Bài giảng Kiến trúc máy tính Chương 1: giới thiệu chung

Kiến trúc máy tính
Chương 1: Giới thiệu chung

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

1


Tổng quan
•
•
•
•

Khái niệm về kiến trúc máy tính
Xu thế công nghệ
Hiệu năng
Nguyên lý thiết kế định lượng

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

2


Định nghĩa

Kiến trúc máy tính là nghệ thuật thiết kế máy
tính dựa trên các nguyên lý kỹ thuật và các
đánh giá hiệu năng định lượng

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

3


Ví dụ
• Lắp một máy tính chơi game
– Mainboard Intel MSI B150M MORTAR → Số 1 cho
Game thủ!
CPU CPU Intel Core i3 6100 3.7 GHz Socket 1151
VGA Card Zotac GTX 960 AMP edition 2GB DDR5
128bit
RAM 1 G.SKILL RIPJAW V 4 8GB(2*4GB) DDR4
2133MHz
HDD 1 Western 1TB SATA 3 7200rmp cache 64M
Chính hãng (Blue)
PSU - Nguồn Cougar STX 450 A.PFC
Case Knight Wind ( tặng kèm 3 fan led )
Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

4


Ví dụ

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

5


Các thành phần KTMT

• Kiến trúc tập lệnh: đánh địa chỉ bộ nhớ, tập
lệnh, mã hóa lệnh . . .
• Tổ chức: cách kết nối bộ nhớ, cách kết nối
các vi xử lý, cách phối hợp vi xử lý, đường
ống, bộ đệm (vi kiến trúc) . . .
• Phần cứng: giá trị xung nhịp đồng hồ, hệ
thống bộ nhớ . . .

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

6


Mục đích của KTMT
Thiết kế: kiến trúc tập lệnh, tổ chức, phần cứng
nhằm đáp ứng các tiêu chí định lượng:
•Các yêu cầu chức năng (ứng dụng máy chủ,
học tập, chơi game . . .)
•Giá cả
•Mức tiêu thụ năng lượng
•Hiệu năng
•Tính sẵn sàng
•Tính tin cậy
Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

7


Xu thế công nghệ
• Năng lực xử lý (số transitor trên một chíp)

tăng gấp đôi sau 18 tháng (luật Moore)
• Kích thước bộ nhớ tăng gấp đôi sau 18 tháng
• Dung lượng đĩa cứng tăng gấp đôi sau 18
tháng
• Tốc độ truy cập đĩa cứng tăng gấp đôi sau 10
năm
• Tốc độ truy cập RAM và đĩa cứng tăng vài %
một năm
Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

8


Khoảng cách hiệu năng CPU-RAM

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

9


Song song hóa
• Song song hóa mức câu lệnh : song song hóa
dữ liệu sử dụng các kỹ thuật đường ống
• Các kiến trúc vector và các bộ xử lý đồ họa:
song song hóa dữ liệu sử dụng cùng một lệnh
cho tập các dữ liệu
• Song song hóa mức luồng : song song hóa dữ
liệu hoặc luồng sử dụng mô hình phần cứng
gắn kết chặt cho phép liên lạc giữa các luồng
• Song song hóa mức yêu cầu :

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

10


Giới thiệu về hiệu năng

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

11


Số đo hiệu năng
•
•
•
•
•

Chương trình ứng dụng : số trả lời/1 tháng
Ngôn ngữ lập trình: số thao tác / 1 giây
Tập lệnh: MIPS, MFLOPS
Đường truyền dữ liệu: MB/ 1 giây
Transitor: số chu trình/ 1 giây

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

12

Các phần mềm đánh giá hiệu năng
• Các phần mềm thực tế: Tex, spice, . . .
• Các hạt nhân: vòng lặp Livermore
• Các chương trình đơn giản: sắp xếp, tạo số
ngẫu nhiên . . .
• Các phần mềm chuẩn nhân tạo

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

13


Cách tổng hợp hiệu năng

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

14


Nguyên lý thiết kế định lượng
• Sử dụng song song hóa để tăng hiệu năng
• Nguyên lý địa phương: phần mềm thường sử
dụng dữ liệu và mã lệnh vừa mới được sử
dụng gần đây
• Tập trung vào các trường hợp thường xảy ra:
các lệnh nạp và giải mã được dùng nhiều hơn
các lệnh nhân, cộng-> Ta tập trung vào
chúng
• Luật Amdahl
• Công thức tinh hiệu năng CPU

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

15


Luật Amdahl

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

16


Hiệu năng CPU

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

17


CPI trung bình

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

18


Ví dụ tính CPI trung bình

Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011

19