com sci major

1. Basic Computer Systems Design
& Architecture
01418114 – Introduction to Computer Science
Prasertsak U., Ph.D

2. Computer Architecture
• Von Neumann Architecture
2
The input unit - moves
data from the outside
into the computer.
The output unit -
moves results from
inside the computer
to the outside
The control unit -acts
as the stage unit to
ensure that all the
other components act
in concert.
The arithmetic/logic
gate unit - performing
arithmetic and logic
operations on data
The memory unit - holds
both data and instructions

3. Memory
Address Contents
00000000 11100011
00000001 01010101
… …
11111100 00000000
11111101 11111111
11111110 10101010
11111111 00110011
3
Memory is a collection of cells, each with a unique physical
address. For example, if the addressibility is 8, and there are 256 cells of
memory, the cells would be addressed as follows:
The bits in address 1111110 are
numbered as follows:

4. Memory Hierarchy
4
Picture from: http://people.nas.nasa.gov/

5. Memory Access Time
5
Picture from: http://www.embedded.com/

6. Control Unit
6
There are two special registers in the control unit.
• Program Counter (PR)
• Instruction Register (IR)

7. BUS
7
A communication system that transfers data between components inside a
computer, or between computers

8. Multi-core processor
8
In consumer technologies, multi-core is usually the term used to describe two
or more CPUs working together on the same chip.

9. Parallelism and Performance in Multi-
Core CPUs
9

10. สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ Centralized System
• บางครั้งเรียกว่า Host Based System หรือแบบรวมศูนย์เป็นสถาปัตยกรรมแบบ
รองรับผู้ใช้หลายคน โดยทุกคนจะใช้ทรัพยากรต่าง ๆ ร่วมกัน แบบ Time Sharing
เครื่องคอมพิวเตอร์ ณ ส่วนกลางจะเป็นเครื่องขนาดใหญ่ เช่น Server Computer
หรือ Mainframe Computer
10

11. ข้อดี / ข้อเสีย ของการประมวลผลแบบรวมศูนย์
• ข้อดี
▫ การติดตั้งระบบ หรือโปรแกรมต่าง ๆ ทาได้ง่าย เนื่องจากสามารถติดตั้ง ณ ศูนย์กลาง
เพียงจุดเดียว
▫ การควบคุมต่าง ๆ ทาได้ง่าย
▫ สะดวกในการจัดการข้อมูลและเรียกใช้ข้อมูล เช่น การรวบรวมข้อมูลเพื่อออกรายงาน
หรือติดตามความเคลื่อนไหวต่าง ๆ ทาได้รวดเร็ว เนื่องจากข้อมูลพร้อมอยู่แล้ว ณ
ส่วนกลาง
▫ การรักษาความปลอดภัยทาได้ง่าย
11

12. ข้อดี / ข้อเสีย ของการประมวลผลแบบรวมศูนย์
• ข้อเสีย
▫ อาจเกิดปัญหา Single point of Failure (ความล้มเหลวของจุดเดียว) เนื่องจาก
หากระบบส่วนกลางล่ม จะทาให้ระบบโดยรวมล่มทั้งหมด จึงมีความเสี่ยงสูง
▫ ทางานได้ช้าลงเมื่อมีจานวนผู้ใช้เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากอาจเกิดจากปัญหาคอขวด
(Bottle Neck) ของระบบ
▫ ค่าใช้จ่าย ในการดาเนินการสูง
▫ การปรับเปลี่ยนหรือเพิ่มเติมศักยภาพของระบบ เป็นเรื่องใหญ่และใช้ทุนสูง
12

13. สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ Decentralized System
• มีลักษณะการทางานคล้ายกับแบบรวมศูนย์แต่ศูนย์รวมไม่ได้มีจุดเดียวเกิดจากการแยกตัว
ของหน่วยงานออกเป็น เขตหรือภาคทาให้เกิดความต้องการในการกระจายระบบการ
ทางานออกไป แต่ยังคงเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างกัน
13

14. สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ Distributed System
• สถาปัตยกรรมแบบกระจายเกิดขึ้น
เนื่องจากต้องการลดขนาดของการทางาน
ณ ศูนย์กลางให้เล็กลง เพื่อประหยัด
ค่าใช้จ่าย และเนื่องจากการสื่อสารทาได้
รวดเร็วขึ้น เครื่องคอมพิวเตอร์มีประสิทธ
ภาพมากขึ้น การกระจายการทางาน
ออกไปยังส่วนต่าง ๆ จึงสามารถทาได้โดย
ไม่ทาให้งานเกิดปัญหา และยังเป็นการ
ช่วยกันทางานไปพร้อมกันได้
14

