Bài giảng Kiến trúc máy tính: Giới thiệu môn học - Nguyễn Ngọc Hóa

Kiến trúc máy tính
NGUYỄN Ngọc Hố
Department of Information Systems,
University of Engineering & Technology,
Vietnam National University, Hanoi

7 September 2015




Giới thiệu môn học


Môn học:





Phân bố giờ học : 3 tín chỉ






30 giờ lý thuyết
12 giờ bài tập & ơn tập
3 giờ thảo luận trên lớp

Giảng viên: Nguyễn Ngọc Hoá






Kiến trúc máy tính
Computer Architecture

Phịng 311-E3
Điện thoại: 37547.813
Email:

Lớp trưởng mơn học



Bach Van Thuần, 0963.131.293 ,
Phan Thi Hà Trang, 096.991.7887,

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN

Ngọc Hoá

2


Mục tiêu


Trang bị kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức máy tính,
sơ lược q trình phát triển ngành cơng nghiệp máy tính,



Nắm bắt hoạt động và tổ chức của các bộ phận chính trong
máy tính (CPU, bộ nhớ, thiết bị vào/ra, hệ thống liên kết)
đặc biệt là bộ nhớ và CPU,
Hiểu rõ về ảnh hưởng của tập lệnh và kiểu đánh địa chỉ đến
hiệu năng của một máy tính computer, về quan hệ lẫn nhau
giữa tập lệnh, kiểu địa chỉ, pipeline và những phân cấp của
bộ nhớ (cache, chính, ảo),
Nắm bắt được một số kiến trúc hiện đại cải thiện được hiệu
năng máy tính (kiến trúc x86-64, kỹ thuật siêu luồng, đa
luồng đồng thời, đa lõi,...)





Computer Architecture –
–Department

Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

3


Chuẩn đầu ra của môn học
Mục tiêu
Nội dung
1. Kiến thức
(cho phép đạt được những yêu cầu 1.4 của ma trận chuẩn đầu ra
ngành HTTT và CNTT)
Nắm được kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức của máy tính, sơ lược
q trình phát triển ngành cơng nghiệp máy tính.
Hiểu được tổ chức và cơ chế hoạt động của các thành phần chính trong
máy tính, đặc biệt là bộ nhớ và CPU;
Làm chủ được những điểm quan trọng trong quản lý bộ nhớ như các
phương pháp ánh xạ giữa hai loại bộ nhớ, kỹ thuật thay thế, chính sách
ghi, ...
Hiểu và vận dụng được những vấn đề nổi bật trong kiến trúc CPU như tập
lệnh, kiểu đánh địa chỉ, kỹ thuật pipeline, ..
Phân tích và đánh giá được hiệu năng của máy tính nói chung, xác định
được ảnh hưởng khi một trong những yếu tố quan trọng trong kiến trúc
thay đổi đến hiệu năng của máy tính, biết cách xây dựng giải pháp nâng

cao hiệu năng tính tốn tuỳ theo ngữ cảnh
2. Kỹ năng
2.1 Kỹ năng cứng
2.1.2. Kỹ năng lập luận tư duy và giải quyết vấn đề
2.1.3. Kỹ năng nghiên cứu và khám phá kiến thức
2.1.4. Kỹ năng tư duy theo hệ thống
2.2 Kỹ năng mềm
2.2.1. Các kỹ năng cá nhân
Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

Bậc 1

Bậc 2

Bậc 3

x

x

x

x

x

x

x

4


Chương trình học
1. Nhập mơn


Khái niệm chung









Kiến trúc và tổ chức
Cấu trúc và chức năng
Lịch sử phát triển

2. Tổ chức cơ bản máy tính





Mơ hình máy tính của Von Neuman
Phân loại kiến trúc
Hiệu năng và luật Moore
Một số kiến trúc máy tính hiện đại





T1

Kiến trúc x86 và x86-64
Kiến trúc UltraSparc

Khái niệm điều khiển theo
chương trình
Ngun lý Von Neuman
Thành phần chính của máy tính













CPU
Bộ nhớ,
Thiết bị vào/ra
Hệ thống liên kết

Chức năng của máy tính


Bài tập

T2

Khái niệm chung
Chu trình lệnh

Sơ đồ trạng thái chu trình khơng
có ngắt và có ngắt
Bài tập

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation

Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

5


Chương trình học…
3. Hệ thống liên kết




Mơ hình liên kết thành phần
trong máy tính
Khái niệm bus







4. Bộ nhớ và các hệ thống
lưu trữ
T456


Tổ chức và chức năng
Kiến trúc truyền thống
Kiến trúc hiệu năng cao





Các đặc điểm của bus










T3

Kiểu bus
Độ rộng bus
Kiểu truyền dữ liệu
Timing
Kỹ thuật phân xử (arbitrage)
Hiệu năng







Khái niệm và chiến thuật
phân cấp bộ nhớ
Các đặc điểm của bộ nhớ
Bộ nhớ chính
Bộ nhớ cache
Bộ nhớ ngồi
Bài tập

Bài tập & Kiểm tra
giữa kỳ
T7

Ví dụ với PCI bus

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

6


Chương trình học…
5. Các thiết bị vào/ra






T8 6. Số học máy tính

Các thiết bị bên ngồi
I/O Modules
Truy cập bộ nhớ trực tiếp
Kênh I/O và processors
Bài tập





Tổng quan về đơn vị số
học và logic - ALU
Biểu diễn thông tin số







Khái niệm thông tin số
Biểu diễn ký tự
Biểu diễn số nguyên
Biểu diễn số thực

Logic số






T9

Mạch kết hợp
Bộ số học và logic
Mạch tuần tự

Bài tập

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá

NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

7


Chương trình học...
7. Kiến trúc bộ vi xử lý
T10-11







Khái niệm
Biểu diễn lệnh
Định dạng (format) lệnh
Phân loại lệnh
Các phương pháp đánh địa chỉ
Ví dụ với các kiến trúc thường
gặp






8. Cấu trúc và chức năng
CPU
T12-13







Cấu trúc CPU
Chu trình lệnh
Pipeline
CISC & RISC
Superscalar
Bài tập

Intel – x86
AMD – x86-64
ARM
PowerPC

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN

NGUYEN
Ngọc Hoá

8


Chương trình học...
9. Xử lý song song và đa lõi


Một số mơ hình tổ chức đa CPU










T14

SISD
SIMD
MISD
MIMD

Đa luồng đồng thời - SMT và siêu luồng HyperThreading
SMP và Cluster

Mơ hình tổ chức hệ thống máy tính đa lõi (multicores)



Core i7
ARM11 MPCore

10. Chữa bài tập và ôn tập chung

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

T15

9


Đánh giá


Kiểm tra giữa môn: ME

40%



Kiểm tra hết môn: FE

60%



Điểm môn học = 40%ME + 60%FE

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hoá
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hoá

10


Tài liệu tham khảo


William Stallings, Computer Organization and

Architecture, 10th Edition, Prentice Hall, 2015



John L. Hennessy & David A. Patterson, Computer
Architecture, A quantitative approach, 5th Edition,
Morgan Kaufmann, 2011



BBC : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CLC (1516_I_INT2205_4)
/>ps%2fblackboard%2fexecute%2flauncher%3ftype%3dCourse%26id%3d_2194_
1%26url%3d

Computer Architecture –
–Department
Department of
ofInformation
Information Systems
Systems @
@Hố
NGUYỄN
NGUYEN
Ngọc Hố

11