Thành phần cơ bản của máy tính

.,ӂ175Ò&0È<7Ë1+
ET4270
761JX\ӉQĈӭF Minh
[Adapted from Computer Organization and Design, 4
th
Edition, Patterson & Hennessy, © 2008, MK]
[Adapted from Computer Architecture lecture slides, Mary Jane Irwin, © 2008, PennState University]
7ә FKӭF OӟS
6ӕ tín FKӍ 3 (3-1-1-6)
*LҧQJ viên 761JX\ӉQĈӭF Minh
9ăQ phòng C9-401
Email minhnd1@gmail,com
Website />Sách Computer Org and Design, 3
rd
Ed., Patterson &Hennessy, ©2007
Digital Design and Computer Architecture, David Money Harris
Thí QJKLӋP 3 bài
Bài WұS Theo FKѭѫQJ, ÿӅ bài và bài JLҧL xem trên trang web
HUST-FET, 17/01/2011
2
*LӟL WKLӋX
ĈLӇP Vӕ
Bài thi FXӕL NǤ 70%
Bài thi JLӳD NǤ 30%
Bài WұS 20%
Thí QJKLӋP 10%
HUST-FET, 17/01/2011
3
*LӟL WKLӋX
/ӏFK KӑF
 7KӡL gian:

 7ӯ 14h00 ÿӃQ 17h20
 15 EXәL x 135 phút / 1 EXәL
 Thay ÿәL OӏFK (QJKӍ, KӑF bù) VӁ ÿѭӧF thông báo trên website
WUѭӟF 2 ngày
HUST-FET, 17/01/2011
4
*LӟL WKLӋX
Phát WULӇQ FӫD công QJKӋ thông tin
HUST-FET, 17/01/2011
5
*LӟL WKLӋX
[from Kurzweil]
?
Major
Technology
Generations
Bipolar
nMOS
CMOS
pMOS
Relays
Vacuum
Tubes
Electromechanical
%ҳW ÿҫX
EDSAC, University of Cambridge, UK, 1949
HUST-FET, 17/01/2011
6
*LӟL WKLӋX
Ngày nay

Máy tính có PһW NKҳS PӑL QѫL
HUST-FET, 17/01/2011
7
*LӟL WKLӋX
Laptops
Servers
Supercomputers
Routers
Robots
Set-top boxes
Media
Players
Cameras
Automobiles
Smart
phones
Sensor Nets
ӬQJ GөQJ
 3KѭѫQJ WLӋQ giao thông
 Khi máy tính WUӣ nên Uҿ KѫQ, QKӓ KѫQ và có KLӋX VXҩW cao KѫQ, nó ÿѭӧF
VӱGөQJ trong ô tô, xe máy ÿӇ WăQJ KLӋX VXҩW VӱGөQJ nhiêu OLӋX, JLҧP ô
QKLӉP, WăQJ ÿӝ an toàn.
 ĈLӋQWKRҥL di ÿӝQJ, WKLӃW Eӏ YLӉQ thông
 Giúp con QJѭӡL giao WLӃS dù ӣEҩW NǤ ÿkX.
 %ҧQ ÿӗ gen
 Máy tính WUӣ nên Uҿ và PҥQK KѫQ 10-100 OҫQ so YӟL cách ÿk\ 10 QăP
cho phép trang Eӏ các máy tính ÿӇ phân tích và ánh [ҥ EҧQ ÿӗ gen
QJѭӡL.
 WWW
 1Kӡ Vӵ SKә ELӃQ FӫD máy tính, các WKLӃW Eӏ PҥQJ, Internet WUӣ thành môi