15. ข้อดี / ข้อเสีย ของการประมวลผลแบบกระจาย
• ข้อดี
▫ ใช้เวลาในการตอบสนองเร็ว เนื่องจากไม่ต้องรอการประมวลผลจากศูนย์กลาง
▫ ลดต้นทุนตัวประมวลผลกลาง
▫ ระบบน่าเชื่อถือมากขึ้น เนื่องจากทนต่อความผิดพลาดได้ดี เมื่อหน่วยใดไม่สามารถ
ทางานได้หน่วยอื่น ๆ จะไม่กระทบ สามารถทางานต่อไปได้
▫ แบ่งปันทรัพยากรร่วมกัน ได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เนื่องจากระบบมีขนาดเล็กลง
• ข้อเสีย
▫ การดูแลรักษาทาได้ยากขึ้น เนื่องจากมีการกระจายตัวของระบบไปตามจุดต่าง ๆ
▫ ความถูกต้องของข้อมูล อาจเกิดผลกระทบเนื่องจากข้อมูลกระจายอยู่หลายจุด
▫ การรักษาความปลอดภัยข้อมูลทาได้ยากมากขึ้น
15

16. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Client-Server
• เป็นการแบ่งการทางานออกเป็น2 ส่วน ได้แก่ ส่วนให้บริการ (Server) และส่วนขอใช้บริการ
(Client) ซึ่งกระบวนการประมวลผลจะเน้นหนักในส่วนของ Server จากนั้นจึงส่งผลลัพธ์ที่
ได้กลับไปยังผู้ขอใช้บริการ ซึ่งโดยส่วนมากจะต้องมีการร้องขอใช้บริการมาจากฝ่าย Client
ก่อนจากนั้น Server จึงตอบสนองความต้องการนั้นกลับไป (Response)
16

17. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Cluster-Server
• เป็นการแบ่งการทางานในส่วนให้บริการ(Server) เพิ่มขึ้นมากกว่า 1 จุด โดยในแต่ละจุด
ทางานเหมือนกัน เนื่องจากต้องการ1) รองรับการขอใช้บริการจานวนมาก 2) เพื่อให้ทนต่อ
ความผิดพลาดที่เกิดขึ้น เช่น
17

18. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Cluster-Server (ต่อ)
• แนวทางการติดตั้งเครื่องให้บริการ (Server) เพื่อให้ทนต่อความผิดพลาดที่เกิดขึ้น และเพื่อ
แบ่งการทางานไม่ให้หนักมากเกินไป
18

19. สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ Peer-to-Peer (P2P)
• P2P คืออะไร - “Peer-to-Peer เป็นระบบ Self organizing โดยปราศจากการควบคุม
จากศูนย์กลาง และประกอบไปด้วยเพียร์ (Peer) ที่สามารถแชร์ทรัพยากร (resource) ให้
กับเพียร์อื่นๆเข้ามาใช้งานได้”
19
นาเสนอโดย http://javaboom.wordpress.com/ อ้างอิงจาก: A. Oram et al., Peer-to-Peer:Hardnessing the Power of
Disruptive Technologies, Oreilly, 2001

20. สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบ Peer-to-Peer (P2P)
• Robust - คงทน ไม่ล่มง่าย ๆ เมื่อมี Peer ใดออกจากการเชื่อมต่อ ระบบโดยรวมยังคงทางาน
ต่อไปได้
• High Availability - ระบบจะใช้การทาซ้าข้อมูล (Redundancy) เพื่อช่วยให้ข้อมูล
กระจายตัวอยู่ในเครือข่าย และสามารถใช้แทนกันได้เมื่อต้องการ จึงทาให้ความพร้อมในการใช้งาน
สูง
• Load Balancing - ระบบสามารถช่วยแบ่งภาระการทางานออกไปได้ดี เมื่อมีคนต้องการ
ข้อมูลเดียวกันมาก ๆ ข้อมูลที่กระจายอยู่ใน Peer ต่าง ๆ จะถูกนามาใช้เพื่อช่วยกันแบ่งปันให้กับ
ผู้ที่ต้องการ จึงเป็นการช่วยแบ่งเบาภาระการทางานได้อย่างดี
• มีความเป็นอิสระสูง(High Freedom) เนื่องจากไม่มี Admin ในระบบ ไม่มีศูนย์กลางใน
การควบคุม การเข้าออกจากระบบสามารถทาได้โดยอิสระ ซึ่งไม่ทาให้ระบบล่ม ดังนั้นจึงมีความ
ยืดหยุ่นและอิสระสูง
20
อ้างอิงจาก http://javaboom.wordpress.com/

21. Peer-to-Peer Example in Network
• Napster Architecture
▫ Centralized Indexing
▫ Centralized Searching
21

22. Peer-to-Peer Example in Network
• Gnutella & BitTorrent
22

23. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Client-Server ใน
ลักษณะ Web Based
• การทางานแบบ Web Based นั้นมีลักษณะการทางานแบบ Client-Server
แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ ได้แก่
▫ 2-Tier Architecture – Application Server + DB
Server รวมอยู่ที่เดียวกัน
▫ 3-Tier Architecture – Application Server และ DB
Server แยกกันอยู่คนละระบบ
▫ n-Tier Architecture - หรือ multi-tier ลักษณะนี้ Application
Server และ DB Server แยกกันอยู่คนละระบบ รวมทั้งมี Frontend
Server เพื่อให้บริการในการจ่ายงานไปยังจุดต่าง ๆ ในลักษณะแบ่งภาระงาน
(Load Balancing) หรือมี Server ให้บริการหลายตัวทางานร่วมกัน
23

24. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Web Based
• 2-Tier Architecture – Application Server + DB Server
รวมอยู่ที่เดียวกัน
24

25. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Web Based
• 3-Tier Architecture – Application Server และ DB
Server แยกกันอยู่คนละระบบ
25

26. สถาปัตยกรรมการทางานแบบ Web Based
• n-Tier Architecture - หรือ multi-tier มี Server ให้บริการ
หลายตัว ( > 3 ระดับ) ทางานร่วมกัน
26

27. Virtualization Technology & Cloud
Computing
• เมื่อระบบเครือข่ายมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่ออุปกรณ์คอมพิวเตอร์มีสมรรถนะเพิ่มขึ้น การใช้
งานอุปกรณ์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ย่อมนามาซึ่งความคุ้มค่าในการลงทุน ฉะนั้นจะทาอย่างไร
ให้อุปกรณ์ที่มีอยู่ในระดับเทพ..!! ถูกใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด
• Virtualization Technology คืออะไร ใช่คาตอบหรือไม่ และเกี่ยวอะไรกับคาว่า
Cloud Computing
27

28. Data center implementation
28

29. Total Cost of Ownership
• .
29
Purchasing cost
20-25%
Post purchase/Maintenance cost
75-80%

30. Data center implementation on Cloud
30

31. Introduction to Cloud Computing
(cont.)
• Overview Concept
▫ Package of computing resources, such as computation and
storage
▫ Service individual homes and offices across the country via
the network
▫ Readily available on demand
31
Computing Facilities
(SW/HW/Network)
Access Provide
ProvidersConsumers
Pay for Accessing

32. IT Platform Evolution
• IT Platform Evolution
32
Picture from: Cloud Computing for Dummies
by John Hamrick

33. Introduction to Cloud Computing
(cont.)
• Mobility of Contents
33
Your Desktop
on a Thin Client
Your Desktop
on a SmartPhone
Your Desktop
on an iMac
Your Desktop
on a PC
As you move between devices, your desktop follows
you!
*This slide from: Andre Coetzee in the presentation name “The Future of Technology”

34. Some of the key providers
• .
34
From: Courtesy Gravitant, Inc from Cloud Technology Spectrum

35. Hosted Instances
• Host Instances is the physical representation
of a computer for running on a virtualization
environment.
▫ H/W Configuration on demand (RAM, CPU, HD
space, Network, etc.)
▫ Any OS, Applications
▫ Pay as you use
35

36. Sample of Instances Request
• .
36

37. Virtualization
• Virtualization, Why?
37
Optimized Resources

38. Virtualization (cont.)
• Virtualization is the ability to run multiple
operating systems on a single physical system
and share the underlying hardware
resources.*
▫ A Virtual machine (VM) is an isolated runtime
environment (guest OS and applications)
▫ Multiple virtual systems (VMs) can run on a single
physical system
38
*VMware white paper, Virtualization Overview

39. Virtualization Architecture (cont.)
• .
39
*VMware white paper, Virtualization Overview

40. Virtualization (cont.)
• Hypervisor - A hypervisor, a.k.a. a virtual machine
manager/monitor (VMM), or virtualization manager, is a
program that allows multiple operating systems to share
a single hardware host.
▫ Controlling the host processor and resources, allocating
▫ To make sure that the guest operating systems (called virtual
machines) cannot disrupt each other.
40

41. Type of Hypervisor
• Hypervisors in Virtualization
41
Picture from: http://www.cisco.com

42. Virtualization infrastructure
• .
42

43. Benefits of Virtualization in Cloud
Computing
• Consumers don’t need to own hardware
• Resources are rented as needed from Cloud
providers
• The providers allow creating virtual servers
▫ Choose the OS and software to run on each instance
▫ The VM will run on a large server farm
▫ Virtual server can initiate within a minute
• Pay per use
43

44. Software in the Cloud
• Two perspective of software in the cloud*
44
*Source: Software Architecture and the Cloud, Grace A. Lewis, Research, Technology and Systems Solutions
(RTSS) Program, SASI 2012

45. Services Models
• .
45
From : Cloud Security and Privacy by Mather and Kumaraswamy

46. Services Models (cont.)
• Data Privacy
46
*Source: Software Architecture and the Cloud, Grace A. Lewis, Research, Technology and Systems Solutions
(RTSS) Program, SASI 2012

47. What are the services?
• .
47
Picture from: http://info.apps.gov

48. Deployment Models
• .
48

49. Why isn’t everyone to use cloud?
• The cloud acts as a big black box, nothing inside
the cloud is visible to the clients
• Clients have no idea or control over what
happens inside a cloud
• Clouds are still subject to traditional data
confidentiality, integrity, availability, and
privacy issues, plus some additional attacks
49

50. Why isn’t everyone to use cloud? (cont.)
• .
50

51. Disadvantage of Cloud Computing
• Technical Issues
▫ Possible downtime
▫ Lack of support
▫ Inflexibility – Locking into their proprietary application
and format of services
• Security Issues
▫ Prone to attack
▫ How safe is your data?
• Long-running cost – Does the cloud application
have all the features that the software does and if
not, are the missing features important to you?
51