Bài giảng Kiến trúc máy tính - Nguyễn Kim Khánh - Năm học 2013

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính - Nguyễn Kim Khánh - Năm học 2013

1. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Tăng số lượng từ nhớ Bài tập 1. Tăng số lượng từ gấp 4 lần: „ Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit „ Thiết kế mô-đun nhớ 16K x 8 bit 2. Tăng số lượng từ gấp 8 lần: „ Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit „ Thiết kế mô-đun nhớ 32K x 8 bit G A Y0 Y1 3. Thiết kế kết hợp: 0001 „ Cho chip nhớ SRAM 4K x 4 bit 0110 1x11 „ Thiết kế mô-đun nhớ 8K x 8 bit 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 397 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 398 NKK-HUST NKK-HUST Bộ giải mã 2Æ4 Bài tập „ Tăng số lượng từ nhớ gấp 3 lần G B A Y0Y1Y2Y3 „ Tăng số lượng từ nhớ gấp 5, 6, 7 lần 0000111 0011011 0101101 0111110 1xx1111 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 399 Kiến trúc máy tính Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
2. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST m = 32bit Æ bốn băng nhớ đan xen m = 64bit Æ tám băng nhớ đan xen 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 405 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 406 NKK-HUST NKK-HUST 7.3. Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory) Ví dụ về thao tác của cache 1. Nguyên tắc chung của cache „ CPU yêu cầu nội dung của ngăn nhớ „ Cache có tốc độ nhanh hơn bộ nhớ chính „ Cache được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm „ CPU kiểm tra trên cache với dữ liệu này tăng tốc độ CPU truy cập bộ nhớ „ Nếu có, CPU nhận dữ liệu từ cache „ Cache có thể được đặt trên chip CPU (nhanh) „ Nếu không có, đọc Block nhớ chứa dữ liệu từ bộ nhớ chính vào cache „ Tiếp đóchuyển dữ liệu từ cache vào CPU 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 407 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 408 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
3. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Ánh xạ trực tiếp Minh hoạ ánh xạ trực tiếp „ Mỗi Block của bộ nhớ chính chỉ có thể được nạp vào một Line của cache: „ B0 Æ L0 „ B1 Æ L1 „ „ Bm-1 Æ Lm-1 „ Bm Æ L0 „ Bm+1 Æ L1 „ „ Tổng quát „ Bj chỉ có thể nạp vào L j mod m „ m là số Line của cache. 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 413 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 414 NKK-HUST NKK-HUST Đặc điểm của ánh xạ trực tiếp Ánh xạ liên kết toàn phần „ Mỗi một địa chỉ N bit của bộ nhớ chính gồm „ Mỗi Block có thể nạp vào bất kỳ Line ba trường: nào của cache. „ Trường Word gồm W bit xác định một từ nhớ trong Block hay Line: „ Địa chỉ của bộ nhớ chính bao gồm hai 2W = kích thước của Block hay Line trường: „ Trường Line gồm L bit xác định một trong số các „ Trường Word giống như trường hợp ở Line trong cache: trên. 2L = số Line trong cache = m „ Trường Tag dùng để xác định Block của „ Trường Tag gồm T bit: bộ nhớ chính. T = N - (W+L) „ Tag xác định Block đang nằm ở Line đó „ Bộ so sánh đơn giản „ Xác suất cache hit thấp 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 415 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 416 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
4. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Đặc điểm của ánh xạ liên kết tập hợp Ví dụ về ánh xạ địa chỉ W „ Kích thước Block = 2 Word „ Không gian địa chỉ bộ nhớ chính = 4GB „ Trường Set có S bit dùng để xác định „ Dung lượng bộ nhớ cache là 256KB S một trong số V = 2 Set „ Kích thước Line (Block) = 32byte. „ Trường Tag có T bit: T = N - (W+S) „ Xác định số bit của các trường địa chỉ „ Tổng quát cho cả hai phương pháp trên cho ba trường hợp tổ chức: „ Thông thường 2,4,8,16Lines/Set „ Ánh xạ trực tiếp „ Ánh xạ liên kết toàn phần „ Ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 421 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 422 NKK-HUST NKK-HUST Với ánh xạ trực tiếp Với ánh xạ liên kết toàn phần 32 „ Bộ nhớ chính = 4GB = 2 byte Æ N = 32 bit 18 32 „ Cache = 256 KB = 2 byte. „ Bộ nhớ chính = 4GB = 2 byte Æ N = 32 bit 5 5 „ Line = 32 byte = 2 byte Æ W = 5 bit „ Line = 32 byte = 2 byte Æ W = 5 bit 18 5 13 „ „ Số Line trong cache = 2 / 2 = 2 Line Số bit của trường Tag sẽ là: T = 32 - 5 = 27 bit Æ L = 13 bit „ T = 32 - (13 + 5) = 14 bit 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 423 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 424 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
5. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST 4. Phương pháp ghi dữ liệu khi cache hit 7.4. Bộ nhớ ngoài Các kiểu bộ nhớ ngoài „ Ghi xuyên qua (Write-through): „ Băng từ „ ghi cả cache và cả bộ nhớ chính „ Đĩa từ „ tốc độ chậm „ Đĩa quang „ Ghi trả sau (Write-back): „ Bộ nhớ Flash „ chỉ ghi ra cache „ tốc độ nhanh „ khi Block trong cache bị thay thế cần phải ghi trả cả Block về bộ nhớ chính 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 429 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 430 NKK-HUST NKK-HUST Đĩa từ Các đặc tính đĩa từ „ Đầu từ cố định hay đầu từ di động „ Đĩa cố định hay thay đổi „ Một mặt hay hai mặt „ Một đĩa hay nhiều đĩa „ Cơ chế đầu từ „ Tiếp xúc (đĩa mềm) „ Không tiếp xúc 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 431 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 432 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
6. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST RAID Đặc điểm của RAID „ Tập các đĩa cứng vật lý được OS coi như một ổ logic duy nhất Æ dung lượng lớn „ Redundant Array of Inexpensive Disks „ Dữ liệu được lưu trữ phân tán trên các ổ „ Redundant Array of Independent Disks đĩa vật lý Æ truy cập song song (nhanh) „ Hệ thống nhớ dung lượng lớn „ Có thể sử dụng dung lượng dư thừa để lưu trữ các thông tin kiểm tra chẵn lẻ, cho phép khôi phục lại thông tin trong trường hợp đĩa bị hỏng Æ an toàn thông tin „ 7 loại phổ biến (RAID 0 – 6) 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 437 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 438 NKK-HUST NKK-HUST RAID 0, 1, 2 RAID 3 & 4 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 439 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 440 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
7. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Bộ nhớ flash 7.5. Bộ nhớảo (Virtual Memory) „ Khái niệm bộ nhớảo: gồm bộ nhớ „ Bộ nhớ bán dẫn (flash chính và bộ nhớ ngoài mà được CPU memory) coi như là một bộ nhớ duy nhất (bộ nhớ „ Tốc độ nhanh chính). „ Các dạng: „ Các kỹ thuật thực hiện bộ nhớảo: „ Kỹ thuật phân trang: Chia không gian địa „ Ổ nhớ kết nối qua cổng USB chỉ bộ nhớ thành các trang nhớ có kích „ Thẻ nhớ thước bằng nhau và nằm liền kề nhau „ Ổ SSD (Solid State Drive): kết Thông dụng: kích thước trang = 4KBytes nối nhiều chip nhớ flash và cho „ Kỹ thuật phân đoạn: Chia không gian nhớ phép truy cập song song thành các đoạn nhớ có kích thước thay đổi, các đoạn nhớ có thể gối lên nhau. 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 445 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 446 NKK-HUST NKK-HUST Phân trang Cấp phát các khung trang „ Phân chia bộ nhớ thành các phần có kích thước bằng nhau gọi là các khung trang „ Chia chương trình (tiến trình) thành các trang „ Cấp phát số hiệu khung trang yêu cầu cho tiến trình „ HĐH duy trì danh sách các khung trang nhớ trống „ Tiến trình không yêu cầu các khung trang liên tiếp „ Sử dụng bảng trang để quản lý 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 447 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 448 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
8. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Cấu trúc bảng trang Minh họa: bộ nhớ trên PC hiện nay „ Bộ nhớ cache: tích hợp trên chip vi xử lý: „ L1: cache lệnh và cache dữ liệu „ L2, L3 „ Bộ nhớ chính: Tồn tại dưới dạng các mô-đun nhớ RAM „ SIMM – Single Inline Memory Module „ DIMM – Dual Inline Memory Module 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 453 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 454 NKK-HUST NKK-HUST Hệ thống nhớ trên PC (tiếp) „ ROM BIOS chứa các chương trình sau: „ Chương trình POST (Power On Self Test) „ Chương trình CMOS Setup „ Chương trình Bootstrap loader Hết chương 7 „ Các trình điều khiển vào-ra cơ bản (BIOS) „ CMOS RAM: „ Chứa thông tin cấu hình hệ thống „ Đồng hồ hệ thống „ Có pin nuôi riêng „ Video RAM: quản lý thông tin của màn hình „ Các loại bộ nhớ ngoài 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 455 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 456 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
9. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Cấu trúc cơ bản của vào-ra Đặc điểm của vào-ra „ Tồn tại đa dạng các thiết bị ngoại vi khác nhau về: „ Nguyên tắc hoạt động „ Tốc độ „ Khuôn dạng dữ liệu „ Tất cả các thiết bị ngoại vi đều chậm hơn CPU và RAM Æ Cần có các mô-đun vào-ra để nối ghép các thiết bị ngoại vi với CPU và bộ nhớ chính 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 461 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 462 NKK-HUST NKK-HUST 2. Các thiết bị ngoại vi Một số thiết bị ngoại vi Input type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol Keyboard, keypad Music note, OCR 10s Ubiquitous „ Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa Position Mouse, touchpad Stick, wheel, glove 100s Ubiquitous Identity Barcode reader Badge, fingerprint 100s Sales, security bên trong và bên ngoài máy tính Sensory Touch, motion, light Scent, brain signal 100s Control, security Audio Microphone Phone, radio, tape 1000s Ubiquitous „ Phân loại: Image Scanner, camera Graphic tablet 1000s-106s Photos, publishing Video Camcorder, DVD VCR, TV cable 1000s-109s Entertainment „ Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Output type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol LCD line segments LED, status light 10s Ubiquitous Bàn phím, Màn hình, Máy in, Position Stepper motor Robotic motion 100s Ubiquitous Warning Buzzer, bell, siren Flashing light A few Safety, security „ Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm Sensory Braille text Scent, brain stimulus 100s Personal assistance các thiết bị theo dõi và kiểm tra Audio Speaker, audiotape Voice synthesizer 1000s Ubiquitous Image Monitor, printer Plotter, microfilm 1000s Ubiquitous 9 „ Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Video Monitor, TV screen Film/video recorder 1000s-10 s Entertainment Two-way I/O Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Network Interface Card (NIC) Mass storage Hard/floppy disk CD, tape, archive 106s Ubiquitous Network Modem, fax, LAN Cable, DSL, ATM 1000s-109s Ubiquitous 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 463 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 464 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
10. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Các thành phần của mô-đun vào-ra 4. Địa chỉ hóa cổng vào-ra „ Thanh ghi đệm dữ liệu: đệm dữ liệu Không gian địa chỉ của bộ xử lý trong quá trình trao đổi „ Các cổng vào-ra (I/O Port): kết nối với thiết bị ngoại vi, mỗi cổng có một địa chỉ xác định „ Thanh ghi trạng thái/điều khiển: lưu giữ thông tin trạng thái/điều khiển cho các cổng vào-ra „ Khối logic điều khiển: điều khiển mô- đun vào-ra 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 469 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 470 NKK-HUST NKK-HUST Không gian địa chỉ của bộ xử lý (tiếp) Không gian địa chỉ của bộ xử lý (tiếp) „ Một số bộ xử lý quản lý hai không gian địa chỉ tách biệt: „ Một số bộ xử lý chỉ quản lý duy nhất một N „ Không gian địa chỉ bộ nhớ: 2 địa chỉ không gian địa chỉ: N1 „ Không gian địa chỉ vào-ra: 2 địa chỉ „ N không gian địa chỉ bộ nhớ: 2 địa chỉ „ Có tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập không gian địa chỉ „ Ví dụ: „ Tập lệnh có các lệnh vào-ra chuyên dụng „ Các bộ xử lý 680x0 (Motorola) „ Ví dụ: Pentium (Intel) „ Các bộ xử lý theo kiến trúc RISC: MIPS, 32 „ không gian địa chỉ bộ nhớ = 2 byte = 4GB 16 „ không gian địa chỉ vào-ra = 2 byte = 64KB „ Tín hiệu điều khiển „ Lệnh vào-ra chuyên dụng: IN, OUT 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 471 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 472 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
11. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Ba kỹ thuật thực hiện vào một khối dữ liệu 1.Vào-ra bằng chương trình „ Nguyên tắc chung: CPU điều khiển trực tiếp vào-ra bằng chương trình Æ cần phải lập trình vào-ra. 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 477 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 478 NKK-HUST NKK-HUST Các tín hiệu điều khiển vào-ra Các lệnh vào-ra „ Tín hiệu điều khiển (Control): kích hoạt thiết bị ngoại vi „ Tín hiệu kiểm tra (Test): kiểm tra trạng thái „ Với vào-ra riêng biệt: sử dụng các lệnh của mô-đun vào-ra và thiết bị ngoại vi vào-ra chuyên dụng (IN, OUT). „ Tín hiệu điều khiển đọc (Read): yêu cầu mô- „ Với vào-ra theo bản đồ bộ nhớ: sử đun vào-ra nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi và đưa vào thanh ghi đệm dữ liệu, rồi CPU dụng các lệnh trao đổi dữ liệu với bộ nhận dữ liệu đó nhớ để trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra. „ Tín hiệu điều khiển ghi (Write): yêu cầu mô- đun vào-ra lấy dữ liệu trên bus dữ liệu đưa đến thanh ghi đệm dữ liệu rồi chuyển ra thiết bị ngoại vi 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 479 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 480 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
12. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Chuyển điều khiển đến chương trình con ngắt Hoạt động vào dữ liệu: nhìn từ mô-đun vào-ra „ Mô-đun vào-ra nhận tín hiệu điều khiển đọc từ CPU „ Mô-đun vào-ra nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi, trong khi đóCPU làm việc khác „ Khi đã có dữ liệu Æ mô-đun vào-ra phát tín hiệu ngắt CPU „ CPU yêu cầu dữ liệu „ Mô-đun vào-ra chuyển dữ liệu đến CPU 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 485 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 486 NKK-HUST NKK-HUST Hoạt động vào dữ liệu: nhìn từ CPU Các vấn đề nảy sinh khi thiết kế „ Làm thế nào để xác định được mô-đun „ Phát tín hiệu điều khiển đọc vào-ra nào phát tín hiệu ngắt ? „ Làm việc khác „ CPU làm như thế nào khi có nhiều yêu „ Cuối mỗi chu trình lệnh, kiểm tra tín hiệu ngắt cầu ngắt cùng xẩy ra ? „ Nếu bị ngắt: „ Cất ngữ cảnh (nội dung các thanh ghi) „ Thực hiện chương trình con ngắt để vào dữ liệu „ Khôi phục ngữ cảnh của chương trình đang thực hiện 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 487 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 488 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
13. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Kiểm tra vòng bằng phần cứng (tiếp) Bộ điều khiển ngắt lập trình được „ CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến mô-đun vào-ra đầu tiên „ Nếu mô-đun vào-ra đó không gây ra ngắt thì nó gửi tín hiệu đến mô-đun kế tiếp cho đến khi xác định được mô-đun gây ngắt „ PIC – Programmable Interrupt Controller „ Thứ tự các mô-đun vào-ra kết nối trong „ PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt có qui chuỗi xác định thứ tự ưu tiên định mức ưu tiên „ PIC chọn một yêu cầu ngắt không bị cấm có mức ưu tiên cao nhất gửi tới CPU 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 493 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 494 NKK-HUST NKK-HUST Đặc điểm của vào-ra điều khiển bằng ngắt Ngắt của 80x86 „ Có sự kết hợp giữa phần cứng và phần „ Tổ chức kiểu vector ngắt mềm „ Số hiệu ngắt: n (00-FF) „ Phần cứng: gây ngắt CPU „ Bảng vector ngắt: 256 x 4 byte = 1024bytes „ Phần mềm: trao đổi dữ liệu 00000 – 003FF „ CPU trực tiếp điều khiển vào-ra „ Lệnh INT n „ CPU không phải đợi mô-đun vào-ra Æ hiệu quả sử dụng CPU tốt hơn 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 495 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 496 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
14. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Các kiểu thực hiện DMA Cấu hình DMA (1) „ DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): DMAC sử dụng bus để truyền xong cả khối dữ liệu „ DMA lấy chu kỳ (Cycle Stealing DMA): DMAC cưỡng bức CPU treo tạm thời từng chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực hiện truyền một „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng từ dữ liệu. bus hai lần „ DMA trong suốt (Transparent DMA): DMAC „ Giữa mô-đun vào-ra với DMAC nhận biết những chu kỳ nào CPU không sử „ Giữa DMAC với bộ nhớ dụng bus thì chiếm bus để trao đổi một từ dữ liệu. 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 501 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 502 NKK-HUST NKK-HUST Cấu hình DMA (2) Cấu hình DMA (3) „ DMAC điều khiển một hoặc vài mô-đun vào-ra „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng „ Bus vào-ra tách rời hỗ trợ tất cả các thiết bị cho phép DMA bus một lần „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng bus một lần „ Giữa DMAC với bộ nhớ „ Giữa DMAC với bộ nhớ 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 503 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 504 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
15. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Nối ghép nối tiếp 2. Các cấu hình nối ghép „ Điểm tới điểm (Point to Point) „ Thông qua một cổng vào-ra nối ghép với một thiết bị ngoại vi „ Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) „ Thông qua một cổng vào-ra cho phép nối ghép được với nhiều thiết bị ngoại vi „ Ví dụ: „ Truyền lần lượt từng bit „ SCSI (Small Computer System Interface): 7 hoặc „ Cần có bộ chuyển đổi từ dữ liệu song song sang nối tiếp hoặc/và ngược lại 15 thiết bị „ USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị „ Tốc độ chậm hơn „ Cần ít đường truyền dữ liệu „ IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 509 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 510 NKK-HUST NKK-HUST Kiến trúc máy tính Chương 9 Hết chương 8 CÁC KIẾN TRÚC SONG SONG Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 511 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 512 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
16. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST SIMD SIMD (tiếp) „ Đơn dòng lệnh điều khiển đồng thời các phần tử xử lý PE (processing elements) „ Mỗi phần tử xử lý có một bộ nhớ dữ liệu riêng LM (local memory) „ Mỗi lệnh được thực hiện trên một tập các dữ liệu khác nhau „ Các mô hình SIMD „ Vector Computer „ Array processor 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 517 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 518 NKK-HUST NKK-HUST MISD MIMD „ Một luồng dữ liệu cùng được truyền đến „ Tập các bộ xử lý một tập các bộ xử lý „ Các bộ xử lý đồng thời thực hiện các „ Mỗi bộ xử lý thực hiện một dãy lệnh dãy lệnh khác nhau trên các dữ liệu khác nhau. khác nhau „ Chưa tồn tại máy tính thực tế „ Các mô hình MIMD „ Multiprocessors (Shared Memory) „ Có thể có trong tương lai „ Multicomputers (Distributed Memory) 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 519 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 520 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
17. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Ưu điểm của SMP 9.3. Đa xử lý bộ nhớ phân tán Clusters „ Hiệu năng „ „ Các công việc có thể thực hiện song song Nhiều máy tính được kết nối với nhau bằng mạng liên kết tốc độ cao (~ Gbps) „ Tính sẵn dùng „ „ Các bộ xử lý có thể thực hiện các chức Mỗi máy tính có thể làm việc độc lập năng giống nhau, vì vậy lỗi của một bộ xử „ Mỗi máy tính được gọi là một node lý sẽ không làm dừng hệ thống „ Các máy tính có thể được quản lý làm „ Khả năng mở rộng việc song song theo nhóm (cluster) „ Người sử dụng có thể tăng hiệu năng bằng „ Toàn bộ hệ thống có thể coi như là một cách thêm bộ xử lý máy tính song song 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 525 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 526 NKK-HUST NKK-HUST Cluster (tiếp) Cluster of PCs „ Dễ dàng xây dựng và mở rộng „ Tính sẵn sàng cao „ Khả năng chịu lỗi „ Giá thành rẻ với hiệu năng cao 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 527 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 528 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
18. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Intel - Core Duo Intel Core Duo (3) „ 2006 „ Two x86 superscalar, shared L2 cache „ Dedicated L1 cache per core „ 32KB instruction and 32KB data „ 2MB shared L2 cache 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 533 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 534 NKK-HUST NKK-HUST Intel x86 Multicore Organization - Core i7 Intel Core i7 „ November 2008 „ Four x86 SMT processors „ Dedicated L2, shared L3 cache „ Speculative pre-fetch for caches „ On chip DDR3 memory controller „ Three 8 byte channels (192 bits) giving 32GB/s „ No front side bus „ QuickPath Interconnection „ Cache coherent point-to-point link „ High speed communications between processor chips „ 6.4G transfers per second, 16 bits per transfer „ Dedicated bi-directional pairs „ Total bandwidth 25.6GB/s 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 535 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 536 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN
19. Bài giảng Kiến trúc máy tính 14 January 2013 NKK-HUST NKK-HUST Example: NVIDIA Tesla Classifying GPUs „ Streaming Processors „ Don’t fit nicely into SIMD/MIMD model „ Single-precision FP and integer units „ Conditional execution in a thread allows an „ Each SP is fine-grained multithreaded illusion of MIMD „ But with performance degredation „ Warp: group of 32 threads „ Need to write general purpose code with care „ Executed in parallel, SIMD style Static: Discovered Dynamic: Discovered „ 8 SPs at Compile Time at Runtime × 4 clock cycles Instruction-Level VLIW Superscalar „ Hardware contexts Parallelism for 24 warps Data-Level SIMD or Vector Tesla Multiprocessor „ Registers, PCs, Parallelism 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 541 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 542 NKK-HUST Hết 14 January 2013 Kiến trúc máy tính 543 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN