Chương 1: W1 coa introduction

Computer Organization and Architecture
(Tổ chức và Kiến trúc Máy tính)

Chapter 1

Introduction

Adapted from Computer Organization and Design, 4th Edition,
Patterson & Hennessy, © 2008, MK
Adapted from Mary Jane Irwin, Penn State University

Contents

1 • Introduction
2 • Below Your Program
3 • Components of a Computer

Chapter 1 — Introduction— 3

What You Will Learn

 Lịch sử phát triển của máy tính
 Làm thế nào để chương trình được dịch

sang ngôn ngữ máy?

 Và làm thế nào để phần cứng thực thi ?

 Giao tiếp phần cứng/phần mềm

Chapter 1 — Introduction— 3

The Computer Revolution §1.1 Introduction

 Sự tiến bộ trong cơng nghệ máy tính

 Định luật Moore

 Ứng dụng phổ biến

 Lĩnh vực ô tô
 Điện thoại di động
 World Wide Web
 Cơng cụ tìm kiếm

 Máy tính ngày càng phổ biến

Chapter 1 — Introduction— 3

The Computer evolution

 Transistor đầu tiên được phát minh khi nào?

 Được phát minh năm 1947 bởi Bardeen và cộng sự
tại Bell Laboratories

Chapter 1 — Introduction— 3

The Computer evolution

Phiên bản đầu

tiên của
transitor

Chapter 1 — Introduction— 3

The Computer evolution

 Mạch tích hợp (Integrated circuit – IC) được
phát minh khi nào?

 Năm 1958, IC tạo ra bởi Jack Kilby (Texas
Instruments)

Chapter 1 — Introduction— 3

MOORE’s Law

Chapter 1 — Introduction— 3

MOORE’s Law con’t

Intel 4004 2,300 1971 Intel 10,000 nm 12 mm²
10,000 nm 14 mm²
Intel 8008 3,500 1972 Intel 6,000 nm 20 mm²

Intel 8080 4,500 1974 Intel

IBM z13 3,990,000,000 2015 IBM 22 nm 678 mm²

IBM z13 Stora 7,100,000,000 2015 IBM 22 nm 678 mm²

ge Controller Intel 14 nm 122 mm²
Oracle 20 nm
Quad-core + cca 2015 Intel 14 nm 456 mm²
GPU GT2 1,750,000,000
Core i7 Skyla 10,000,000,00
ke K 0[33] 2015
SPARC M7

22-core ~7,200,000,0 2016
Xeon Broadw 00[32]
ell-E5

Chapter 1 — Introduction— 3

Technology trend

Chapter 1 — Introduction— 3

Technology Outlook

High Volume 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Manufacturing
90 65 45 32 22 16 11 8
Technology Node
(nm) 2 4 8 16 32 64 128 256
Integration
Capacity (BT) 0.7 ~0.7 >0.7 Delay scaling will slow down
Delay = CV/I
scaling >0.35 >0.5 >0.5 Energy scaling will slow down

Energy/Logic Op High Probability Low Probability
scaling
Bulk Planar CMOS Low Probability High Probability

Alternate, 3G etc Medium High Very High

Variability ~3 <3 Reduce slowly towards 2 to 2.5

ILD (K) 1 1 1 1 1 1 1 1

RC Delay 6-7 7-8 8-9 0.5 to 1 layer per generation

Metal Layers

Chapter 1 — Introduction— 3

Technology Trends

 Electronics DRAM capacity
technology
continues to evolve

 Increased capacity
and performance

 Reduced cost

Year Technology Relative performance/cost
1951 Vacuum tube 1
1965 Transistor

1975 Integrated circuit (IC) 35
1995 Very large scale IC (VLSI) 900
2005 Ultra large scale IC 2,400,000
6,200,000,000

Chapter 1 — Introduction— 3

The PowerPC 750
 Introduced in

1999

 3.65M transistors

 366 MHz clock
rate

 40 mm2 die size

 250nm
(0.25micron)
technology

Chapter 1 — Introduction— 3

 Technology: 14nm

# of Cores 4
# of Threads 8
Processor Base 2.8 GHz

Frequency
Max Turbo 3.6 GHz
Frequency

Cache 8 MB
SmartCache

Bus Speed 8 GT/s DMI3
TDP 35 W

Chapter 1 — Introduction— 3

Impacts of Advancing Technology

 Processor

 logic capacity: increases about 30% per year

 performance: 2x every 1.5 to 2 years

 Memory

 DRAM capacity: 4x every 3 years, about 60% per
year

 speed: 1.5x every 10 years

 cost per bit: decreases about 25% per year

 Disk

 capacity: increases about 60% per year

 speed:

 cost per bit:

Chapter 1 — Introduction— 3

Growth Capacity of DRAM Chips

K = 1024 (210) In recent years growth
rate has slowed to 2x
every 2 year

Chapter 1 — Introduction— 3

Classes of Computers

 Máy tính cá nhân - Desktop computer

 Phục vụ mục đích chung, phần mềm đa dạng

 Hiệu suất và chi phí thấp.

 Máy chủ - Server computer

 Network based – truy cập từ xa qua mạng.

 Hiệu suất, dung lượng và độ tin cậy cao.

 Thực hiện khối lượng công việc lớn, các chức
năng chuyên biệt

 Máy tính nhúng - Embedded computer

 Được nhúng trong một hệ thống

 Công suất, chi phí thấp, dùng cho một ứng
dụng cụ thể
Chapter 1 — Introduction— 3

Classes of Computers

 Siêu máy tính - Supercomputers

 Công suất cao, chi phí cao.
 Bao gồm hàng trăm đến hàng ngàn bộ xử lý
 Dung lượng lưu trữ từ terabytes -> petabytes

Chapter 1 — Introduction— 3

Review:

 Kilobyte – 210 or 1,024 bytes
 Megabyte– 220 or 1,048,576 bytes

 sometimes “rounded” to 106 or 1,000,000 bytes
 Gigabyte – 230 or 1,073,741,824 bytes

 sometimes rounded to 109 or 1,000,000,000 bytes
 Terabyte – 240 or 1,099,511,627,776 bytes

 sometimes rounded to 1012 or 1,000,000,000,000 bytes
 Petabyte – 250 or 1024 terabytes

 sometimes rounded to 1015 or 1,000,000,000,000,000
bytes

 Exabyte – 260 or 1024 petabytes
 Sometimes rounded to 1018 or 1,000,000,000,000,000,000
bytes

Chapter 1 — Introduction— 3

Growth in Cell Phone Sales (Embedded)

• Where else are embedded processors found?

Chapter 1 — Introduction— 3