›
›

Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 5: Kiến trúc máy tính tiên tiến - Nguyễn Kim Khánh

Download
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Hệ thống máy tính  
Nội dung học phần  
„ Chương 1. Giới thiệu chung  
„ Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ  
„ Chương 3. Kiến trúc vào-ra  
„ Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý  
„ Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến  
Chương 5  
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH TIÊN TIẾN  
Nguyễn Kim Khánh  
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội  
8 September 2009  
1
8 September 2009  
2
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Nội dung  
5.1. Phân loại kiến trúc máy tính  
„ Phân loại của Michael Flynn (1966)  
„
„
„
„
SISD - Single Instruction Stream, Single Data Stream  
SIMD - Single Instruction Stream, Multiple Data Stream  
MISD - Multiple Instruction Stream, Single Data Stream  
„
5.1. Phân loại kiến trúc máy tính  
5.2. Máy tính vector và bộ xử lý mảng  
5.3. Một số kiến trúc MIMD thông dụng  
5.4. Bộ xử lý đa lõi  
„
„
„
MIMD - Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream  
8 September 2009  
Bài giảng Kiến trúc Máy tính  
3
8 September 2009  
Bài giảng Kiến trúc Máy tính  
4
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
1
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
SIMD  
SISD  
„ CUControl Uni
„ PU: Processing Unit  
„ MU: Memory Unit  
„ Một bộ xử lý  
„ Đơn dòng lệnh  
„ Dữ liệu được lưu trữ trong một bộ nhớ  
„ Chính là Kiến trúc von Neumann  
8 September 2009  
5
8 September 2009  
6
NKK-HUT  
NKK-HUT  
SIMD (tiếp)  
MISD  
„ Đơn dòng lệnh điều khiển đồng thời các  
phần tử xử lý PE (processing elements)  
„ Một luồng dữ liệu cùng được truyền đến  
một tập các bộ xử lý  
„ Mỗi phần tử xử lý có một bộ nhớ dữ liệu  
„ Mỗi bộ xử lý thực hiện một dãy lệnh  
riêng LM (local memory)  
khác nhau.  
„ Mỗi lệnh được thực hiện trên một tập  
các dữ liệu khác nhau  
„ Chưa tồn tại máy tính thực tế  
„ Có thể có trong tương lai  
„ Các mô hình SIMD  
„
Vector Computer  
Array processor  
„
8 September 2009  
7
8 September 2009  
8
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
2
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
MIMD  
MIMD - Shared Memory  
„ Tập các bộ xử lý  
„ Các bộ xử lý đồng thời thực hiện các  
dãy lệnh khác nhau trên các dữ liệu  
khác nhau  
„ Các mô hình MIMD  
„
Multiprocessors (Shared Memory)  
Multicomputers (Distributed Memory)  
„
8 September 2009  
9
8 September 2009  
10  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
MIMD - Distributed Memory  
5.2. Máy tính vector và bộ xử lý mảng  
„ Thuộc loại SIMD  
„
Data parallelism in time = vector processing  
Data parallelism in space = array processing  
„
8 September 2009  
11  
8 September 2009  
12  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
3
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Thực hiện bộ xử lý vector  
Phép toán trên vector  
From scalar registers  
Bộ xử lý vector:  
Function unit 1 pipeline  
Function unit 2 pipeline  
Function unit 3 pipeline  
Bộ xử lý tuần tự:  
load W  
load D  
P := W × D  
store P  
for i = 0 to 63 do  
P[i] := W[i] × D[i]  
endfor  
Load  
unit A  
Vector  
register  
Load  
unit B  
file  
for i = 0 to 63 do  
X[i+1]:=X[i]+Z[i]  
Y[i+1]:=X[i+1]+Y[i]  
endfor  
Không xử lý song  
song được  
Store  
unit  
Forwarding muxes  
8 September 2009  
13  
8 September 2009  
14  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Ví dụ bộ xử lý mảng  
5.3. Một số kiến trúc MIMD thông dụng  
Processor array  
Control  
Switches  
1.SMP (Symmetric Multiprocessors)  
Control  
broadcast  
Parallel  
I/O  
8 September 2009  
15  
8 September 2009  
16  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
4
