Đại Học Quốc Gia TP.HCM Trƣờng Đại Học Bách Khoa Khoa KH&KT Máy Tính Vietnam National University – HCMC Ho Chi Minh City University of Technology Faculty of Computer Science and Engineering Đề cương mơn học KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (Computer Architecture) Số tín (3.2.7) Số tiết Tổng: 75 Mơn ĐA, TT, LV Tỉ lệ đánh giá Hình thức đánh giá Môn tiên MSMH LT: 45 TH: CO2007 TN: 30 BTL/TL: x BT: 0% TN: 10% KT: 20% BTL/TL: 30% Thi: 40% - Thí nghiệm: đánh giá kết thí nghiệm hàng tuần báo cáo đồ án(Assigments) - Kiểm tra: trắc nghiệm, 60 phút - Thi: trắc nghiệm, 90 phút Không Môn học trước Hệ thống số Kỹ thuật lập trình Mơn song hành Khơng CTĐT ngành Trình độ đào tạo Kỹ Thuật Máy Tính; Khoa Học Máy Tính Đại học Cấp độ mơn học CO1009 CO1011 Ghi khác Mục tiêu môn học Môn học cung cấp kiến thức cách toàn diện kiến trúc tổ chức hệ thống máy tính số, mối quan hệ phần mềm phần cứng, phân tích đánh giá hiệu xuất mức độ hệ thống mức khối chức Đây môn học sở cho ngành máy tính, giảng dạy cho chương trình: Kỹ thuật Máy tính Khoa học Máy tính Sau kết thúc môn học: (1) Sinh viên ngành Kỹ thuật Máy tính có khả phân tích thiết kế kiến trúc máy tính số (2) Sinh viên ngành Khoa học Máy tính có khả thiết kế, cải tạo hệ thống phần mềm cho hoạt động hiệu quả, phù hợp với kiến trúc phần cứng Aims: This course provides a comprehensive coverage of the architecture and organization of a digital computer system, the relationship between the software and the hardware, performance analysis and evaluation at both of funtional block level and system level This course is a foundation course for Computer programs, inlcuding Computer Engineering and Computer Science By the end of this course: 1/5 (1) Students of Computer Engineering are able to design and implement a digital computer system with a basic architecture (2) Students of Computer Science are able to design and develop software which runs effectively and appropriately on a given Computer Architecture Nội dung tóm tắt mơn học Môn học gồm nội dung sau: Các số đo đạc đánh giá hiệu suất Kiến trúc tập lệnh MIPS Tính tốn số học luận lý (ALU) Đường liệu tín hiệu điều khiển Cơ chế ống cải thiện hiệu suất Hệ thống nhớ: kiến trúc phân tầng Các thiết bị ngoại vi: Giao tiếp Cứng/Mềm, xử lý ngoại lệ, ngắt quãng Course outline: The major topics covered in the course are the following: Measuring and evaluating performance Instruction set architecture of MIPS Computer arithmetic and logic Unit (ALU) Processor Data Path and Control Performance enhancement with pipeline Memory hierarchy, caches and virtual memory I/O devices system: Software/Hardware Interface, Exceptions & Interrupts Tài liệu học tập Sách, Giáo trình chính: [1] Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface(4th Edition) – David A Patterson, John L Hennessy, Morgan