WUѭӡQJ làm WKӃ JLӟL tràn QJұS thông tin (WKӃ JLӟL thông tin).
 %ӝ tìm NLӃP
 Google WUӣ thành 1 ÿӝQJ Wӯ và 1 ÿӃ FKӃ.
HUST-FET, 17/01/2011
8
*LӟL WKLӋX
Các ORҥL máy tính
 Máy tính ÿӇ bàn (eng, Desktop computers)
 0ӝW QJѭӡL dùng; &Kҥ\ QKLӅX ӭQJ GөQJ khác nhau; ĈL kèm màn hình,
bàn phím và FKXӝW; Yêu FҫX giá thành Uҿ, KLӋX QăQJ cao
 Máy FKӫ (eng, Servers)
 1KLӅX QJѭӡL dùng ÿӗQJ WKӡL; &Kҥ\ các ӭQJ GөQJ OӟQ; Truy FұS qua
PҥQJ, Yêu FҫX ÿӝ әQ ÿӏQK và an toàn cao.
 Siêu máy tính (eng, Supercomputers)
 &Kҥ\ các ӭQJ GөQJ khoa KӑF và công QJKӋ cao FҩS; *ӗP hàng
WUăP/nghìn Eӝ [ӱ lý, Eӝ QKӟ và Eӝ OѭX WUӳ dung OѭӧQJ OӟQ; Yêu FҫX KLӋX
QăQJ cao và có giá thành cao.
 Máy tính nhúng (eng, Embedded computers (processors))
 Máy tính QҵP bên trong PӝW WKLӃW Eӏ khác, FKҥ\ 1 ӭQJ GөQJ xác ÿӏQK
WUѭӟF.
HUST-FET, 17/01/2011
9
*LӟL WKLӋX
7ăQJ WUѭӣQJ doanh Vӕ ÿLӋQ WKRҥL di ÿӝQJ
HUST-FET, 17/01/2011
10
*LӟL WKLӋX
7ăQJ WUѭӣQJ ÿLӋQ WKRҥL di ÿ{QJ >> 7ăQJ WUѭӣQJ máy tính ÿӇ bàn
ĈһF ÿLӇP FӫD máy tính nhúng
ӬQJ GөQJ trong QKLӅX OƭQK YӵF khác nhau

Yêu FҫX KLӋX QăQJ UҩW khác nhau
Yêu FҫX KLӋX QăQJ WӕL WKLӇX và YӯD ÿӫ. Ví Gө?
Yêu FҫX NKҳW khe YӅ giá thành. Ví Gө?
Yêu FҫX NKҳW khe YӅ QăQJ OѭӧQJ tiêu WKө. Ví Gө?
Ít FKҩS QKұQ KӓQJ hóc. Ví Gө?
HUST-FET, 17/01/2011
11
*LӟL WKLӋX
0өF tiêu môn KӑF
.LӃQ WKӭF YӅ KӋ WKӕQJ máy tính:
Giao GLӋQ JLӳD SKҫQ PӅP và SKҫQ FӭQJ
Quá trình biên GӏFK FKѭѫQJ trình SKҫQ PӅP
&ҩX WҥR và KRҥW ÿӝQJ FӫD SKҫQ FӭQJ máy tính
3KѭѫQJ pháp ÿiQK giá ÿӏQK OѭӧQJ YӅ KLӋX QăQJ máy
tính
ҦQK KѭӣQJ FӫD các thành SKҫQ lên KLӋX QăQJ máy
tính
 .ӻ Vѭ SKҫQ PӅP: WұQ GөQJ ѭX ÿLӇP FӫD SKҫQ FӭQJ và
OӵD FKӑQ SKҫQ FӭQJ WӕL ѭX
 .ӻ Vѭ SKҫQ FӭQJ: ҧQK KѭӣQJ FӫD SKҫQ FӭQJ lên SKҫQ
PӅP
HUST-FET, 17/01/2011
12
*LӟL WKLӋX
.,ӂ175Ò&0È<7Ë1+
Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
[Adapted from Computer Organization and Design, 4
th
Edition, Patterson & Hennessy, © 2008, MK]
[Adapted from Computer Architecture lecture slides, Mary Jane Irwin, © 2008, PennState University]

