   BÀI GIẢNG CÁC HỆ VI XỬ LÝ TIÊN TIẾN   !"#$  !"#%&'()&!*+&,'  MỤC LỤC Chương 1. Giơi thiệu kiến trúc máy tính tiên tiên và xử lý song song 5  ! " #$%&$'()! " *+,(- " .+,/- " 0- !1$234506 78/09(:$$;<86 "9(:$=>?@A "9(:$?>?@ $B$#C4.D$ $B$#C4(* !1$9E0 !F3GB$/0HC !1983I$J,/! !1$K$J0$! !LL! Chương 2. Kết nối mạng đa xử lý 20 F78/09E0 ?09EHC.M(&N= O5E#,HG 1$5E#, &,HP#C "9E0.M($J0$! ?01(/,,#(! 1$0CQ- 1$0HQA R$S(/08LHQ "9E0T ?09E/U/U! ?09E0$9! ?09EE6 ?0"9EV34W !1$?0(1#+%E83G)A !F7$H5 !1$?0HC !?0T Chương 3. Phân tích hiệu xuất của kiến trúc đa xử lý 46 ?LX/- ?LX/YZ#[- \/,/,/4LX]QE*96 1$HJ$$9(:$,/,/A ^_8(/,$! ^_8`.8! ^_Va,b,/&(,,! cdH5,d(/08L! &L$;07#E%1(/,,#()! &L$;0&,!! &L$;08LHQ%?>)!- "Ye(C9(:$,/,/!A !O5,d*$f- Chương4. Kiến trúc bộ nhớ chia sẻ 70 F78/5E#C4.D$6 ($#C4HPH%N?`)6 &C4($LHPH%N?`)6 "9(:$#C4$g.D1$+%1h?`)6 1$5H2i8j.M(&N=6 F3G880$1$+$G#Y6 =M3GI&C41$+6! =M3GI$$+1$+6! \3GI$;5E#C4.D$6- 1$/B$=//6- k(+>8.+Uk(+(/66 k(+>8.+Uk(+&$6W k(+h$+6A k(+N.+Uk(+(/]QW !k(+N.+Uk(+&$W !1$/B$.M(3l$W !F78/0/B$W! !1$/B$L5W6 -V(X#C4.D$A -0/$lA -(LA -^P#CmA Chương 5. Lập trình song song trên máy ảo song song 94 !?L(3ZFc?U$d(:$B.lA !1d(:$=+(,/(nk/(+(,A! !1d(:$7$dA6 !0/$lAW !(o#CH_.$lAW !0/$lHC !1$m$l !a/*9p$$$l !1$#CH5*R !aiC*R- !*R6 !!aYq.p85A !!^P#Cm$l !!^P#Cm3* !!1$U(U/ !-aYJ/0HC !6F7$L$L5$ !6=i.l$$$3G(X$ !6=i.l$DC$3G(X Chương 1. Giơi thiệu kiến trúc máy tính tiên tiên và xử lý song song *-.%!*+&,'/("&0!-*-/1!&2'3((4&.5&67-!*+&,'83((4&-9 -:&';<=9>1!?-@ &,-''AB!-'C-"'3@::C>1-"'3DE/F 8GH(!*+&,'@IDE/F@J@&@A-&K-@ -'9&L-:>1@J@9-"'3M D(4&-'B&NN'>O!P&>)&/F8(+'HCD('N1+QN!.5&&'7-CRS>0-*- N'>)&/F>1.5&67-/1!'-'5-"(4&&,'&*-T9'3@IDE/F86!" 'U-1+C-'7&9Q'H-?(-*-.5&67-!*+&,'&H&5E<V-I-'5 &'"W(9-*-R @9DE/F8 *-R DE/F/1-*-'3&'K!*+&,'R9X!'O(@I>YDE/F@A- .5&K&'"W(9!/H&'">1-*-B'Z!O!-Z&'5&@;-*-@I>YDE/F/1! >H--['9(8:'9+5(&K-','@A-E<V@;B'\/-*-'3&'K/1<=9-*- @I>YDE/FC>1-*-.5&K!].5&-'7>N'9(8*-@I>YDE/F-:&';9 &5B>1&I&*->N'9(R^-*-'E<VR 'N-'('P--*-B'IB'*B&6(+O &85&K!-T9-*-'3&'KR 'N<[-'(-:&';&'( -/<=9&6HR(>1 <=9&6H-'(+;!-'86-*-'3&'K&6(+O&C5&K!@A--'9&'1'&_' >1@ 8*-.5&K&_'-:! &&"B"-K@Y'.'"