›
›

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Thành phần cơ bản của máy tính - Nguyễn Đức Minh

pdf 46 trang cucquyet12 3960
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Thành phần cơ bản của máy tính - Nguyễn Đức Minh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_kien_truc_may_tinh_chuong_1_thanh_phan_co_ban_cua.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 1: Thành phần cơ bản của máy tính - Nguyễn Đức Minh

  1. KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ET4270 TS. Nguyễn Đức Minh [Adapted from Computer Organization and Design, 4th Edition, Patterson & Hennessy, © 2008, MK] [Adapted from Computer Architecture lecture slides, Mary Jane Irwin, © 2008, PennState University]
  2. Tổ chức lớp Số tín chỉ 3 (3-1-1-6) Giảng viên TS. Nguyễn Đức Minh Văn phòng C9-401 Email minhnd1@gmail,com Website Sách Computer Org and Design, 3rd Ed., Patterson &Hennessy, ©2007 Digital Design and Computer Architecture, David Money Harris Thí nghiệm 3 bài Bài tập Theo chương, đề bài và bài giải xem trên trang web Giới thiệu 2 HUST-FET, 17/01/2011
  3. Điểm số Bài thi cuối kỳ 70% Bài thi giữa kỳ 30% Bài tập 20% Thí nghiệm 10% Giới thiệu 3 HUST-FET, 17/01/2011
  4. Lịch học  Thời gian:  Từ 14h00 đến 17h20  15 buổi x 135 phút / 1 buổi  Thay đổi lịch (nghỉ, học bù) sẽ được thông báo trên website trước 2 ngày Giới thiệu 4 HUST-FET, 17/01/2011
  5. Phát triển của công nghệ thông tin ? Major Technology Generations CMOS Bipolar nMOS Vacuum pMOS Tubes Relays [from Kurzweil] Electromechanical Giới thiệu 5 HUST-FET, 17/01/2011
  6. Bắt đầu EDSAC, University of Cambridge, UK, 1949 Giới thiệu 6 HUST-FET, 17/01/2011
  7. Ngày nay Cameras Media Smart Players phones Set-top boxes Robots Sensor Nets Routers Laptops Supercomputers Servers Automobiles Máy tính có mặt khắp mọi nơi Giới thiệu 7 HUST-FET, 17/01/2011
  8. Ứng dụng  Phương tiện giao thông  Khi máy tính trở nên rẻ hơn, nhỏ hơn và có hiệu suất cao hơn, nó được sử dụng trong ô tô, xe máy để tăng hiệu suất sử dụng nhiêu liệu, giảm ô nhiễm, tăng độ an toàn.  Điện thoại di động, thiết bị viễn thông  Giúp con người giao tiếp dù ở bất kỳ đâu.  Bản đồ gen  Máy tính trở nên rẻ và mạnh hơn 10-100 lần so với cách đây 10 năm cho phép trang bị các máy tính để phân tích và ánh xạ bản đồ gen người.  WWW  Nhờ sự phổ biến của máy tính, các thiết bị mạng, Internet trở thành môi trường làm thế giới tràn ngập thông tin (thế giới thông tin).  Bộ tìm kiếm  Google trở thành 1 động từ và 1 đế chế. Giới thiệu 8 HUST-FET, 17/01/2011
  9. Các loại máy tính  Máy tính để bàn (eng, Desktop computers)  Một người dùng; Chạy nhiều ứng dụng khác nhau; Đi kèm màn hình, bàn phím và chuột; Yêu cầu giá thành rẻ, hiệu năng cao  Máy chủ (eng, Servers)  Nhiều người dùng đồng thời; Chạy các ứng dụng lớn; Truy cập qua mạng, Yêu cầu độ ổn định và an toàn cao.  Siêu máy tính (eng, Supercomputers)  Chạy các ứng dụng khoa học và công nghệ cao cấp; Gồm hàng trăm/nghìn bộ xử lý, bộ nhớ và bộ lưu trữ dung lượng lớn; Yêu cầu hiệu năng cao và có giá thành cao.  Máy tính nhúng (eng, Embedded computers (processors))  Máy tính nằm bên trong một thiết bị khác, chạy 1 ứng dụng xác định trước. Giới thiệu 9 HUST-FET, 17/01/2011
  10. Tăng trưởng doanh số điện thoại di động Tăng trưởng điện thoại di đông >> Tăng trưởng máy tính để bàn Giới thiệu 10 HUST-FET, 17/01/2011
