi (Register File - RF): lu gi cỏc thụng tin tm thi phc v cho hot ng ca CPU n v ni ghộp bus (Bus Interface Unit - BIU) kt ni v trao i thụng tin gia bus bờn (internal bus) v bus bờn ngoi (external bus) Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Tc ca b x lý Tc ca b x lý: MIPS (Millions of Instructions per Second) Khú ỏnh giỏ chớnh xỏc Tn s xung nhp ca b x lý: 31 S lnh c thc hin giõy B x lý hot ng theo mt xung nhp (Clock) cú tn s xỏc nh Tc ca b x lý c ỏnh giỏ giỏn tip thụng qua tn s ca xung nhp 32 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT B nh mỏy tớnh Chc nng: lu tr chng trỡnh v d liu Cỏc thao tỏc c bn vi b nh: Cỏc thnh phn ca b nh mỏy tớnh Thao tỏc c (Read) Thao tỏc ghi (Write) Cỏc thnh phn chớnh: B nh (Internal Memory) B nh ngoi (External Memory) 33 N2K-HUT 34 N2K-HUT B nh Chc nng v c im: B nh chớnh (Main Memory) Cha cỏc thụng tin m CPU cú th trao i trc tip Tc rt nhanh Dung lng khụng ln S dng b nh bỏn dn: ROM v RAM Cỏc loi b nh trong: B nh chớnh B nh cache (b nh m nhanh) 35 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Cha cỏc chng trỡnh v d liu ang c CPU s dng T chc thnh cỏc ngn nh c ỏnh a ch Ngn nh thng c t chc theo byte Ni dung ca ngn nh cú th thay i, song a ch vt lý ca ngn nh luụn c nh 36 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT B nh m nhanh (Cache memory) B nh ngoi (External Memory) B nh cú tc nhanh c t m gia CPU v b nh chớnh nhm tng tc CPU truy cp b nh Chc nng v c im Lu gi ti nguyờn phn mm ca mỏy tớnh c kt ni vi h thng di dng cỏc thit b vo-ra Dung lng nh hn b nh chớnh Tc nhanh hn Dung lng ln Cache thng c chia thnh mt s mc Tc chm Cache cú th c tớch hp trờn chip vi x lý Cache cú th cú hoc khụng 37 N2K-HUT Cỏc loi b nh ngoi B nh t: a cng, a mm B nh quang: a CD, DVD B nh bỏn dn: Flash disk, memory card 38 N2K-HUT H thng vo-ra (Input-Output) Chc nng: Trao i thụng tin gia mỏy tớnh vi th gii bờn ngoi Cỏc thao tỏc c bn: Cu trỳc c bn ca h thng vo-ra Vo d liu (Input) Ra d liu (Output) Cỏc thnh phn chớnh: Cỏc thit b ngoi vi (Peripheral Devices) Cỏc mụ-un vo-ra (IO Modules) 39 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 40 10 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cỏc thnh phn ca thit b ngoi vi Mụ-un vo-ra B chuyn i tớn hiu: chuyn i d liu gia bờn ngoi v bờn mỏy tớnh B m d liu: m d liu truyn gia mụ-un vo-ra v thit b ngoi vi Chc nng ca mụ-un vo-ra: Khi logic iu khin: iu khin hot ng ca thit b ngoi vi ỏp ng theo yờu cu t mụ-un vo-ra iu khin v nh thi Trao i thụng tin vi CPU Trao i thụng tin vi thit b ngoi vi m gia bờn mỏy tớnh vi thit b ngoi vi Phỏt hin li ca thit b ngoi vi 277 N2K-HUT 278 N2K-HUT Cu trỳc chung ca mụ-un vo-ra Cỏc thnh phn ca mụ-un vo-ra 279 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Thanh ghi m d liu: m d liu quỏ trỡnh trao i Cỏc cng vo-ra (I/O Port): kt ni vi thit b ngoi vi, mi cng cú mt a ch xỏc nh Thanh ghi trng thỏi/iu khin: lu gi thụng tin trng thỏi/iu khin cho cỏc cng vo-ra Khi logic iu khin: iu khin mụun vo-ra 280 70 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT a ch húa cng vo-ra Khụng gian a ch ca b x lý (tip) a Khụng gian a ch ca b x lý Mt s b x lý ch qun lý nht mt khụng gian a ch: khụng gian a ch b nh: 2N a ch Vớ d: Cỏc b x lý 680x0 (Motorola) 281 N2K-HUT 282 N2K-HUT Khụng gian a ch ca b x lý (tip) Mt s b x lý qun lý hai khụng gian a ch tỏch bit: b Cỏc phng phỏp a ch hoỏ cng vo-ra 2N a Khụng gian a ch b nh: ch N1 Khụng gian a ch vo-ra: a ch Cú tớn hiu iu khin phõn bit truy nhp khụng gian a ch Tp lnh cú cỏc lnh vo-ra chuyờn dng Vo-ra riờng bit (Isolated IO hay IO mapped IO) Vo-ra theo bn b nh (Memory mapped IO) Vớ d: Pentium (Intel) khụng gian a ch b nh = 232 byte = 4GB khụng gian a ch vo-ra = 216 byte = 64KB Tớn hiu iu khin Lnh vo-ra chuyờn dng: IN, OUT 283 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 284 71 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Vo-ra riờng bit Vo-ra theo bn b nh Cng vo-ra c ỏnh a ch theo khụng gian a ch vo-ra CPU trao i d liu vi cng vo-ra thụng qua cỏc lnh vo-ra chuyờn dng (IN, OUT) Ch cú th thc hin trờn cỏc h thng cú qun lý khụng gian a ch vo-ra riờng bit Cng vo-ra c ỏnh a ch theo khụng gian a ch b nh Vo-ra ging nh c/ghi b nh CPU trao i d liu vi cng vo-ra thụng qua cỏc lnh truy nhp d liu b nh Cú th thc hin trờn mi h thng 285 N2K-HUT 286 N2K-HUT 6.2 Cỏc phng phỏp iu khin vo-ra Vo-ra bng chng trỡnh Vo-ra bng chng trỡnh (Programmed IO) Vo-ra iu khin bng ngt (Interrupt Driven IO) Truy nhp b nh trc tip - DMA (Direct Memory Access) 287 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Nguyờn tc chung: CPU iu khin trc tip vo-ra bng chng trỡnh: Kim tra trng thỏi ca thit b ngoi vi Phỏt tớn hiu iu khin c/ghi Trao i d liu 288 72 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Hot ng ca vo-ra bng chng trỡnh Lu chng trỡnh CPU yờu cu thao tỏc vo-ra Mụ-un vo-ra thc hin thao tỏc Mụ-un vo-ra thit lp cỏc bit trng thỏi CPU kim tra cỏc bit trng thỏi: Nu cha sn sng thỡ quay li kim tra Nu sn sng thỡ chuyn sang trao i d liu vi mụ-un vo-ra 289 N2K-HUT 290 N2K-HUT c im Vo-ra iu khin bng ngt Vo-ra ý mun ca ngi lp trỡnh CPU trc tip iu khin vo-ra CPU i mụ-un vo-ra ặ tiờu tn thi gian ca CPU Nguyờn tc chung: 291 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN CPU khụng phi i trng thỏi sn sng ca mụ-un vo-ra, CPU thc hin mt chng trỡnh no ú Khi mụ-un vo-ra sn sng thỡ nú phỏt tớn hiu ngt CPU CPU thc hin chng trỡnh vo-ra tng ng trao i d liu CPU tr li tip tc thc hin chng trỡnh ang b ngt 292 73 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cỏc phng phỏp ni ghộp ngt Chuyn iu khin n chng trỡnh ngt S dng nhiu ng yờu cu ngt Kim tra vũng bng phn mm (Software Poll) Kim tra vũng bng phn cng (Daisy Chain or Hardware Poll) S dng b iu khin ngt (PIC) 293 N2K-HUT 294 N2K-HUT Nhiu ng yờu cu ngt Mi mụ-un vo-ra c ni vi mt ng yờu cu ngt CPU phi cú nhiu ng tớn hiu yờu cu ngt Hn ch s lng mụ-un vo-ra Cỏc ng ngt c qui nh mc u tiờn Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Kim tra vũng bng phn mm 295 CPU thc hin phn mm hi ln lt tng mụ-un vo-ra Chm Th t cỏc mụ-un c hi vũng chớnh l th t u tiờn 296 74 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Kim tra vũng bng phn cng Kim tra vũng bng phn cng (tip) CPU phỏt tớn hiu chp nhn ngt (INTA) n mụ-un vo-ra u tiờn Nu mụ-un vo-ra ú khụng gõy ngt thỡ nú gi tớn hiu n mụ-un k tip cho n xỏc nh c mụ-un gõy ngt Mụ-un vo-ra gõy ngt s t vector ngt lờn bus d liu CPU s dng vector ngt xỏc nh ni cha chng trỡnh iu khin ngt Th t cỏc mụ-un vo-ra kt ni chui xỏc nh th t u tiờn 297 N2K-HUT 298 N2K-HUT B iu khin ngt lp trỡnh c c im ca vo-ra iu khin bng ngt Cú s kt hp gia phn cng v phn mm PIC Programmable Interrupt Controller PIC cú nhiu ng vo yờu cu ngt cú qui nh mc u tiờn PIC chn mt yờu cu ngt khụng b cm cú mc u tiờn cao nht gi ti CPU Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 299 Phn cng: gõy ngt CPU Phn mm: trao i d liu CPU trc tip iu khin vo-ra CPU khụng phi i mụ-un vo-ra ặ hiu qu s dng CPU tt hn 300 75 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT DMA (Direct Memory Access) Vo-ra bng chng trỡnh v bng ngt CPU trc tip iu khin: S cu trỳc ca DMAC Chim thi gian ca CPU Tc truyn b hn ch vỡ phi chuyn qua CPU khc phc dựng DMA Thờm mụ-un phn cng trờn bus ặ DMAC (Controller) DMAC iu khin trao i d liu gia mụun vo-ra vi b nh chớnh 301 N2K-HUT 302 N2K-HUT Cỏc thnh phn ca DMAC Hot ng DMA CPU núi cho DMAC Thanh ghi d liu: cha d liu trao i Thanh ghi a ch: cha a ch ngn nh d liu B m d liu: cha s t d liu cn trao i Logic iu khin: iu khin hot ng ca DMAC CPU lm vic khỏc DMAC iu khin trao i d liu Sau truyn c mt t d liu thỡ: 303 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Vo hay Ra d liu a ch thit b vo-ra (cng vo-ra tng ng) a ch u ca mng nh cha d liu ặ np vo ghi a ch S t d liu cn truyn ặ np vo b m d liu ni dung ghi a ch tng ni dung b m d liu gim Khi b m d liu = 0, DMAC gi tớn hiu ngt CPU bỏo kt thỳc DMA 304 76 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cỏc kiu thc hin DMA Cu hỡnh DMA (1) DMA truyn theo (Block-transfer DMA): DMAC s dng bus truyn xong c d liu DMA ly chu k (Cycle Stealing DMA): DMAC cng bc CPU treo tm thi tng chu k bus, DMAC chim bus thc hin truyn mt t d liu DMA sut (Transparent DMA): DMAC nhn bit nhng chu k no CPU khụng s dng bus thỡ chim bus trao i mt t d liu Mi ln truyn, DMAC s dng bus hai ln Gia mụ-un vo-ra vi DMAC Gia DMAC vi b nh 305 N2K-HUT 306 N2K-HUT Cu hỡnh DMA (2) Cu hỡnh DMA (3) DMAC iu khin mt hoc vi mụ-un vo-ra Mi ln truyn, DMAC s dng bus mt ln Gia DMAC vi b nh Bus vo-ra tỏch ri h tr tt c cỏc thit b cho phộp DMA Mi ln truyn, DMAC s dng bus mt ln 307 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Gia DMAC vi b nh 308 77 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT c im ca DMA Kờnh vo-ra hay l b x lý vo-ra CPU khụng tham gia quỏ trỡnh trao i d liu DMAC iu khin trao i d liu gia b nh chớnh vi mụ-un vo-ra (hon ton bng phn cng)ặ tc nhanh Phự hp vi cỏc yờu cu trao i mng d liu cú kớch thc ln Vic iu khin vo-ra c thc hin bi mt b x lý vo-ra chuyờn dng B x lý vo-ra hot ng theo chng trỡnh ca riờng nú Chng trỡnh ca b x lý vo-ra cú th nm b nh chớnh hoc nm mt b nh riờng Hot ng theo kin trỳc a x lý 309 N2K-HUT 310 N2K-HUT 6.3 Ni ghộp thit b ngoi vi Ni ghộp song song Cỏc kiu ni ghộp vo-ra Ni ghộp song song Ni ghộp ni tip 311 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Truyn nhiu bit song song Tc nhanh Cn nhiu ng truyn d liu 312 78 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Ni ghộp ni tip Cỏc cu hỡnh ni ghộp im ti im (Point to Point) im ti a im (Point to Multipoint) Truyn ln lt tng bit Cn cú b chuyn i t d liu song song sang ni tip hoc/v ngc li Tc chm hn Cn ớt ng truyn d liu Thụng qua mt cng vo-ra ni ghộp vi mt thit b ngoi vi Thụng qua mt cng vo-ra cho phộp ni ghộp c vi nhiu thit b ngoi vi Vớ d: SCSI (Small Computer System Interface): hoc 15 thit b USB (Universal Serial Bus): 127 thit b IEEE 1394 (FireWire): 63 thit b 313 N2K-HUT N2K-HUT 6.4 Cỏc cng vo-ra thụng dng trờn PC 314 Kin trỳc mỏy tớnh Cỏc cng PS/2: ni ghộp bn phớm v chut Cng ni ghộp mn hỡnh Cng LPT (Line Printer): ni ghộp vi mỏy in, l cng song song (Parallel Port) 25 chõn Cng COM (Communication): ni ghộp vi MODEM, l cng ni tip (Serial Port) - hoc 25 chõn Cng USB (Universal Serial Bus): Cng ni tip a nng, cho phộp ni ghộp ti a 127 thit b, nh cỏc USB Hub Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 315 Chng GII THIU KIN TRC SONG SONG Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 316 79 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT 7.1 Phõn loi kin trỳc mỏy tớnh Ni dung ca chng 7.1 Phõn loi kin trỳc mỏy tớnh 7.2 Mt s kin trỳc song