&'9+@`.'-'I&60'@9 -'+8*-.5&K@ &69-*-/H.5&&(aR5.'-'I&60'&'=-&'8 $V-@,'-','-T9>3-<[-*-R @9DE/F/1&69-*-!*+&,'!'R^= .5&K@IM'O(R DE/F8&9-'6^! &R @9DE/FQ@&&K-@ '9' 'I>N'3&'K@IDE/F'9''4&8169C>3-B'*&&6;! &R @9DE/FR9 X!'O(R @IDE/F-b-:&';'3(W(M'I>O-'B',>N>3-B'*&&6;! &'3 @IDE/F'3((4&-98$ &(@;!.'*--T9R @9DE/F/1@ 9&1-985(! &R DE/F&6'3PB=-KC-*-R DE/F-c/>dQ'&@ R0'&'C!P-<['3( (4&(+M!8 1.1 Tổng quan về máy tính qua 4 thập kỷ. Z('5&-*-'1.'9'U-!*+&,'@O('4&&6,6^@J-:RK.e(+HB'*& &6;.'*-'9(-T9!*+&,'89XR9&-'C&!f#'96C<f.&BC9<f&g6.8 1.1.1 Kỷ nguyên batch.(Batch Era) 2!hijkC!*+&,'/N&'( -'3$lmjn&'K&6Y&6-*--"&+8\+/1! & /!*+&,'DE/F&'f/"@;'0'>N-*-R @U-&'o@V-/pCR2>1`@_9C'-'9 -:=&69@`<q/3(q9-*-!*+8'7'0'&'1'H-*-!*+&,'&)B&6(/N>1 /1! &<&H(-'(r-T9!*+&,'&6'O(&')B.e83$lmjn-:! &'3@O( '1'C'O("q/)B&60'C>1<(/A@_9/1hn$8K-@ '&@ -T9!*+ -c&'4B8(+'H!*+&,'1+-b@T/N@;'p&6A-[/7-'O(-'I&60' &6R 'NC!P-<[R DE/F&6(&\!B'M-'(+;&L! &-'I&60'1+9 -'I&60'.'*-8 1.1.2 Kỷ nguyên time-sharing *-!*+&,'/N-T9&'.a!*+&,'DE/F&'f.'K@J@A-@P&O!:>q -']->1-(K'q2!hijn8b&&'@;!@:C'q&5R &6-"'3 R*<d>1&5R &6-"'3B'Z-?@J'69.e(+H!*+&,'!8 '7'sC'9'C>1*-M>L9B'MH@A-E<V6 6J&6-*--"&+8(+ 'HC@K>N<[-(KC-'7>d-cW(*@]&>1.':-'(+;98 *-!*+&,'!@A--'5&RS&)B@1tuCv6!fC>1t9&9ff69/<d @5>3-@Y''_9! &/-"'3@3&*!N&!f#'968w1'q2! hixnC6y61C&6H&'Y&6@J&X&'9/!*+&,'&'I!zh{*-!*+&,' /NDE/F<q/3(&)B&6(C>1z|{-*-!*+&,'!&!f#'968G>N-*-!*+ &,'W(+!"'sC-*-H(!*+&,'@J69@>1&'9!9>1-( --'I8GH(!*+&,' @Z(&H/1tjjnnC@A-N&'3(>12!hijhRS&6/t9&96B69&869+ ff96-'6B69&@JN&'3(H(!*+&,'-'B',l'3((4&&K&'4&C69+#hC>1 2!hixj8 1.1.3 Kỷ nguyên desktop *-!*+&,'-*'\zv{C@A-N&'3(>12!hixxRS&)B@1v6-f6 f-'/+C6&'G&96C9<+C!!<6fCBB/fC>1'O(&)B@1.'*-C&22 (4&/1!>3--T9E<V8*-!*+&,'-*'\&L&)B@1!B9WCBB/fC $Ctf//C>1'O(&)B@1.'*-'9'-':&6SHB'`R5C>1@J/1!&'9+@`R !P&-T91'!*+&,'8 $!*+&,'-V-R z}{-*-!*+&,'-*'\>1-*-!*+&6!!'R]&@Z( &'9+&'5-*-!*+&,'/N>1!>12!hiin8$*+<f.&B-:&';-:.'M2&,' &*9>N-*-!*+&,'/N!''4&'*&'1'-'~R^! &B'Z!8 (+'HC-*-<f&B-*'\@JN!@A-.5&K>1-*-B'?-'3@3&*/N'I W(9!<36 z•{8 1.1.4 Kỷ nguyên mạng máy tính. e(+H&'?&C'9+-cU/1!"'0'!!*+&,'C@JB'*&&6;'5&?- '9'-':<'q&5R &6-"'3!8"'3!