Nội dung chính của Bài giảng Kỹ nghệ máy tính Chương 2 Hệ thống máy tính và các lớp trừa tượng nhằm trình bày về ứng dụng, giải thuật, ngôn ngữ lập trình, kiến trúc tập lệnh, vi kiến trúc, mạch điện tử và linh kiện.
ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CHƯƠNG HỆ THỐNG MÁY TÍNH & CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Nguyễn Văn Thọ Khoa Điện tử viễn thông Đại học Duy Tân – 2010 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Computer System: HỆ THỐNG MÁY TÍNH CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Ứng dụng Application Program Giải thuật Algorithms Ngôn ngữ lập trình Kiến trúc tập lệnh Software Hardware Language Instruction Set Architecture (& giao diện nhập/ xuất) (and I/O Interfaces) Vi kiến trúc Microarchitecture Mạch điện tử Circuits Linh kiện Devices 1-2 Nguyen Van Tho – Duy Tan University CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Giải tốn với máy tính ? Một hệ thống chuyển đổi mức trừu tượng Problem Problem Software Design: Lựa chọn giải thuật & cấu trúc liệu Algorithm Algorithm Programming: Dùng ngơn ngữ lập trình để thiết kế Program Program Compiling/Interpreting: Chuyển đổi sang ngôn ngữ máy Instr InstrSet Set Architecture Architecture 1-3 Nguyen Van Tho – Duy Tan University CÁC LỚP SÂU HƠN Instr InstrSet Set Architecture Architecture Micro Micro architecture architecture Circuits Circuits Devices Devices Kiến trúc tập lệnh Processor Design: Chọn cấu trúc để thi hành kiến trúc tập lệnh Logic/Circuit Design: Cổng logic mạch điện cấp thấp để thực thành phần Process Engineering & Fabrication: Phát triển sản xuất thành phần mức thấp 1-4 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Algorithms - Giải thuật Giải thuật bước tiến hành công việc • Tính xác định : bước trình bày cách xác • Tính hữu hạn : bước phải bảo đảm đến kết thúc • Tính hiệu Ví dụ : • Khởi động máy tính • Tính tổng từ đến n Mọi vấn đề có nhiều giải thuật khác để giải 1-5 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Programs – Chương trình Bước chuyển đổi giải thuật thành chương trình máy tính • Ngơn ngữ lập trình máy móc ngơn ngữ tự nhiên • Ngơn ngữ lập trình khơng mơ hồ, nhiều nghĩa mà rõ ràng xác Hiện nay, Có 1000 ngơn ngữ lập trình 1-6 Nguyen Van Tho – Duy Tan University CÁC CẤP CHƯƠNG TRÌNH (PROGRAM LEVEL) • Hầu hết máy tính chạy chương trình quản lý gọi Hệ điều hành- operating system (OS) • Chương trình ứng dụng giao tiếp với kiến trúc máy tính thơng qua hệ điều hành Application Program Operating System Program (Software) Ví dụ : Data Bài giảng PowerPoint Application Program Windows XP Operating System 1-7 Nguyen Van Tho – Duy Tan University NGÔN NGỮ BẬC CAO Độc lập với máy • Khơng phụ thuộc vào đặc điểm riêng cấu trúc máy • Có thể biên dịch để chạy nơi Dễ viết , suất cao Thích hợp để mơ tả • Cấu trúc liệu ( mảng, stacks ) • Cấu trúc điều khiển ( lặp, chọn ) 1-8 Nguyen Van Tho – Duy Tan University NGƠN NGỮ BẬC THẤP Mang tính đặc thù máy tính • Người lập trình hiểu tổ chức bên máy • Người lập trình truy cập đến vấn đề gai góc ¾ Các ghi ¾ Các thị đặc thù máy ¾ Các cách định địa nhớ ¾Đặc điểm phần cứng Năng suất thấp chương