Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương I

Kiến trúc máy tính
Chương I – a: Tổng quan về môn học


Về mơn học
 Dành cho những sinh viên u thích mơn học,
thích điểm cao và khơng thích nhìn lưng giảng
viên.
 u cầu: Có kiến thức về lập trình cơ bản C/C+
+ hoặc Java.


Mục tiêu mơn học
 Tìm hiểu chức năng và hoạt động của các thành phần cơ bản
trong hệ thống máy tính bao gồm Bộ xử lý (processor), bộ nhớ
(memory), vào / ra (input/output).
 Bắt buộc phải hiểu : sự thực thi (performance)
 Giao diện phần cứng / phần mềm
 Có thể viết chương trình bằng hợp ngữ.


Tại sao lại dùng
MIPS? Tơi khơng sở
hữu máy tính MIPS…

Những vấn đề trọng tâm
 Hợp ngữ MIPS
 Mức logic số
 Thiết kế bộ xử lý
 Kỹ thuật đường ống
 Vào / ra và bộ nhớ

 Bộ nhớ đệm cache
 Bộ nhớ ảo
 Cấu trúc song song

MIPS đơn
giản, x86 thì
khơng


Tại sao tơi phải quan
tâm đến cái này? Tơi có
đi thiết kế máy tính
đâu…

Bài học bắt đầu từ các
câu hỏi

 Máy tính được xây dựng (built) như thế nào?
Logic -> circuits -> datapath
 Máy tính được điều kiển như thế nào?
Instructions -> microachitecture -> ISA ->
assembly

Kiến trúc là
bản chất của
sự thực thi


Nội dung chương 1
 Lịch sử phát triển của máy tính

 Khái niệm cơ bản về kiến trúc máy tính
 Tìm hiểu chương trình thực thi trên máy
tính
– Tìm hiểu bên trong máy tính
– Tìm hiểu bên trong bộ vi xử lý
– Tải và thực thi tập lệnh


Kiến trúc máy tính là gì?
 Tại sao phải quan tâm?
 Phân loại như thế nào?


Lịch sử phát triển của máy tính

Cơ
• Blaise Pascal (1642)
• 1642 - 1945

ENIAC (1946)
18.000 bóng đèn
1500 rơle
30 tấn
140 kw

Transistor (1958)
• Burroughs 6500
• NCR, CDC 6600

IC(Integrated

Circuit)
• LSI – VLSI
• Xử lý song song


Khái niệm cơ bản về kiến trúc máy tính
Phần mềm
hệ thống

Phần mềm
ứng dụng

Phân loại

Chức
năng
Máy tính
chuyên
dụng

Phần
cứng

Cấu trúc
bộ xử lý

Máy tính
nhúng

RISC

Cấu tạo

CISC

Von
newmann

Harvard


Kiến trúc RISC (Reduce Instruction
Set Computer)
 DEC Alpha, AMD 29k, ARC, ARM, Atmel AVR, MIPS, PA-RISC,
Power(PowerPC), SuperH, và SPARC
 ARM (Acorn RISC Machine)
 MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)

 Có bao nhiêu SV biết về ARM?
 Hãy tra wikipedia để có khái niệm sơ bộ về ARM.

From ARM


Các máy tính nhúng ARM là thơng
dụng nhất trên thế giới


“big.LITTLE” là gì ?
 Big processor cores (Lõi xử lý lớn): Hiệu năng tính tốn cao.

 Little processor cores (Lõi xử lý nhỏ): Năng lượng tiêu thụ
thấp.

Big

Little
From ARM


Tại sao phát triển lõi big.Little?

Pin điện thoại sẽ dùng
được lâu nhất có thể


Kiến trúc LITTLE và BIG

LITTLE
• Đơn giản
• Ít các đơn vị chức năng
• Xử lý chậm
• Đường ống ngắn
BIG
• Phức tạp
• Nhiều đơn vị chức năng
• Đường ống dài
• Xử lý nhanh


Mở rộng: Thiết kế

nhiều transitor với
cùng chi phí và sử
dụng hiệu quả


Why should they do
this?

Answer:
Can’t increase power.
Need to improve
power efficiency.
Great way to use all
those “free”
transistors.


So…why should you
care?
 Understanding performance and efficiency
 Design tradeoffs for executing code
 Building the hardware
 Making it programmable
Computers are evolving very fast
Need to understand how they work to
understand why they are changing
• Architecture is critical for performance
and efficiency