Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 1 1 TỔ CHỨC VÀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Th.s HỒ ĐÌNH KHẢ 2 - Bài giảng: Slide bài giảng “Tổ chức và kiến trúc máy tính”, Th.S: Hồ Đình Khả. - “Computer Architecture and Organization” , John P.Hayes , McGaw-Hill. - “Structure Computer Organization” , Andrew S Tanenbaum. Tài liệu tham khảo Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 2 3 NỘI DUNG Phần I: Tổng Quan Phần II: Hệ Thống Máy Tính Phần III: Đơn Vò Xử lí (CPU) Phần IV: Đơn Vò Điều Khiển 4 Đánh giá kết quả: - Giữa kì (Thi viết) 30% - Cuối kì (Thi viết + Trắc nghiệm): 70 % Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 3 5 PHẦN I: TỔNG QUAN Mục đích - Cung cấp kiến thức nền tảng - Khái niệm cơ bản của tổ chức và kiến trúc máy tính Chương 1: Giới thiệu cơ sở của máy tính như một hệ thống phân tầng < > Như một cấu trúc của các thành phần và chức năng Chương 2: Sự Phát Triển Và Hiệu Xuất 6 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 4 7 Tổ Chức Và Kiến Trúc Máy Tính 1  Kiến trúc là những thuộc tính hữu hình tới người lập trình hoặc thuộc tính này ảnh hưởng trực tiếp sự thực thi của chương trình về mặt logic Tập lệnh, số bit miêu tả dữ liệu, cơ chế xuất / nhập, kỹ thuật đòa chỉ hóa. Vd:Có lệnh nhân không?  Tổ chức là các đơn vò điều hành và sự nối kết của chúng dựa trên một kiến trúc cụ thể. Tín hiệu điều khiển, giao diện, công nghệ bộ nhớ. Vd: Có một phần cứng đảm trách nhiện vụ nhân hay là thực hiện quá trình cộng liên tiếp? 8 Tổ Chức Và Kiến Trúc Máy Tính 2 Tất cả họ Intel x86 đều có kiến trúc cơ bản giống nhau. IBM System/370 đều có kiến trúc cơ bản giống nhau. Mã lệnh tương thích. Chí ít tương thích lùi Tổ chức thì khác biệt giữa các phiên bản. Một kiến trúc có nhiều tổ chức. Kiến trúc tồn tại lâu hơn, tổ chức thay đổi theo công nghệ Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 5 9 Cấu trúc (Structure) và chức năng (Function) Cấu trúc là cách mà các thành phần quan hệ với các thành phần khác Chức năng là thao tác của các thành phần riêng lẽ như một phần của cấu trúc. 10 Chức Năng Các chức năng của máy tính: Xử lí dữ liệu. Lưu trữ dữ liệu Di chuyển dữ liệu Điều khiển. Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 6 11 Sơ Đồ Tổng Quan Chức Năng Tổng quan chức năng của một máy tính Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility 12 Operations (1)  Di chuyển dữ liệu Vd:. Bàn phím tới màn hình Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 7 13 Operations (2)  Lưu trữ. Vd:. Internet download tới disk Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility 14 Operation (3)  Xử lí lưu trữ vào ra. Vd: Thay đổi dữ liệu ngân hàng. Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 8 15 Operation (4)  Xử lí từ thiết bò lưu trữ tới I/O Vd: In ấn. Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility 16 Cấu Trúc – Mức đỉnh COMPUTER Main Memory Input Output Systems Interconnection Peripherals Communication lines Central Processing Unit Computer Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 9 17 Cấu Trúc - Bộ Xử Lí (CPU) Computer Arithmetic and Login Unit Control Unit Internal CPU Interconnection Registers CPU I/O Memory System Bus CPU 18 Cấu Trúc – Đơn vò điều khiển (Control Unit) CPU Control Memory Control Unit Registers and Decoders Sequencing Login Control Unit ALU Registers Internal Bus Control Unit Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 1 1 2. Sự Phát Triển Và Hiệu Xuất Phát triển nhằm vào:  Phát triển tốc độ CPU Giảm kích thước thành phần Tăng kích thước bộ nhớ Tăng tốc độ I/O Tốc độ phát triển? Cân bằng hiệu xuất các thành phần? 2 ENIAC Thiết kế bởi Mauchly và Echert Đại Học Pennsylvania Được xem là máy tính điện tử đầu tiên » BIG! 18,000 ống điện tử (tubes) 70,000 điện trở (resistors) 10,000 Tụ (capacitors) 6,000 công tắc (switches) 9 x 15 m 140 kW [...]... 17 18 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 9 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Chu Kì Ngắt Quảng-Sơ đồ trạng thái 19 Program Timing Short I/O Wait 20 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 10 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Program Timing Long I/O Wait 21 Instruction Cycle (with Interrupts) - Sơ Đồ Trạng Thái 22 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 11 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Đa ngắt... Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Ví dụ (tt) 13 Chu kì lệnh Sơ đồ trạng thái 14 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 7 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Ngắt quảng Program VD: tràn bộ nhớ, Chia cho khơng Timer Sử dụng quyền ưu tiên trong multi-tasking I/O Từ điều khiển I/O Lỗi Hardware Vd : Lỗi memory parity 15 Program Flow Control 16 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 8 Tổ Chức Kiến Trúc. .. ĐHCNSG 3 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Các Thành Phần Control Unit + Arithmetic + Logic Unit = Central Processing Unit (CPU) Dữ liệu và Lệnh (Data và instruction) cần đưa vào hệ thống và đưa kết quả ra  Nhập/Xuất (I/O:Input/output) Lưu trữ tạm mã và kết quả Bộ nhớ chính (Main memory) 7 Các thành phần máy tính : (Top Level ) 8 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 4 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên... Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Mơ Hình Von Neumann 5 IAS 1000 x 40 bit words Số nhị phân 2 x 20 bit Lệnh Tập thanh ghi (Trong CPU) Memory Buffer Register (MBR) Memory Address Register (MAR) Instruction Register (IR) Instruction Buffer Register (IBR) Program Counter (PC) Accumulator (ACC) 6 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 3 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Cấu trúc. .. Quảng 24 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 12 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Ngắt Quảng Lồng 25 Xét ví dụ: printer(2); comminication(5); Disk(4) 26 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 13 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Nối Kết Tất cả các thành phần phải được nối kết Các đơn vị nối kết Memory Input/Output CPU 27 Sự Nối Kết Bộ Nhớ  Nhận và gởi dữ liệu  Nhận địa chỉ  Nhận các tín hiệu... 5 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Chu trình thi hành Processor-memory Dữ liệu truyền giữa CPU và main memory Processor I/O Dữ liệu truyền giữa CPU và đơn vị I/O Data processing Một vài tác vụ tóan học hoặc logic trên dữ liệu Control Sự thay đổi trình tự của các tác vụ Vd: Nhảy Sự phối hợp ở trên 11 Ví dụ Thanh ghi tích lũy AC Chiều dài lệnh và dữ liệu: 16bit Tổ chức bộ... prediction Data flow analysis Speculative execution 18 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 9 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Khơng tương xứng Tốc độ CPU càng tăng Dung lượng bộ nhớ càng tăng Tốc độ bộ nhớ ln chậm hơn nhiều so với CPU 19 Nét đặc trưng DRAM và Processor 20 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 10 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Khuynh hướng sử dụng DRAM 21 Hướng giải quyết Tăng... ĐHCNSG 12 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Pentium (3)  Pentium II MMX technology graphics, video & audio processing  Pentium III Additional floating point instructions for 3D graphics  Pentium 4 Further floating point and multimedia enhancements  Itanium 64 bit  Itanium 2 Hardware enhancements to increase speed 25 Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 13 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên...Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả ENIAC Sử dụng hệ thập phân Chương trình điều khiển bằng công tắc 3 IAS (Institute for Advanced Studies) Mô hình Von Neumann Phát triển khái niêm lưu trữ chương trình trong bộ nhớ Kiến trúc này được biết như là mô hình “von Neumann” và được xem là nền tảng cho các máy tính số tốc độ cao ngày nay Mộ số nét đặc trưng Dữ liệu và Lệnh... Trường ĐHCNSG 2 Tổ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan: Hồ Đình Khả Program? Tuần tự các bước Ứng với mỗi bước , một tác vụ tính tóan hay luận lí được làm Ứng với một tác vụ, một tập các tín hiệu điều khiển cần đến 5 Chức Năng Của Control Unit Mỗi tác vụ có một mã đơn được cung cấp VD: ADD, MOVE Một phân đọan phần cứng chấp nhận mã và phát ra các tín hiệu điều khiển Chúng ta có một máy tính! !!!!!!!!!!!!!!!!! . TỔNG QUAN Tồ Chức Kiến Trúc Máy Tính Biên sọan : Hồ Đình Khả Khoa CNTT Trường ĐHCNSG 4 7 Tổ Chức Và Kiến Trúc Máy Tính 1  Kiến trúc là những thuộc tính hữu. lùi Tổ chức thì khác biệt giữa các phiên bản. Một kiến trúc có nhiều tổ chức. Kiến trúc tồn tại lâu hơn, tổ chức thay đổi theo công nghệ Tồ Chức Kiến Trúc