  11. Đặc điểm của máy tính nhúng Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Yêu cầu hiệu năng rất khác nhau Yêu cầu hiệu năng tối thiểu và vừa đủ. Ví dụ? Yêu cầu khắt khe về giá thành. Ví dụ? Yêu cầu khắt khe về năng lượng tiêu thụ. Ví dụ? Ít chấp nhận hỏng hóc. Ví dụ? Giới thiệu 11 HUST-FET, 17/01/2011
  12. Mục tiêu môn học Kiến thức về hệ thống máy tính: Giao diện giữa phần mềm và phần cứng Quá trình biên dịch chương trình phần mềm Cấu tạo và hoạt động của phần cứng máy tính Phương pháp đánh giá định lượng về hiệu năng máy tính Ảnh hưởng của các thành phần lên hiệu năng máy tính  Kỹ sư phần mềm: tận dụng ưu điểm của phần cứng và lựa chọn phần cứng tối ưu  Kỹ sư phần cứng: ảnh hưởng của phần cứng lên phần mềm Giới thiệu 12 HUST-FET, 17/01/2011
  13. KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Thành phần cơ bản của máy tính [Adapted from Computer Organization and Design, 4th Edition, Patterson & Hennessy, © 2008, MK] [Adapted from Computer Architecture lecture slides, Mary Jane Irwin, © 2008, PennState University] Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  14. Phần mềm Phần mềm ứng dụng Phần mềm hệ thống Phần cứng  Phần mềm hệ thống  Hệ điều hành – giám sát, giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm ứng dụng (như Linux, MacOS, Windows)  Điều khiển các hoạt động vào ra cơ bản  Cấp phát bộ nhớ  Cung cấp sự chia sẻ có bảo vệ giữa các ứng dụng  Bộ biên dịch – chuyển đổi các chương trình ở ngôn ngữ bậc cao (như C, Java) thành các câu lệnh phần cứng có thể thực hiện Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 14 HUST-FET, 17/01/2011
  15. Trình biên dịch  High-level language program (in C) swap (int v[], int k) (int temp; temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; one-to-many C compiler 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) one-to-one sw $15, 4($2) assembler jr $31  Machine (object, binary) code (for MIPS) 000000 00000 00101 0001000010000000 000000 00100 00010 0001000000100000 , , , Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 15 HUST-FET, 17/01/2011
  16. Ưu điểm của ngôn ngữ bậc cao  Ngôn ngữ bậc cao  Chương trình được viết ở ngôn ngữ tự nhiên và phù hợp với từng ứng dụng (Ví dụ: Fotran, Lisp, Java)  Tăng năng suất lập trình viên – mã chương trình dễ hiểu, dễ gỡ lỗi, dễ kiểm tra  Tăng khả năng bảo trì chương trình  Chương trình độc lập với phần cứng sẽ thực hiện chương trình  Chương trình được tối ưu hóa cho từng loại phần cứng nhờ các thuật toán tối ưu trong trình biên dịch  Ít chương trình còn được phát triển bằng hợp ngữ Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 16 HUST-FET, 17/01/2011
  17. Phần cứng Phần mềm  5 thành phần của hệ thống ứng dụng Phần Phần mềm máy tính: cứng hệ thống  Đường dữ liệu (eng, datapath)  Khối điều khiển  Bộ nhớ  Khối vào  Khối ra  CPU = Đường dữ liệu + khối điều khiển Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 17 HUST-FET, 17/01/2011
  18. Bộ xử lý đa nhân AMD’s Barcelona  4 nhân, ngoài thứ tự Core 1  Đồng hồ: 1,9 Core 2 GHz 512KB 512KB L2 512KB 512KB L2  Công nghệ 65nm Northbridge  3 mức bộ đệm (L1, L2, L3) Core 3 Core 4  Tích hợp bộ điều khiển cầu 2MB shared L3 Cache L3 shared 2MB 512KB 512KB L2 512KB 512KB L2 bắc Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 18 HUST-FET, 17/01/2011