Kaufmann-ELSEVIER Publisher Hiểu biết, kỹ năng, thái độ cần đạt đƣợc sau học môn học L.O.3 Chuẩn đầu môn học Hiểu cấu trúc, tổ chức chế hoạt động phận chức hệ thống máy tính số Hiểu biết nguyên tắc kiến trúc tập lệnh khác mối quan hệ chúng dẫn đến việc thiết kế Bộ Xử lý Trung tâm Hiểu rõ nguyên tắc thực phép số học máy tính L.O.4 Hiểu nguyên tắc chế hoạt động tổ chức phân tầng nhớ 1.1.5 L.O.5 Giải thích chế ngắt để thực I / O điều khiển truyền liệu hệ thống 1.1.5 STT L.O.1 L.O.2 CDIO 1.1.5 1.1.5 1.1.5 2/5 Chuẩn đầu môn học Viết chương trình để giải vấn đề đơn giản, tối ưu chương trình kiến trúc tập lệnh cho trước Thiết kế dạng mô phần toàn phần Bộ xử lý đơn giản đơn chu kỳ đa chu kỳ (ống lệnh) với ngôn ngữ đặc tả phần cứng CDIO 4.4.2 CDIO 1.1.5 L.O.3 Course learning outcomes Understand the structure, organization of a computer system: the main components and the basic principles of its operation Understand the fundamentals of different instruction set architectures and their relationship to the CPU design Understand the priciples and the implementation of computer arithmetic L.O.4 Understand the principles and working mechanism of memory hierarchy 1.1.5 L.O.5 Explain how to use interrupts to implement I/O control and data transfers 1.1.5 L.O.6 Write and optimze small programs and fragments of codes to demonstrate an understanding of machine level operation Design and emulate a single cycle of pipilined CPU by given specifications using Hardware Description Language 4.4.2 STT L.O.6 L.O.7 No L.O.1 L.O.2 L.O.7 4.1.1 1.1.5 1.1.5 4.1.1 Hƣớng dẫn cách học - chi tiết cách đánh giá môn học Hướng dẫn cách học: Tài liệu (slide giảng) đưa lên SAKAI hàng tuần Sinh viên tải về, in mang theo lên lớp học Sinh viên làm thêm tập đọc thêm sách “Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface” Sinh viên nên học đầy đủ làm tập trình học giúp tiết kiệm thời gian q trình ơn thi kỳ cuối kỳ Đối với phần thực hành, sinh viên tham gia đầy đủ buổi thực hành thí nghiệm nhằm nắm cơng cụ mơ phỏng, củng cố kiến thức lý thuyết cách đầy đủ nghiêm túc tập chương tuần Sinh viên phải thực tập lớn (Assignments) theo nhóm Trong đó, nhóm gồm từ 3-5 sinh viên làm đề Giữa kỳ (Asignment 1) cuối kỳ (Assignment 2) nhóm nộp báo cáo trình bày trước lớp Mục tiêu tập lớn trang bị cho sinh viên khả thiết kế, giải vấn đề mang tính tổng hợp [L.O.6, L.O.7] Chi tiết cách đánh giá môn học: Thực hành (10%) Kiểm tra kỳ (20%) Bài tập lớn (30%) Bài tập (0%) Thi cuối kỳ (40%) Dự kiến danh sách Cán tham gia giảng dạy TS Nguyễn Thanh Sơn ThS Vũ Tuấn Thanh 3/5 ThS Võ Tấn Phương Nội dung chi tiết Nội dung phần lý thuyết Tuần Nội dung Chuẩn đầu chi tiết Hoạt động dạy học 1,2 Chƣơng Giới thiệu 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Các thành phần chức hoạt động 1.3 Hiệu suất: Đo đạc & Đánh giá L.O.1 Hoạt động đánh giá Bài tập