&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
3KҫQ PӅP
HUST-FET, 17/01/2011
14
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
3KҫQ PӅP KӋ WKӕQJ
3KҫQ PӅP ӭQJ GөQJ
3KҫQ
FӭQJ
 3KҫQ PӅP KӋ WKӕQJ
 +Ӌ ÿLӅX hành ± giám sát, giao WLӃS JLӳD SKҫQ FӭQJ và SKҫQ PӅP ӭQJ
GөQJ (QKѭ Linux, MacOS, Windows)
¾ ĈLӅX NKLӇQ các KRҥW ÿӝQJ vào ra Fѫ EҧQ
¾ &ҩS phát Eӝ QKӟ
¾ Cung FҩS Vӵ chia Vҿ có EҧR YӋ JLӳD các ӭQJ GөQJ
 %ӝ biên GӏFK ± FKX\ӇQ ÿәL các FKѭѫQJ trình ӣngôn QJӳ EұF cao (QKѭ
C, Java) thành các câu OӋQK SKҫQ FӭQJ có WKӇ WKӵF KLӋQ
Trình biên GӏFK
HUST-FET, 17/01/2011
15
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
 High-level language program (in C)
swap (int v[], int k)
(int temp;
temp = v[k];
v[k] = v[k+1];
v[k+1] = temp;
)
 Assembly language program (for MIPS)
swap: sll $2, $5, 2

add $2, $4, $2
lw $15, 0($2)
lw $16, 4($2)
sw $16, 0($2)
sw $15, 4($2)
jr $31
 Machine (object, binary) code (for MIPS)
000000 00000 00101 0001000010000000
000000 00100 00010 0001000000100000
, , ,
C compiler
assembler
one-to-many
one-to-one
ѬX ÿLӇP FӫD ngôn QJӳ EұF cao
HUST-FET, 17/01/2011
16
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
 Ngôn QJӳ EұF cao
 Ít FKѭѫQJ trình còn ÿѭӧF phát WULӇQ EҵQJ KӧS QJӳ
 &KѭѫQJ trình ÿѭӧF YLӃW ӣngôn QJӳ Wӵ nhiên và phù KӧS YӟL
WӯQJ ӭQJ GөQJ (Ví Gө: Fotran, Lisp, Java)
 7ăQJ QăQJ VXҩW OұS trình viên ± mã FKѭѫQJ trình GӉ KLӇX, GӉ
Jӥ OӛL, GӉ NLӇP tra
 7ăQJ NKҧ QăQJ EҧR trì FKѭѫQJ trình
 &KѭѫQJ trình ÿӝF OұS YӟL SKҫQ FӭQJ VӁ WKӵF KLӋQ FKѭѫQJ
trình
 &KѭѫQJ trình ÿѭӧF WӕL ѭX hóa cho WӯQJ ORҥL SKҫQ FӭQJ QKӡ
các WKXұW toán WӕL ѭX trong trình biên GӏFK
3KҫQ FӭQJ

 5 thành SKҫQ FӫD KӋ WKӕQJ
máy tính:
 ĈѭӡQJ Gӳ OLӋX (eng,
datapath)
 .KӕL ÿLӅX NKLӇQ
 %ӝ QKӟ
 .KӕL vào
 .KӕL ra
 CPU =
ĈѭӡQJ Gӳ OLӋX
+ NKӕL ÿLӅX NKLӇQ
HUST-FET, 17/01/2011
17
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
3KҫQ
PӅP
KӋ WKӕQJ
3KҫQ PӅP
ӭQJ GөQJ
3KҫQ
FӭQJ
%ӝ [ӱ lý ÿD nhân $0'¶V%DUFHORQD
 4 nhân, ngoài
WKӭ Wӵ
 ĈӗQJ Kӗ: 1,9
GHz
 Công QJKӋ
65nm
 3 PӭF Eӝ ÿӋP
(L1, L2, L3)