  19. Kiến trúc vonNeumann Central Memory I/O Processing (ROM/RAM) Devices Unit (CPU) Bus dữ liệu PCI Bus điều khiển PCIe SCSI Bus địa chỉ USB Bộ xử lý Phối ghép Thiết bị Bộ nhớ trung tâm vào/ra vào/ra Memory CPU (I/O) Màn hình Máy in DRAM Intel 80X86 Bàn phím SRAM Motorola 680X Con chuột ROM PowerPC Ổ cứng EEPROM ASIP Sensor, Flash Actor Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 19 HUST-FET, 17/01/2011
  20. Kiến trúc Havard Bus dữ liệu Bus điều khiển Bus địa chỉ Bộ xử lý Phối ghép Thiết bị Bộ nhớ trung tâm vào/ra vào/ra dữ liệu CPU (I/O) Bus địa chỉ Bus điều khiển Bus dữ liệu Bộ nhớ lệnh Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 20 HUST-FET, 17/01/2011
  21. Kiến trúc tập lệnh (ISA)  Kiến trúc tập lệnh (eng, Instruction Set Architecture - ISA), hay kiến trúc: là giao diện trừu tượng giữa phần cứng và các phần mềm ở lớp thấp nhất, bao gồm tất cả các thông tin cần thiết để viết chương trình ở ngôn ngữ máy như: các chỉ thị máy, thanh ghi, bản đồ bộ nhớ, phương pháp vào ra,  Giao diện nhị phân ứng dụng (eng, Application Binary Interface – ABI) bao gồm các chỉ thị máy cơ bản người dùng có thể sử dụng và các hàm hệ thống cấp thấp do hệ điều hành cung cấp. Kết luận:  Máy tính gồm các lớp phân cấp theo mức độ trừu tượng.  Kiến trúc tập lệnh là một lớp then chốt trong hệ thống máy tính.  Các triển khai phần cứng khác nhau tuân theo cùng chuẩn về kiến trúc tập lệnh có thể thực hiện cùng một phần mềm giống nhau. Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 21 HUST-FET, 17/01/2011
  22. Cấu trúc nội dung môn học  Chương 2. Giao diện giữa phần mềm và phần cứng  Kiến trúc tập lệnh  Biểu diễn dữ liệu  Tổ chức và truy cập bộ nhớ  Lệnh vào ra  Chương 3. Cấu trúc bộ xử lý  Thiết kế bộ xử lý trung tâm  Kỹ thuật đường ống  Chương 4. Bộ nhớ  Phân cấp và thiết kế bộ nhớ  Chương 5. Vào ra  Thiết bị, cơ chế vào ra  Cấu trúc bus Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 22 HUST-FET, 17/01/2011
  23. Đánh giá và so sánh các máy tính  Quyết định mua máy tính  Trong số các máy tính, máy nào có  hiệu năng tốt nhất?  giá thành rẻ nhất?  tỉ lệ giá thành/hiệu năng tốt nhất?  Lựa chọn thiết kế máy tính  Trong các lựa chọn thiết kế, thiết kế nào  cho cải tiến tốt nhất về hiệu năng?  giá thành thấp nhất?  tỉ lệ giá thành/hiệu năngtốt nhất?  Yêu cầu:  Căn cứ để so sánh  Thông số đánh giá  Mục tiêu: nắm rõ sự  ảnh hưởng của các nhân tố trong kiến trúc máy tính tới hiệu năng toàn hệ thống;  vai trò quan trọng tương đối và giá thành của các nhân tố đó, Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 23 HUST-FET, 17/01/2011
  24. Hiệu năng (eng. Performance)  Thời gian đáp ứng (thời gian thực thi) – là khoảng thời gian giữa thời điểm bắt đầu thực hiên và thời điểm hoàn thành một nhiệm vụ  Quan trọng đối với 1 người sử dụng yêu cầu hệ thống thức hiện 1 nhiệm vụ  Thông lượng (dải thông) – là tổng số nhiệm vụ có thể được hoàn thành trong 1 khoảng thời gian  Quan trọng đối với người điều hành trung tâm dự liệu  Cần các hệ đo lường khác nhau cho hiệu năng của máy tính cũng như cần 1 tập hợp các ứng dụng khác nhau để kiểm chuẩn các máy tính nhúng, máy tính để bàn (thường chú trọng đến thời gian đáp ứng) và các máy chủ (thường chú trọng đến thông lượng Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 24 HUST-FET, 17/01/2011