lớp 3,4,5 Chƣơng Cấu trúc Tập lệnh 2.1 Mục tiêu thiết kế 2.2 Nguyên tắc thiết kế 2.3 Cấu trúc lệnh (MIPS) 2.4 Địa hóa 2.5 Tổ chức dù liệu nhớ 2.6 Các lệnh vận chuyển liệu 2.7 Các lệnh rẽ nhánh 2.8 Trình 2.9 Dữ liệu phi số 2.10 Biên dịch ngơn ngữ cấp cao thực thi chương trình L.O.2 L.O.6 Bài tập lớp, Bài tập nhà 6,7 Chƣơng Tính tốn số học 3.1 Biểu diễn số: có dấu khơng dấu 3.2 Các phép tính số học: Cộng, Trừ nhị phân 3.3 Các phép luận lý 3.4 Xây dựng đơn vị Số học – Luận lý 3.5 Số thực dấu chấm động 3.6 Các phếp tính số thực 8,9, 10 Chƣơng Bộ Xử lý: Đƣờng liệu – Điều khiển 4.1 Khối thực chức cấp khái niệm 4.2 Lộ trình cơng đoạn thực lệnh 4.3 Tín hiệu điều khiển 4.4 Lộ trình liệu theo chế đơn chu kỳ 4.5 Lộ trình liệu theo chế ống (đa chu kỳ) 4.6 Những vấn đề xảy cách giải thực theo chế ống 4.7 Ngoại lệ vấn đề cần giải L.O.2 L.O.6 Bài tập lớp, Bài tập nhà 11,12 Chƣơng Bộ nhớ 5.1 Cấu trúc phân tầng cần thiết phân tầng 5.2 Nguyên tắc cục L.O.4 Bài tập lớp, Bài tập nhà Bài tập lớp L.O.3 4/5 Tuần Nội dung Chuẩn đầu chi tiết Hoạt động dạy học Hoạt động đánh giá 5.3 Tổ chức chế hoạt động cache 5.4 Cải thiện hiệu suất cache 5.5 Bộ nhớ ảo: thuật ngữ 5.6 Tổ chức quản lý nhớ ảo 5.7 Tối ưu nhớ ảo 13 Chƣơng Giao tiếp ngoại vi 6.1 Đặt vấn đề 6.2 Đo hiệu suất ngoại vi 6.3 Dạng đặc tính thiết bị xuất nhập 6.4 Bus: đường nối thiết bị xuất/nhập đến xử lý nhớ 6.5 Giao tiếp thiết bị xuất/nhập đến nhớ, xử lý – Hệ điều hành 6.6 Thiết kế hệ thống xuất nhập L.O.5 Bài tập lớp 14 Chƣơng Đa xử lý 7.1 Sự cần thiết việc đời kiến trúc đa xử lý 7.2 Phân loại kiến trúc 7.3 Các mơ hình thực tế L.O.2 Bài tập lớp 7.4 Lập trình đa xử lý Nội dung phần tập Mỗi chương mơn học có phần tập lấy từ sách tham khảo Sinh viên thực phần tập chương nhà lớp Nội dung phần thí nghiệm Thí nghiệm thực hành tuần, dựa công cụ: C-Cross Compiler, MARS4.3 công cụ thiết kế Altera Quartus II sử dụng ngôn ngữ đặc tả Verilog HDL Có tập lớn (Assignments) để đánh giá khả tổng hợp thiết kế sinh viên môn học [L.O.6, L.O.7] Thông tin liên hệ Bộ môn/Khoa phụ trách Bộ Môn Kỹ Thuật Máy Tính – Khoa KH&KT Máy Tính Văn phòng Điện thoại Giảng viên phụ trách Email Tp Hồ Chí Minh, ngày TRƢỞNG KHOA CHỦ NHIỆM BỘ MƠN tháng năm 2015 CB PHỤ TRÁCH LẬP ĐỀ CƢƠNG 5/5 ... đƣợc sau học môn học L.O.3 Chuẩn đầu môn học Hiểu cấu trúc, tổ chức chế hoạt động phận chức hệ thống máy tính số Hiểu biết nguyên tắc kiến trúc tập lệnh khác mối quan hệ chúng dẫn đến việc thiết... effectively and appropriately on a given Computer Architecture Nội dung tóm tắt mơn học Mơn học gồm nội dung sau: Các số đo đạc đánh giá hiệu suất Kiến trúc tập lệnh MIPS Tính tốn số học luận lý (ALU) Đường... thống xuất nhập L.O.5 Bài tập lớp 14 Chƣơng Đa xử lý 7.1 Sự cần thiết việc đời kiến trúc đa xử lý 7.2 Phân loại kiến trúc 7.3 Các mơ hình thực tế L.O.2 Bài tập lớp 7.4 Lập trình đa xử lý Nội dung