>A&D9-" '3DE/Fz-"'3>DE/F{&6(K&'q2!hiin8G=&2@ &R5-"(4& !@J/1!-'7&9-'(+;&LW(9@;!/4+R DE/F/1!&6(&\!9W(9@;! /4+!/1!&6(&\!8 6'q2!hi€n>1hiinC&'5N@J-'?.5=69@-T9'O(!*+ &,'&'I!-:'O(R DE/F8'7@A-B'\&'1''9/-','zh{ '3&'KR 'N<[-'(C>1z|{'3&'KR 'NB'\&*8GK/A-*-R >DE/F &6! &!*+<9@ &L! &>1R &6!*+&,'R 'N<[-'(-'@5'1 &62!1R >DE/F&6! &'3&'K-=-/N8w,<V>O-*-!*+&,' &6&'.a1+R9X!GfW(f&G+!!f&6+C&f/vGCuC&f/v969C '.$9-'fz$#|C$#k{C$v96z$v{C•(‚&(zwvvknn{C>1'q<c.'*-8 1.1.5 Các xu hướng hiện tại $ &&6'qD('N6y63&&6!*+&,'/1=&'9+&'5-*-!*+ @]&&O>1-'(+HR3&R^-*--V!!*+&6!*&'1'6o'I8$ &-V!/1! &&)B'AB -*-!*+&,'@ -/)B@A-.5&KR^!/H&'"8169C=B'`R56 6J -T9&f6f&&'7-@r+=W(9&\!@5&,'&*!z@3&*!{>1Z@\+'I/1 @3&*!/N8}N/1-*-O&,'&*B'\&*>O!P&@Y9/F8'7-(-4B -'-'7&9'q.'M2&6(+-)B@*&-)+CB'['ABCB'`R5C>1*&'1'6o >1-*-B'I&3&,'&*-9-4B8 ƒh8h`W(9>O!*+&,'W(9RK&')B.e 1.2 phân loại kiến trúc máy tính của Flynn v'\/.5&67-!*+&,'B'`R5'4&@A-•/+@Y''_9>12!hijj8 v'IB'*BB'\/-T9•/+<=9&6H.'*3!>O/(X&'"&89//(X &'"&@>1R DE/F/1„-*-/(X/3'>1/(X<q/3(8}(X/3'/1-'(p-*- /3'@A-&'=-'3RS-*-@I>YDE/F8*-/(X<q/3(/1/(/A<q/3(&69@` q9R 'N>1-*-@I>YDE/F8'fB'\/•/+C-*-/(X/3''P--*-/(X<q /3(-:&';/1! &'P-'O(z@I'P-@9{85&67-!*+&,'-:&';@A-B'\/ &'1'RK/6HR3&9(@\+ • G/f#&6(-&/f#<9&9&6f9!zGGt{„ • G/f#&6(-&!(/&B/f#<9&9&6f9!zG$t{„ • $(/&B/f#&6(-&/f#<9&9&6f9!z$Gt{„9< • $(/&B/f#&6(-&!(/&B/f#<9&9&6f9!z$$t{8 $*+&,'@IDE/F.;(>f(!9&6(+O&'K&'( -'3GGt8*-!*+&,' 'P--:&';&'( -/G$t'P-$$t8'-'~-:! &R @O(.';>1&4& -M-*-R DE/F&'=-'3/3'K'9(&'f.;(@XR &'0!*+@A-D5B >1/G$t86!*+$$tC!pR DE/F-:R @O(.';6H>1-:&';&'=- '3-*-/3'.'*-'9(&6H-*-<q/3(.'*-'9(86$GtC-[! &<c<q/3( -'+W(9! &!M&(+5&,'-*-R DE/F&'=-'3-*-<c/3'.'*-'9(86 &'=-&5C!*+$Gt.'"&X&C&(+'HC! &K&*-M@JDf!-*-!*+-4(&67-K z>1-:&';/1-*-!*+&,'!M+&/-{/1-*-$Gt80'h8hCh8|C>1h8m!"&MI@X .'K&I?-T9GGtCG$tC>1$$t8 v'\/•/+@J@A-t…( R`(>12!hix€86B'\/-T9 !0'C( !S6 &'H!/(X/3'&'1'/(X/3'@I>1@9/(X/3'8}(X<q /3(&6B'\/( @A-U/1/(X&'=-&'>1-b@A-!S6 @; B>1 /(X@I>1@9/(X8G=.5&'AB-T9'q/(X1+<d@5&`- hj/.5 &67-8 1.3 Kiến trúc SIMD $"'0'&,'&*G$tR9X!'9B'Z! &!*+&,'B'V&6A.;( >f(!9&'"&'C>1! &!MR DE/F'!H(&MS'0'h8†8$MDE/F /1&)B'AB-T9-*-R DE/F@XR K'3&'9(-:.'M2&'=-'3@X&'-[ ! &'&@ &6H-*-<q/3(.'