Bài giảng Kiến trúc máy tính

+ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH + Giới thiệu mơn học Kiến trúc máy tính  Tên mơn học: Kiến trúc máy tính  Phân loại mơn học: Mơn bắt buộc  Mã số mơn học: CSE370  Số tín chỉ: (3-1-0)  Tài liệu học tập:   Computer Organization and Architecture, William Stallings, 9th Edition, 2012  https://sites.google.com/a/wru.vn/thaont/kien-truc-may-tinh Tổ chức đánh giá môn học TT Các hình thức đánh giá Điểm trình (điểm danh + thảo luận + thi GK) Thi trắc nghiệm hết môn Điểm môn học = ĐQT x 40% + THM x 60% Trọng số 40% 60% Nội dung môn học + Chương – Giới thiệu Chương – Sự phát triển máy tính hiệu Chương – Tổng quan chức kết nối máy tính Chương – Bộ nhớ Cache Chương – Bộ nhớ Chương – Bộ nhớ Chương – Vào/Ra Chương – Hệ thống số Chương – Bộ xử lý số học Chương 10 – Tập lệnh: Các đặc tính chức Chương 11 – Tập lệnh: Chế độ địa khuôn dạng Chương 12 – Tổ chức chức vi xử + Chương Giới thiệu + Chương – Giới thiệu 1.1 Tổ chức kiến trúc 1.2 Cấu trúc chức + 1.1 Kiến trúc máy tính Tổ chức máy tính  Kiến trúc máy tính    Kiến trúc máy tính đề cập đến thuộc tính hệ thống lập trình viên nhìn thấy Các thuộc tính có tác động trực tiếp đến việc thực xác chương trình Các thuộc tính kiến trúc  Tập lệnh: tập hợp lệnh mã máy hồn chỉnh hiểu xử lý xử lý trung tâm  Số bit dùng để biểu diễn liệu    Cơ chế I/O Kỹ thuật định địa nhớ Tổ chức máy tính   Các khối máy tính kết nối chúng để thực đặc điểm kiến trúc Các thuộc tính tổ chức  Chi tiết đặc tính phần cứng: Tín hiệu điều khiển, giao diện máy tính thiết bị ngoại vi, cơng nghệ nhớ sử dụng + Kiến trúc hệ thống IBM 370  Kiến      trúc hệ thống IBM 370 Được giới thiệu vào năm 1970 Bao gồm mơt số model Có thể nâng cấp lên model đắt tiền tốc độ nhanh mà không cần bỏ phần mềm gốc Mỗi mẫu model tung cải tiến kĩ thuật giữ nguyên kiến trúc khách hàng khơng cần mua phần mềm Kiến trúc trì đến ngày dịng máy tính IBM lớn + 1.2 Cấu trúc chức       Máy tính hệ thống phức tạp Để mơ tả, người ta dựa tính phân cấp máy tính Hệ thống phân cấp  Là tập hợp hệ thống có liên kết với Tính phân cấp hệ thống phức tạp cần thiết cho thiết kế mơ tả Nhà thiết kế cần làm việc với cấp cụ thể hệ thống thời điểm Tại cấp: hệ thống có phận kết nối chúng Mỗi cấp có cấu trúc chức riêng Cấu trúc Cách thức phận liên quan đến Chức Hoạt động phận cấu trúc + 1.2.1 Chức  Một máy tính có bốn chức bản: ● Xử lý liệu (Data processing) ● Lưu trữ liệu (Data storage) ● Di chuyển liệu (Data movement) ● Điều khiển (Control) + Di Movement chuyển Hoạt động (a) Di chuyển liệu (Data movement) Điều Control khiển Lưu trữ Storage Processing Xử lý (a) Figure 1.2 Possible Computer Operations + Xung đột điều khiển  Còn gọi Hazard nhánh  Xảy kỹ thuật đường ống đưa dự báo nhánh bị sai so với nhánh thực tế  Các lệnh truy xuất bị loại bỏ + 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến a Cấu trúc chung xử lý tiên tiến b Các kiến trúc song song mức lệnh c Kiến trúc RISC 25/8 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến a Cấu trúc chung BXL tiên tiến 26/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến Các đơn vị xử lý liệu  Các đơn vị số nguyên (Integer Unit – IU)  Các đơn vị số dấu chấm động (Floating Point Unit – FPU)  Các đơn vị chức đặc biệt:  Đơn vị xử lý liệu âm  