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
SMP (tiếp)  
Ưu điểm của SMP  
„ Hiệu năng  
„ Một máy tính có n >= 2 bộ xử lý giống nhau  
„
Các công việc có thể thực hiện song song  
„ Các bộ xử lý dùng chung bộ nhớ và hệ thống  
vào-ra  
„ Tính sẵn dùng  
„ Thời gian truy cập bộ nhớ là bằng nhau với  
các bộ xử lý  
„ Tất cả các bộ xử lý chia sẻ truy nhập vào-ra  
„ Các bộ xử lý có thể thực hiện chức năng  
giống nhau  
„
Các bộ xử lý có thể thực hiện các chức  
năng giống nhau, vì vậy lỗi của một bộ xử  
lý sẽ không làm dừng hệ thống  
„ Khả năng mở rộng  
„
Người sử dụng có thể tăng hiệu năng bằng  
cách thêm bộ xử lý  
„ Hệ thống được điều khiển bởi một hệ điều  
hành phân tán  
8 September 2009  
17  
8 September 2009  
18  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
2. Cluster  
Cluster (tiếp)  
„ Nhiều máy tính được kết nối với nhau  
bằng mạng liên kết tốc độ cao (~ Gbps)  
„ Dễ dàng xây dựng và mở rộng  
„ Tính sẵn sàng cao  
„ Mỗi máy tính có thể làm việc độc lập  
„ Mỗi máy tính được gọi là một node  
„ Khả năng chịu lỗi  
„ Giá thành rẻ với hiệu năng cao  
„ Các máy tính có thể được quản lý làm  
việc song song theo nhóm (cluster)  
„ Toàn bộ hệ thống có thể coi như là một  
máy tính song song  
8 September 2009  
19  
8 September 2009  
20  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
5
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Cluster of PCs  
Cluster of SMPs  
8 September 2009  
21  
8 September 2009  
22  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
5.4. Bộ xử lý đa lõi (multicores)  
Ví dụ: Hệ thống máy chủ Google (12/ 2000)  
„ Cluster of PCs  
„ Hơn 6.000 bộ xử lý  
„ Thay đổi của bộ  
xử lý:  
„ Hệ thống lưu trữ dùng RAID: có 12.000  
đĩa cứng ~ 1petabyte (1triệu GB)  
„
„
„
„
„
Tuần tự  
„ 2 site ở Silicon Valley, 1site ở Virginia  
Pipeline  
Siêu vô hướng  
Đa luồng  
Đa lõi  
„ Mỗi site được kết nối với Internet qua  
OC48 (2488Mbps)  
8 September 2009  
23  
8 September 2009  
24  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
6
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Các dạng tổ chức bộ xử lý đa lõi  
Intel - Core Duo (1)  
„ 2006  
„ Two x86 superscalar, shared L2 cache  
„ Dedicated L1 cache per core  
„
32KB instruction and 32KB data  
„ Thermal control unit per core  
„
„
„
Manages chip heat dissipation  
Maximize performance within constraints  
Improved ergonomics  
„ Advanced Programmable Interrupt Controlled  
(APIC)  
„
„
„
Inter-process interrupts between cores  
Routes interrupts to appropriate core  
Includes timer so OS can interrupt core  
8 September 2009  
25  
8 September 2009  
26  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Intel - Core Duo (2)  
Intel Core Duo (3)  
„ Power Management Logic  
„
„
„
Monitors thermal conditions and CPU activity  
Adjusts voltage and power consumption  
Can switch individual logic subsystems  
„ 2MB shared L2 cache  
„
„
„
Dynamic allocation  
MESI support for L1 caches  
Extended to support multiple Core Duo in SMP  
„
L2 data shared between local cores or external  
„ Bus interface  
8 September 2009  
27  
8 September 2009  
28  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
7
Bài giảng Hệ thống máy tính  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
Intel Core i7  
Intel x86 Multicore Organization - 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  
8 September 2009  
29  
8 September 2009  
30  
NKK-HUT  
NKK-HUT  
ARM11  
MPCore  
Block  
Diagram  
Hết chương 5  
8 September 2009  
8 September 2009  
32  
Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN  
8
pdf 8 trang yennguyen 13/04/2022 3960
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 5: Kiến trúc máy tính tiên tiến - Nguyễn Kim Khánh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_may_tinh_chuong_5_kien_truc_may_tinh_tien.pdf