  25. Ví dụ 1.1 – Cải tiến hiệu năng  Ảnh hưởng của bộ xử lý lên thời gian đáp ứng và thông lượng  Nếu ta thay đổi cấu trúc máy tính như sau thì thời gian đáp ứng và thông lượng của máy tính thay đổi thế nào?  Thay thế bộ xử lý bằng bộ xử lý nhanh hơn  Bổ xung 1 bộ xử lý để thực hiện các nhiệm vụ tách biệt (như trong hệ thống tìm kiếm WWW) Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 25 HUST-FET, 17/01/2011
  26. Định nghĩa hiệu năng (tốc độ)  Hiệu năng (tốc độ) của máy tính X: 1 Performancex Execution Timex  Máy tính X nhanh hơn máy tính Y, n lần: Performance ExecutionTime x y n Performancey ExecutionTime x  Để tối đa hóa hiệu năng, cần tối thiểu hóa thời gian thực hiện  Giảm thời gian đáp ứng thường sẽ tăng thông lượng Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 26 HUST-FET, 17/01/2011
  27. Ví dụ 1.2 – So sánh hiệu năng  Nếu máy tính A thực hiện 1 chương trình mất 10s và máy tính B chạy cũng chương trình đó mất 15s, máy tính A nhanh hơn máy tính B bao nhiêu lần? Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 27 HUST-FET, 17/01/2011
  28. Đo hiệu năng – Đo thời gian thực hiện Có 3 loại thời gian dùng để tính hiệu năng  Thời gian đáp ứng (thời gian đồng hồ, thời gian đã trôi qua):  Tổng thời gian hoàn thành 1 nhiệm vụ  Bao gồm: thời gian truy cập đĩa, bộ nhớ, thời gian vào ra, thời gian cho hệ điều hành  Thời gian bộ xử lý (CPU time)  Thời gian CPU người dùng  Thời gian CPU hệ thống Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 28 HUST-FET, 17/01/2011
  29. Các yếu tố tính hiệu năng  Thời gian CPU – thời gian bộ xử lý dùng để thực hiện 1 nhiệm vụ  Không bao gồm thời gian chờ vào/ra hay thời gian thực hiện các chương trình khác  Thời gian CPU cho 1 chương trình, Tcpu được tính từ số chu kỳ đồng hồ CPU thưc hiện chương trình P và thời gian 1 chu kỳ đồng hồ: Tcpu C Tc or Tcpu C / fc  Hiệu năng có thể cải thiện bằng cách giảm số chu kỳ 1 xung đồng hồ hoặc giảm số chu kỳ cần thiết để thực hiện chương trình Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 29 HUST-FET, 17/01/2011
  30. Xung nhịp đồng hồ  CPU hoạt động đồng bộ theo đồng hồ 1 chu kỳ đồng hồ Tc 10 nsec clock cycle => 100 MHz clock rate 5 nsec clock cycle => 200 MHz clock rate 2 nsec clock cycle => 500 MHz clock rate 1 nsec (10-9) clock cycle => 1 GHz (109) clock rate 500 psec clock cycle => 2 GHz clock rate Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 30 HUST-FET, 17/01/2011
  31. Ví dụ 1.3 – Cải thiện hiệu năng Máy tính A với xung đồng hồ 2GHz thực hiện 1 chương trình hết 10 giây. Để thực hiện chương trình đó trong 6 giây bằng máy tính B, ta cần tăng tốc độ xung đồng hồ của máy B. Tuy nhiên, tăng tốc độ xung đồng hồ cũng làm tăng số chu kỳ cần thiết lên 1,2 lần. Xác định tốc độ xung đồng hồ máy tính B. Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  32. Số xung đồng hồ  Số xung đồng hồ thực hiện 1 chương trình: C I CPI  Trong đó:  I là số chỉ thị máy cần thực hiện trong chương trình  CPI (eng. Clock cycles per Instruction) là số xung đồng hồ trung bình cần để thực thi 1 chỉ thị máy,  CPI có thể dùng để so sánh các máy tính khác nhau cùng triển khai 1 kiến trúc tập lệnh.  Ví dụ: có 3 loại lệnh A, B, C khác nhau trong 1 kiến trúc tập lệnh. Mỗi lệnh trong từng loại có CPI tương ứng: CPI for this instruction class A B C CPI 1 2 3 Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 32 HUST-FET, 17/01/2011