song thụng dng Phõn loi ca 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 317 N2K-HUT 318 N2K-HUT SIMD SISD CU: Control Unit PU: Processing Unit MU: Memory Unit Mt b x lý n dũng lnh D liu c lu tr mt b nh Chớnh l Kin trỳc von Neumann 319 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 320 80 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT SIMD (tip) MISD n dũng lnh iu khin ng thi cỏc phn t x lý PE (processing elements) Mi phn t x lý cú mt b nh d liu riờng LM (local memory) Mi lnh c thc hin trờn mt cỏc d liu khỏc Cỏc mụ hỡnh SIMD Mt lung d liu cựng c truyn n mt cỏc b x lý Mi b x lý thc hin mt dóy lnh khỏc Khụng tn ti mỏy tớnh thc t Cú th cú tng lai Vector Computer Array processor 321 N2K-HUT 322 N2K-HUT MIMD MIMD - Shared Memory Tp cỏc b x lý Cỏc b x lý ng thi thc hin cỏc dóy lnh khỏc trờn cỏc d liu khỏc Cỏc mụ hỡnh MIMD Multiprocessors (Shared Memory) Multicomputers (Distributed Memory) 323 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 324 81 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT MIMD - Distributed Memory 7.2 Mt s kin trỳc MIMD thụng dng 1.SMP (Symmetric Multiprocessors) 325 N2K-HUT 326 N2K-HUT SMP (tip) u im ca SMP Mt mỏy tớnh cú n >= b x lý ging Cỏc b x lý dựng chung b nh v h thng vo-ra Thi gian truy cp b nh l bng vi cỏc b x lý Tt c cỏc b x lý chia s truy nhp vo-ra Cỏc b x lý cú th thc hin chc nng ging H thng c iu khin bi mt h iu hnh phõn tỏn Cỏc cụng vic cú th thc hin song song Tớnh sn dựng Cỏc b x lý cú th thc hin cỏc chc nng ging nhau, vỡ vy li ca mt b x lý s khụng lm dng h thng Kh nng m rng 327 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN Hiu nng Ngi s dng cú th tng hiu nng bng cỏch thờm b x lý 328 82 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT Cluster Cluster (tip) Nhiu mỏy tớnh c kt ni vi bng mng liờn kt tc cao (~ Gbps) Mi mỏy tớnh cú th lm vic c lp Mi mỏy tớnh c gi l mt node Cỏc mỏy tớnh cú th c qun lý lm vic song song theo nhúm (cluster) Ton b h thng cú th coi nh l mt mỏy tớnh song song D dng xõy dng v m rng Tớnh sn sng cao Kh nng chu li Giỏ thnh r vi hiu nng cao 329 N2K-HUT 330 N2K-HUT Cluster of PCs Cluster of SMPs 331 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 332 83 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT Ht 333 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 84 [...]... húa v lu tr d liu trong mỏy tớnh 3.3 Biu din s nguyờn 3.4 Thc hin cỏc phộp toỏn s hc vi s nguyờn 3.5 S du phy ng 3.6 Biu din ký t Chng 3 BIU DIN D LIU V S HC MY TNH Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 71 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 72 18 Bi ging Kin trỳc mỏy tớnh 11/18/2006 N2K-HUT N2K-HUT 3.1 Cỏc h m c bn 1 H thp phõn H thp phõn (Decimal... Unicode Kin trỳc mỏy tớnh Do cỏc hóng mỏy tớnh hng u thit k B mó 16-bit B mó a ngụn ng Cú h tr cỏc ký t ting Vit Chng 4 B X Lí TRUNG TM (Central Processing Unit - CPU) Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 143 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 144 36 ... (Microcontroller): mỏy tớnh chuyờn dng c ch to trờn chip Chng H THNG MY TNH Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 25 N2K-HUT 26 N2K-HUT 2.1 Cỏc thnh... du phy ng 3.6 Biu din ký t Chng BIU DIN D LIU V S HC MY TNH Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 71 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 72 18... ting Vit Chng B X Lí TRUNG TM (Central Processing Unit - CPU) Nguyễn Kim Khánh Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội 143 Nguyn Kim Khỏnh - HBKHN 144