*-'9(8$pR >DE/F&6!M-:! &/AR 'N6H's@;/(<q/3(B'\&*&6.':@9@A-DE/F8$MDE /F@A-.5&K>NR('N-T9!*+&,'B'V&6A@;:-:&';&6(+-)B<q/3(d('H >1R 'NDE/F-V-R zR 'N6H{>N-'?-2'! &R 'N.'*-8 '>)+C!*+&,'B'V&6A-:&';@969'q/3'@P-R3&/1!-'-*-R B') -T9R 'N@A->)'1'-[/7-z@X&'{'P-/1!-'<q/3(<-'(+;&6R 'N8$ &-'I&60'-:&';@A-B'*&&6;>1&'=-&'S!*+&,'B'V&6A<[! & "q/)B&60'.;(K&5B&6(+O&'K8'I&60'?<V@A-&'=-&'R^ !*+&,'B'V&6A&'f B'I&'?-K&5B &'"&'C' &6(+O/3'@5-*- !MDE/F@;&'=-'3-*-B'‡B&*G$t8G=K'9(q9/)B&60'<q /3(>1K&5B-','/1! &&6'q@;!!'-T9DE/F<q/3( 8XR ':9&6SH.'"&',-''ABW(9>3-@XR '*'YBD(-T9-*-R DE/F8 >DE/F.'"/1!0'P-&'=-'3-*-'&@ K'3&'9(-[! & /7-8ˆ.5&67-G$tCB'IB'*B@A-.'9&'*-R^-*-'*B<V@X &'-*-B'‡B&*-'-*-&)B<q/3(/N8$"'0'1+B'*&'(+'3(W(M&K&'4&.' M'qR1&*-:'O(<q/3(-ZB'M@A--)B')&'1/&8:64&'3(W(M &6-*-&,'&*K&'"&'8 :'9-4('0'-','@A-E<V&6-*-!*+G$tzDf!'0'8h8k{86 I@X@Z(&HC!pR DE/F-:R 'N-V-R 6H-T9:8*-R >DE/F-:&';9 &5B>N'9(&'"W(9!/H&'"85(!/H&'".'".5&K&6=-&5B q9'9R DE/FD*-@Y'C&'0-PB1+-:&';&69@`<q/3(&'"W(9! &R DE/F &6(98}}w@JE<V! &I@X.5&K1+8*-.5&K!&6 }}w-'B'‡B!pR DE/F9&5B&6=-&5B>NRKR >DE/F/\-)&'f!" '0'!9&6)€D€9-'R >DE/F&'?-:&';9&5B&6=-&5B>NR z#h{Cz‰h{C z#€{C>1R >DE/F&'?z‰€{8ˆI@XG$t&'?'9CR >DE/F>1-*-!"#@(R 'N9&5B>N'9(&'"W(9!/H&'"89R >DE/F-:&';&6(+O<q/3( -''9(&'"W(9! &'9+'O(!"#@(R 'N&6(9'P-W(9! &'P-'O( R DE/F&6(98Gvz DE/F.'9'U-(66('{E<VI@XG$t&'?'98 1.4 Kiến trúc MIMD 5&67-'O(<c/3'#'O(<c<q/3(z$$t{@A-&&'1' &L'O(R DE/F>1'O(!"#@(R 'N.5&K>N'9(&'"W(9! &K.5&K !8'7&'( -'9/-','R 'N<[-'('P-&6(+O&zB'\&*{80' h8j!''U9-4(&67--'(-T9'9/1+8*-R >DE/F&69@`&'"&&'" [...]... nhớ vào cùng một bộ vi xử lý và bộ nhớ Nói cách khác, các tô pô mô tả cách thức kết nối bộ vi xử lý và các bộ nhớ với bộ vi xử lý và các bộ nhớ khác Ví dụ, một tô pô kết nối hoàn chỉnh là một quá trình ánh xạ, trong đó mỗi bộ vi xử lý được kết nối với tất cả các bộ xử lý khác trong máy tính Tô pô vòng là một ánh xạ kết nối vi xử lý k với các vi xử lý lân cận của nó, các bộ vi xử lý (k - 1) và (k + 1)... năng Chương 2 Kết nối mạng đa xử lý Như chúng ta đã thấy trong Chương 1, một