  33. Ví dụ 1.4 – So sánh dựa trên CPI Máy tính A và B cùng triển khai 1 kiến trúc tập lệnh. Máy A có chu kỳ đồng hồ là 250ps, và CPI hiệu dụng cho 1 chương trình P là 2,0. Máy B có chu kỳ đồng hồ là 500ps, và CPI hiệu dụng cho cùng 1 chương trình P là 1,2. Máy tính nào nhanh hơn và nhanh hơn bao nhiêu? Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  34. CPI hiệu dụng (trung bình)  CPI hiệu dụng được tính bằng cách xét tất cả các lớp chỉ thị có trong chương trình và lấy trung bình với trọng số là tỉ lệ xuất hiện của lớp chỉ thị trong chương trình n CPI (CPI i ICi ) i 1  Trong đó:  ICi là tỉ lệ (%) số chỉ thị thuộc lớp i được thực thi  CPIi là số chu kỳ (trung bình) cần để thực hiện 1 chỉ thị thuộc thuộc lớp i  N là số lớp chỉ thị  CPI hiệu dụng phụ thuộc vào tỉ lệ chỉ thị trong một chương trình (tần suất động của các chỉ thị trong 1 hoặc nhiều chương trình) Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  35. Công thức hiệu năng  Công thức hiệu năng cơ bản: I CPI Tcpu I CPI Tc Tcpu fc  Công thức trên phân tách 3 yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng máy tính  Cho phép đo CPU được đo bằng cách chạy chương trình:  Tốc độ đồng hồ được cho trước  Số chỉ thị I được đo bằng cách dùng công cụ profilers/mô phỏng sự thực hiện chương trình mà không cần triển khai phần cứng  CPI phụ thuộc vào loại chỉ thị, triển khai phần cứng chi tiết  Cho phép so sánh 2 triển khai phần cứng hoặc đánh giá lựa chọn giữa 2 thiết kế Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 35 HUST-FET, 17/01/2011
  36. Các yếu tố quyết định hiệu năng CPU Tcpu I CPI Tc I CPI Tc Algorithm Programming language Compiler ISA Core organization Technology Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  37. Ví dụ 1.5 – So sánh đoạn mã chương trình  Người thiết kế một máy tính triển khai kiến trúc tập lệnh gồm 3 loại chỉ thị A, B, C được CPI như sau: A B C CPI 1 2 3  Với 1 câu lệnh ở ngôn ngữ bậc cao, người viết trình biên dịch có thể lựa chọn 2 đoạn chỉ thị máy gồm có tần suất các loại chỉ thị như sau: Đoạn mã A B C 1 2 1 2 2 4 1 1  Đoạn mã nào gồm nhiều chỉ thị hơn? Đoạn mã nào nhanh hơn? Tính CPI của từng đoạn mã. Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 37 HUST-FET, 17/01/2011
  38. Ví dụ 1.6 – Cải tiến hiệu năng  Cho một máy tính thực hiện 1 chương trình gồm 4 loại chỉ thị máy có các thông số về tần suất và CPI như sau: Op Tần suất (ICi) CPIi ICi x CPIi ALU 50% 1 Load 20% 5 Store 10% 3 Branch 20% 2  =  Nếu ta có bộ đệm dữ liệu làm giảm thời gian nạp (Load) xuống 2 chu kỳ, máy tính sẽ nhanh lên bao nhiêu lần?  Nếu ta có khối dự báo rẽ nhánh cho phép tiết kiệm 1 chu kỳ khi rẽ nhánh, hiệu năng sẽ thế nào?  Nếu ta có 2 khối ALU thực hiện 2 chỉ thị ALU đồng thời? Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  39. Chương trình đo kiểm chuẩn  Benchmarks – là tập hợp các chương trình tạo nên 1 “workload” được chọn để đo hiệu năng  SPEC (System Performance Evaluation Cooperative) tạo ra 1 tập các benchmark chuẩn bắt đầu từ SPEC89. Chuẩn mới nhất là SPEC CPU2006 gồm 12 chương trình số nguyên (CINT2006) và 17 chương trình số thực (CFP2006) www.spec.org  Ngoài ra, còn có các tập các workload để đo kiểm năng lượng (SPECpower_ssj2008), mail (SPECmail2008), hay đa phương tiện (mediabench), Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  40. Các chương trình đo kiểm Integer benchmarks FP benchmarks gzip compression wupwise Quantum chromodynamics vpr FPGA place & route swim Shallow water model gcc GNU C compiler mgrid Multigrid