trình thi hành nhanh hơn, tốt 1-9 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Instruction Set Architecture (ISA) Chuyển chương trình máy tính thành thị đặc trưng máy tính ISA định nghĩa đặc thù CPU • • • • • Kiểu liệu Tính tốn liệu operations on data Địa hóa nhớ Các chế độ địa 1-10 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Microarchitecture – Vi kiến trúc Vi kiến trúc thi hành ISA Nhanh hn, phỳc hn ã IA-32 ắ386 ắ486 ắPentium ¾Pentium-II, III, IV ¾Xeon • IA-64 ¾Pentium D (Netburst) ¾Dual Core (Core) ¾Core Duo ¾Core Quad 1-11 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Circuits - Mạch điện Bước để thi hành phần tử vi kiến trúc với mạch logic • Cổng, Bộ cộng, Bộ ghép kênh • Flip flops, phần tử nhớ 1-12 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Devices – Linh kiện Cuối cùng, mạch logic chế tạo với công nghệ riêng CMOS NMOS Gallium arsenide 1-13 Nguyen Van Tho – Duy Tan University MÔ TẢ CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Problem Statement – Mơ tả tốn • Sử dụng ngơn ngữ tự nhiên để mơ tả trạng thái • Có thể nhập nhằng, khơng rõ ràng Algorithm - Giải thuật • Các bước xử lý để bảo đảm hồn thành • Tính xác định, tính hiệu , tính hữu hạn Program – Chương trình • Mơ tả giải thuật sử dụng ngơn ngữ máy • Ngơn ngữ bậc cao, ngơn ngữ cấp thấp Instruction Set Architecture (ISA) • Chỉ định tập hợp thị máy tính thực • Kiểu liệu, kiểu đánh địa 1-14 Nguyen Van Tho – Duy Tan University MÔ TẢ CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Microarchitecture – Vi kiến trúc • Mơ tả tổ chức processor implemantation • Sự khác biệt thi thành ISA riêng lẻ Logic Circuits – Các mạch logic • Tổ hợp thành phần để thi hành vi kiến trúc • Nhiều đường khác để thực chức Devices - Thiết bị • Tính chất phần cứng, tính sản xuất 1-15 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Nhiều lựa chọn cho lớp giới Giải hệ thống tính tốn Red-black SOR FORTRAN Sun SPARC Pentium II C C++ Intel x86 Bipolar Java Compaq Alpha Pentium III Ripple-carry adder CMOS Jacobi iteration Gaussian elimination AMD Athlon Multigrid Tradeoffs: cost performance power (etc.) Carry-lookahead adder GaAs 1-16 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Computer System: HỆ THỐNG MÁY TÍNH CÁC LỚP TRỪU TƯỢNG Ứng dụng Application Program Giải thuật Algorithms Ngơn ngữ lập trình Kiến trúc tập lệnh Software Hardware Language Instruction Set Architecture (& giao diện nhập/ xuất) (and I/O Interfaces) Vi kiến trúc Microarchitecture Mạch điện tử Circuits Linh kiện Devices 1-17 ... phỳc hn ã IA- 32 ắ386 ắ486 ắPentium ắPentium-II, III, IV ắXeon ã IA-64 ắPentium D (Netburst) ắDual Core (Core) ¾Core Duo ¾Core Quad 1-1 1 Nguyen Van Tho – Duy Tan University Circuits - Mạch điện... CHƯƠNG TRÌNH (PROGRAM LEVEL) • Hầu hết máy tính chạy chương trình quản lý gọi Hệ điều hành- operating system (OS) • Chương trình ứng dụng giao tiếp với kiến trúc máy tính thơng qua hệ điều hành Application... Data Bài giảng PowerPoint Application Program Windows XP Operating System 1-7 Nguyen Van Tho – Duy Tan University NGƠN NGỮ BẬC CAO Độc lập với máy • Không phụ thuộc vào đặc điểm riêng cấu trúc máy