hệ thống đa xử lý bao gồm nhiều đơn vị xử lý được kết nối thông qua mạng liên thông và các phần mềm cần thiết để các đơn vị xử lý làm việc cùng nhau Có hai yếu tố chính được sử dụng để phân loại các hệ thống là: chính các đơn vị xử lý này, và mạng kết nối gắn kết chúng với nhau Các mạng đa xử lý có nhiều kiểu truyền thông... bộ xử lý và bộ nhớ riêng của nó Các nút có thể lưu trữ tin trong những vùng đệm (các vị trí nhớ tạm thời, nơi các thông tin chờ cho đến khi chúng có thể gửi hoặc nhận), và thực hiện những hoạt động gửi / nhận đồng thời với việc xử lý Việc xử lý tin và việc tính toán đồng thời được xử lý bởi hệ điều hành cơ bản Các bộ xử lý của hệ thống truyền tin không sử dụng chung một bộ nhớ toàn cục và mỗi bộ xử lý. .. Cache Một hệ thống bộ nhớ COMA yêu cầu dữ liệu được di chuyển đến bộ xử lý đang yêu cầu nó 1.4.2 Tổ chức bộ nhớ truyền tin Các hệ thống truyền tin là một loại đa xử lý trong đó mỗi bộ xử lý có thể truy cập vào bộ nhớ riêng của nó Không giống như các hệ thống bộ nhớ dùng chung, truyền thông trong các hệ thống truyền tin được thực hiện thông qua các hoạt động gửi và nhận Một nút trong một hệ thống như... viên viết vào các phần mềm ứng dụng Do đó, các lập trình viên phải tìm hiểu các mô hình truyền tin, bao gồm sao chép dữ liệu và xử lý các vấn đề nhất quán Một số ví dụ thương mại của kiến trúc truyền tin năm 1990 là Ncube, IPSC / 2, và các hệ thống dựa trên phần mềm trung gian khác nhau Cuối cùng, các hệ thống này cũng nhường chổ cho các hệ thống kết nối Internet trong đó các nút vi xử lý / bộ nhớ hoặc... họa một hệ thống như vậy Trong quá trình quyết định bộ xử lý nào được quyền kiểm soát bus, bộ quản lý bus sử dụng một phương án ưu tiên định trước Trong số các phương án ưu tiên được sử dụng là ưu tiên ngẫu nhiên, ưu tiên xoay (luân phiên) đơn giản, ưu tiên như nhau, và ưu tiên sử dụng gần đây nhất (LRU) Sau mỗi chu kỳ phân xử, trong ưu tiên quay (luân phiên) đơn giản, tất cả các cấp độ ưu tiên bị... trao đổi bus Trong một hệ thống bus đơn đa xử lý, sự phân xử bus (điều phối kênh) là