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

NGUYỄN Ngọc Hoá Department of Information Systems, University of Engineering & Technology, Vietnam National University, Hanoi Kiến trúc máy tính 7 September 2015 Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 2Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Giới thiệu môn học  Môn học:  Kiến trúc máy tính  Computer Architecture  Phân bố giờ học : 3 tín chỉ  30 giờ lý thuyết  12 giờ bài tập & ôn tập  3 giờ thảo luận trên lớp  Giảng viên: Nguyễn Ngọc Hoá  Phòng 311-E3  Điện thoại: 37547.813  Email: Hoa.Nguyen@vnu.edu.vn  Lớp trưởng môn học  Bach Van Thuần, 0963.131.293 , thuanbv2203@gmail.com  Phan Thi Hà Trang, 096.991.7887, hatrang1921@gmail.com Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 3Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Mục tiêu  Trang bị kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức máy tính, sơ lược quá trình phát triển ngành công 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 of Information Systems @ Hoá NGUYEN 4Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Chuẩn đầu ra của môn học Mục tiêu Nội dung Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 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 quá trình phát triển ngành công nghiệp máy tính. x Hiểu được tổ chức và cơ chế hoạt động của các thành phần chính trong máy tính, đặc biệt là bộ nhớ và CPU; x 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, ... x Hiểu và vận dụng được những vấn đề nổi bật trong kiến trúc CPU như tập lệnh, kiểu đánh địa chỉ, kỹ thuật pipeline, .. x 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 toán tuỳ theo ngữ cảnh x 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 x 2.2 Kỹ năng mềm 2.2.1. Các kỹ năng cá nhân x Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 5Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Chương trình học 1. Nhập môn T1  Khái niệm chung  Kiến trúc và tổ chức  Cấu trúc và chức năng  Lịch sử phát triển  Mô hình máy tính của Von Neuman  Phân loại kiến trúc  Hiệu năng và luật Moore  Một số kiến trúc máy tính hiện đại  Kiến trúc x86 và x86-64  Kiến trúc UltraSparc  Bài tập 2. Tổ chức cơ bản máy tính T2  Khái niệm điều khiển theo chương trình  Nguyên 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  Khái niệm chung  Chu trình lệnh  Sơ đồ trạng thái chu trình không có ngắt và có ngắt  Bài tập Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 6Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Chương trình học 3. Hệ thống liên kết T3  Mô hình liên kết thành phần trong máy tính  Khái niệm bus  Tổ chức và chức năng  Kiến trúc truyền thống  Kiến trúc hiệu năng cao  Các đặc điểm của bus  Kiểu bus  Độ rộng bus  Kiểu truyền dữ liệu  Timing  Kỹ thuật phân xử (arbitrage)  Hiệu năng  Ví dụ với PCI bus 4. Bộ nhớ và các hệ thống lưu trữ T456  Khái niệm và chiến thuật phân cấp bộ nhớ  Các đặc điểm của bộ nhớ  Bộ nhớ chính  Bộ nhớ cache  Bộ nhớ ngoài  Bài tập  Bài tập & Kiểm tra giữa kỳ T7 Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 7Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Chương trình học 5. Các thiết bị vào/ra T8  Các thiết bị bên ngoài  I/O Modules  Truy cập bộ nhớ trực tiếp  Kênh I/O và processors  Bài tập 6. Số học máy tính T9  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  Mạch kết hợp  Bộ số học và logic  Mạch tuần tự  Bài tập Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 8Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá 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  Intel – x86  AMD – x86-64  ARM  PowerPC 8. Cấu trúc và chức năng CPU T12-13  Cấu trúc CPU  Chu trình lệnh  Pipeline  CISC & RISC  Superscalar  Bài tập Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 9Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Chương trình học... 9. Xử lý song song và đa lõi T14  Một số mô hình tổ chức đa CPU  SISD  SIMD  MISD  MIMD  Đa luồng đồng thời - SMT và siêu luồng HyperThreading  SMP và Cluster  Mô hình tổ chức hệ thống máy tính đa lõi (multicores)  Core i7  ARM11 MPCore 10. Chữa bài tập và ôn tập chung T15 Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 10Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá Đánh giá  Kiểm tra giữa môn: ME 40%  Kiểm tra hết môn: FE 60%  Điểm môn học = 40%ME + 60%FE Computer Architecture –Department of Information Systems @ Hoá NGUYEN 11Department of Information Systems @ NGUYỄN Ngọc Hoá 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