 Tích KӧS Eӝ
ÿLӅX NKLӇQ FҫX
EҳF
HUST-FET, 17/01/2011
18
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
Core 1
Core 2
Core 3
Core 4
Northbridge
512KB L2
512KB L2 512KB L2
512KB L2
2MB shared L3 Cache
.LӃQ trúc vonNeumann
HUST-FET, 17/01/2011
19
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
Central
Processing
Unit (CPU)
Memory
(ROM/RAM)
I/O
Devices
DRAM
SRAM
ROM
EEPROM

Flash
Intel 80X86
Motorola 680X
PowerPC
ASIP
«
Màn hình
Máy in
Bàn phím
Con FKXӝW
ӘFӭQJ
Sensor,
Actor
«
PCI
PCIe
SCSI
USB
«
%ӝ [ӱ lý
trung tâm
CPU
%ӝ QKӟ
Memory
3KӕL ghép
vào/ra
(I/O)
Bus Gӳ OLӋX
Bus ÿӏD FKӍ
Bus ÿLӅX NKLӇQ

7KLӃW Eӏ
vào/ra
.LӃQ trúc Havard
HUST-FET, 17/01/2011
20
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
%ӝ [ӱ lý
trung tâm
CPU
%ӝ QKӟ
Gӳ OLӋX
3KӕL ghép
vào/ra
(I/O)
Bus Gӳ OLӋX
Bus ÿӏD FKӍ
Bus ÿLӅX NKLӇQ
7KLӃW Eӏ
vào/ra
Bus ÿӏD FKӍ
Bus ÿLӅX NKLӇQ
Bus Gӳ OLӋX
%ӝ QKӟ
OӋQK
.LӃQ trúc WұS OӋQK (ISA)
HUST-FET, 17/01/2011
21
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
 .LӃQ trúc WұS OӋQK (eng, Instruction Set Architecture - ISA), hay NLӃQ
trúc: là giao GLӋQ WUӯX WѭӧQJ JLӳD SKҫQ FӭQJ và các SKҫQ PӅP ӣ

OӟS WKҩS QKҩW, bao JӗP WҩW Fҧ các thông tin FҫQ WKLӃW ÿӇ YLӃW FKѭѫQJ
trình ӣngôn QJӳ máy QKѭ: các FKӍ WKӏ máy, thanh ghi, EҧQ ÿӗ Eӝ
QKӟ, SKѭѫQJ pháp vào ra«
 Giao GLӋQ QKӏ phân ӭQJ GөQJ (eng, Application Binary Interface ±
ABI) bao JӗP các FKӍ WKӏ máy Fѫ EҧQ QJѭӡL dùng có WKӇ VӱGөQJ
và các hàm KӋ WKӕQJ FҩS WKҩS do KӋ ÿLӅX hành cung FҩS.
.ӃW OXұQ:
 Máy tính JӗP các OӟS phân FҩS theo PӭF ÿӝ WUӯu WѭӧQJ.
 .LӃQ trúc WұS OӋQK là PӝW OӟS then FKӕW trong KӋ WKӕQJ máy tính.
 Các WULӇQ khai SKҫQ FӭQJ khác nhau tuân theo cùng FKXҭQ YӅ NLӃQ trúc WұS
OӋQK có WKӇ WKӵF KLӋQ cùng PӝW SKҫQ PӅP JLӕQJ nhau.
&ҩX trúc QӝL dung môn KӑF
 &KѭѫQJ 2. Giao GLӋQ JLӳD SKҫQ PӅP và SKҫQ FӭQJ
 .LӃQ trúc WұS OӋQK
 %LӇX GLӉQ Gӳ OLӋX
 7ә FKӭF và truy FұS Eӝ QKӟ
 /ӋQK vào ra
 &KѭѫQJ 3. &ҩX trúc Eӝ [ӱ lý
 7KLӃW NӃ Eӝ [ӱ lý trung tâm
 .ӻ WKXұW ÿѭӡQJ ӕQJ
 &KѭѫQJ 4. %ӝ QKӟ
 Phân FҩS và WKLӃW NӃ Eӝ QKӟ
 &KѭѫQJ 5. Vào ra
 7KLӃW Eӏ, Fѫ FKӃ vào ra
 &ҩX trúc bus
HUST-FET, 17/01/2011
22
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
ĈiQK giá và so sánh các máy tính
HUST-FET, 17/01/2011