Đơn vị xử lý liệu hình ảnh  Đơn vị xử lý liệu vector 27/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến Bộ nhớ cache  Được tích hợp chip vi xử lý  Thường bao gồm mức Cache:  Cache L1 gồm phần tách rời:    Cache lệnh Cache liệu → Giải xung đột nhận lệnh liệu Cache L2: dùng chung cho lệnh liệu 28/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến Đơn vị quản lý nhớ  Chuyển đổi địa ảo thành địa vật lý  Cung cấp chế phân trang phân đoạn  Cung cấp chế độ bảo vệ nhớ 29/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến b Kiến trúc song song mức lệnh  Siêu đường ống (Superpipeline Hyperpipeline)  Siêu vô hướng (Superscalar)  Từ lệnh dài – VLIW (Very Long Instruction Word) 30/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến 31/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến VLIW (Very Long Instruction Word) 32/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến c Kiến trúc RISC  CISC RISC:   CISC – Complex Instruction Set Computer:  Máy tính có tập lệnh phức tạp  VD: xử lý 80x86 RISC – Reduced Instruction Set Computer:  Máy tính có tập lệnh rút gọn  VD: xử lý Sun SPARC, Power PC, 33/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến Các đặc trưng RISC  Số lượng lệnh  Các lệnh có thời gian thực chu kỳ máy  Độ dài lệnh (32 bit)  Có khn dạng lệnh (≤ 4)  Có chế độ địa hóa tốn hạng (≤ 4)  Có nhiều ghi  Các lệnh chủ yếu thao tác ghi với ghi  Truy cập nhớ thông qua lệnh LOAD STORE 34/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến  Các xử lý bit: 4004, 4040  Các xử lý bit: 8008, 8080, 8085  Các xử lý 16 bit: 8086, 8088, 80186, 80188, 80286  Các xử lý 32 bit: họ 80386, 80486, họ Pentium I, II, III,  Các xử lý 64 bit: Itanium, Itanium 2, Pentium D, Xeon, Intel Core 35/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến a Kiến trúc Intel x86 16 bit (IA-16)  Các ghi bên trong: 16 bit  Xử lý phép toán số nguyên với 16 bit  Quản lý nhớ theo đoạn 64KB  Là kiến trúc mở đầu cho dòng máy tính IBM-PC 36/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến b Kiến trúc 32 bit (IA-32)  Các ghi bên trong: 32 bit  Xử lý phép tốn số ngun với 32 bit  Có chế độ làm việc:   Chế độ 8086 thực (Real 8086 mode): làm việc xử lý 8086  Chế độ 8086 ảo (Virtual mode): làm việc nhiều xử lý 8086 (đa nhiệm 16bit)  Chế độ bảo vệ (Protected mode):  Đa nhiệm 32 bit  Quản lý nhớ ảo Xử lý phép toán số dấu chấm động (từ 80486) 37/86 Kiến trúc máy tính 12.5 Kiến trúc VXL tiên tiến c Kiến trúc 64 bit (IA-64)  Các ghi bên trong: 64 bit  Xử lý phép toán số nguyên với 64 bit  Xử lý phép toán số dấu chấm động  Khơng tương thích phần cứng với phận trước  Tương thích phần mềm cách giả lập môi trường 38/86 Kiến trúc máy tính ... Giới thiệu + Chương – Giới thiệu 1.1 Tổ chức kiến trúc 1.2 Cấu trúc chức + 1.1 Kiến trúc máy tính Tổ chức máy tính  Kiến trúc máy tính    Kiến trúc máy tính đề cập đến thuộc tính hệ thống lập... nguyên kiến trúc khách hàng không cần mua phần mềm Kiến trúc trì đến ngày dịng máy tính IBM lớn + 1.2 Cấu trúc chức       Máy tính hệ thống phức tạp Để mô tả, người ta dựa tính phân cấp máy. .. architecture: Kiến trúc máy tính  Processor: Vi xử lý  Register: Thanh ghi  System bus: Bus hệ thống Computer organization: Tổ chức máy tính + Câu hỏi  Sự khác kiến trúc tổ chức máy tính  Sự