cần thiết để giải quyết các tranh chấp bus diễn ra khi có nhiều bộ xử lý cạnh tranh để truy cập vào bus Trong trường hợp này, bộ vi xử lý muốn sử dụng bus gửi yêu cầu đến bộ quản lý bus Hệ thống này đưa ra quyết định, sử dụng một phương án ưu tiên nhất định, cấp quyền truy cập vào bus cho bộ vi xử lý trong một khoảng... ta nghiên cứu các loại mạng liên thông động và tĩnh khác nhau Hình 2.1 Cách phân loại dựa trên cấu trúc liên kết của các kết nối mạng 2.2 Mạng kết nối động dựa trên BUS 2.2.1 Hệ thống bus đơn Bus đơn được coi là cách đơn giản nhất để kết nối các hệ thống đa xử lý Hình 2.2 biểu diễn hệ thống bus đơn Dưới dạng chung nhất (dưới dạng tổng quát nhất), một hệ thống như vậy bao gồm N bộ vi xử lý, mỗi bộ có... riêng của mình Các đơn vị xử lý của một hệ thống truyền tin có thể được kết nối theo nhiều cách khác nhau, từ cấu trúc nối kết đặc trưng tới các mạng phân tán về mặt địa lý Về nguyên tắc, phương pháp truyền tin có khả năng mở rộng sang quy mô lớn Khả năng có thể mở rộng dẫn đến một lợi thế là chúng ta có thể tăng số lượng bộ xử lý mà không làm giảm đáng kể hiệu suất tính toán Các bộ đa xử lý truyền tin... riêng, được kết nối qua một Bus chung Hình 2.2 Ví dụ hệ thống bus đơn Việc sử dụng các bộ nhớ cache cục bộ làm giảm lưu lượng bộ nhớ xử lý Tất cả các bộ vi xử lý giao tiếp với cùng một bộ nhớ dùng chung Kích thước điển hình của một hệ thống như vậy thay đổi trong khoảng 2 và 50 bộ vi xử lý Kích thước thực tế được xác định theo lưu lượng trên mỗi bộ xử lý và băng thông bus (được định nghĩa là tốc độ truyền .    BÀI GIẢNG CÁC HỆ VI XỬ LÝ TIÊN TIẾN  . !"#%&'()&!*+&,'  MỤC LỤC Chương 1. Giơi thiệu kiến trúc máy tính tiên tiên và xử lý song song 5  ! ". 94 !?L(3ZFc?U$d(:$B.lA !1d(:$=+(,/(nk/(+(,A! !1d(:$7$dA6 !0/$lAW !(o#CH_.$lAW !0/$lHC !1$m$l !a/*9p$$$l !1$#CH5*R !aiC*R- !*R6 !!aYq.p85A !!^P#Cm$l !!^P#Cm3* !!1$U(U/ !-aYJ/0HC !6F7$L$L5$ !6=i.l$$$3G(X$ !6=i.l$DC$3G(X Chương 1. Giơi thiệu kiến trúc máy tính tiên tiên và xử lý song song *-.%!*+&,'/("&0!-*-/1!&2'3((4&.5&67-!*+&,'83((4&-9 -:&';<=9>1!?-@