solver in 3D fields mcf Combinatorial optimization applu Parabolic/elliptic pde crafty Chess program mesa 3D graphics library parser Word processing program galgel Computational fluid dynamics eon Computer visualization art Image recognition (NN) perlbmk perl application equake Seismic wave propagation simulation gap Group theory interpreter facerec Facial image recognition vortex Object oriented database ammp Computational chemistry bzip2 compression lucas Primality testing twolf Circuit place & route fma3d Crash simulation fem sixtrack Nuclear physics accel apsi Pollutant distribution Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  41. 9 SPEC CINT2006 on Barcelona (Tc = 0,4 x 10 ) Name Ix109 CPI ExTime RefTime SPEC ratio perl 2 118 0,75 637 9 770 15,3 bzip2 2 389 0,85 817 9 650 11,8 gcc 1 050 1,72 724 8 050 11,1 mcf 336 10,00 1 345 9 120 6,8 go 1 658 1,09 721 10 490 14,6 hmmer 2 783 0,80 890 9 330 10,5 sjeng 2 176 0,96 837 12 100 14,5 libquantum 1 623 1,61 1 047 20 720 19,8 h264avc 3 102 0,80 993 22 130 22,3 omnetpp 587 2,94 690 6 250 9,1 astar 1 082 1,79 773 7 020 9,1 xalancbmk 1 058 2,70 1 143 6 900 6,0 Geometric Mean 11,7 Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  42. So sánh và tổng kết hiệu năng Tổng kết hiệu năng cho 1 tập tiêu chuẩn thành một số duy nhất: Thời gian thực hiện được chuẩn hóa thành SPECRatio (tỉ số lớn có nghĩa là nhanh hơn) Lấy trung bình nhân của các SPECRatio: n n GM SPEC ratioi i 1 Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  43. Các thông số hiệu năng khác Năng lượng tiêu thụ là một thông số quan trọng, đặc biệt với thị trường hệ nhúng (thời lượng pin là quan trọng với hệ thống) Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính
  44. Luật Amdahl  Khi thực hiện cải tiến một đặc điểm của hệ thống, tác dụng của việc cải tiến bị giới hạn bởi đặc điểm được cải tiến Tcpu ảnh hưởng bởi sự cải tiến T sau khi cải tiến = + T không ảnh hưởng cpu Tỉ lệ cải tiến cpu  Luật cơ bản để tính toán định lượng sự cải tiến  Khi cải tiến, cần chú trọng đến các trường hợp thông dụng  Đặt ra giới hạn số lượng bộ xử lý hoạt động song song Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 44 HUST-FET, 17/01/2011
  45. Ví dụ 1.7 - Luật Amdahl  1 chương trình thực hiện bởi 1 máy tính trong 100 giây. Trong đó, 80 giây được dùng để thực hiện phép nhân. Vậy cần phải tăng tốc độ phép nhân lên mấy lần để có thể tăng tốc độ thực hiện chương trình lên 5 lần? Tcpu ảnh hưởng bởi sự cải tiến T sau khi cải tiến = + T không ảnh hưởng cpu Tỉ lệ cải tiến cpu  Không thể cải tiến để tăng tốc được 5 lần Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 45 HUST-FET, 17/01/2011
  46. Kết luận chương  Hệ thống máy tính được xây dựng từ phân cấp các lớp trừu tượng. Các chi tiết triển khai lớp dưới bị che khuất khỏi lớp trên.  Kiến trúc tập lệnh – lớp giao tiếp giữa phần cứng và phần mềm mức thấp – là lớp trừu tượng quan trọng trong hệ thống máy tính.  Phần cứng máy tính gồm 5 thành phần: đường dữ liệu, khối điều khiển, bộ nhớ, khối vào, và khối ra. 5 thành phần đó kết nối với nhau bằng hệ thống bus theo mô hình vonNeumann hoặc mô hình Havard.  Phương pháp đánh giá hiệu năng một hệ thống máy tính là dùng thời gian thực hiện 1 chương trình. Thời gian thực hiện chương trình được tính bằng công thức: Tcpu I CPI Tc Chương 1 – Thành phần cơ bản của máy tính 46 HUST-FET, 17/01/2011