23
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
 4X\ӃW ÿӏQK mua máy tính
 Trong Vӕ các máy tính, máy nào có
¾ KLӋX QăQJ WӕW QKҩW?
¾ giá thành Uҿ QKҩW?
¾ tӍOӋgiá thành/KLӋX QăQJ WӕW QKҩW?
 /ӵD FKӑQ WKLӃW NӃ máy tính
 Trong các OӵD FKӑQ WKLӃW NӃ, WKLӃW NӃ nào
¾ cho FҧL WLӃQWӕW QKҩW YӅ KLӋX QăQJ?
¾ giá thành WKҩS QKҩW?
¾ WӍ OӋ giá thành/KLӋX QăQJWӕW QKҩW?
 Yêu FҫX:
 &ăQ Fӭ ÿӇ so sánh
 Thông Vӕ ÿiQK giá
 0өF tiêu: QҳP rõ Vӵ
 ҧQK KѭӣQJ FӫD các nhân Wӕ trong NLӃQ trúc máy tính WӟL KLӋX
QăQJ toàn KӋ WKӕQJ;
 vai trò quan WUӑQJ WѭѫQJ ÿӕL và giá thành FӫD các nhân Wӕ ÿy,
+LӋX QăQJ (eng. Performance)
HUST-FET, 17/01/2011
24
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính
 7KӡL gian ÿiS ӭQJ (WKӡL gian WKӵF thi) ± là NKRҧQJ WKӡL
gian JLӳD WKӡL ÿLӇP EҳW ÿҫX WKӵF hiên và WKӡL ÿLӇP hoàn
thành PӝW QKLӋP Yө
 Quan WUӑQJ ÿӕL YӟL 1 QJѭӡL VӱGөQJ yêu FҫX KӋ WKӕQJ WKӭF KLӋQ
1 QKLӋP Yө
 Thông OѭӧQJ (GҧL thông) ± là WәQJ Vӕ QKLӋP Yө có WKӇ
ÿѭӧF hoàn thành trong 1 NKRҧQJ WKӡL gian

 Quan WUӑQJ ÿӕL YӟL QJѭӡL ÿLӅX hành trung tâm Gӵ OLӋX
 &ҫQ các KӋ ÿR OѭӡQJ khác nhau cho KLӋX QăQJ FӫD máy
tính FNJQJ QKѭ FҫQ 1 WұS KӧS các ӭQJ GөQJ khác nhau
ÿӇ NLӇP FKXҭQ các máy tính nhúng, máy tính ÿӇ bàn
(WKѭӡQJ chú WUӑQJ ÿӃQ WKӡL gian ÿiS ӭQJ) và các máy
FKӫ (WKѭӡQJ chú WUӑQJ ÿӃQ thông OѭӧQJ
Ví Gө 1.1 ± &ҧL WLӃQKLӋX QăQJ
 ҦQK KѭӣQJ FӫD Eӝ [ӱ lý lên WKӡL gian ÿiS ӭQJ và thông
OѭӧQJ
 1ӃX ta thay ÿәL FҩX trúc máy tính QKѭ sau thì WKӡL gian
ÿiS ӭQJ và thông OѭӧQJ FӫD máy tính thay ÿәL WKӃ nào?
 Thay WKӃ Eӝ [ӱ lý EҵQJ Eӝ [ӱ lý nhanh KѫQ
 %ә xung 1 Eӝ [ӱ lý ÿӇ WKӵF KLӋQ các QKLӋP Yө tách ELӋW (QKѭ
trong KӋ WKӕQJ tìm NLӃP WWW)
HUST-FET, 17/01/2011
25
&KѭѫQJ 1 ± Thành SKҫQ Fѫ EҧQ FӫD máy tính