TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

PowerPoint Presentation VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email trinhtandatsgu edu vn Website https sites google comsitettdat88 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH mailto trinhtandatsgu edu vn https sites google comsitettdat88 Nội dung Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính • Các khái niệm cơ bản • Phân loại • Cấu trúc tổng quát • Lịch sử phát triển • Bài tập I Khái niệm cơ bản về kiến trúc máy tính Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đ.

• Các khái niệm cơ bản

• Phân loại

• Cấu trúc tổng quát

• Lịch sử phát triển

• Bài tập

• Máy tính (computer) là một thiết bị điện tử xử lý dữ liệu, thông qua thực

thi tự động danh sách các lệnh hay gọi là chương trình (program) đã được lưu trữ vào bộ nhớ chính.

• Thiết bị ngoại vị (peripherals): những thiết bị có thể nhập, xuất thông tin

và bộ nhớ thứ cấp (second memory).

• Hệ thống máy tính (Computer system): bao gồm máy tính và các thiết bị

ngoại vi.

• Kiến trúc máy tính (Computer architecture): bao gồm cấu trúc hệ thống,

các thuộc tính của hệ thống kết nối với nhau Các thuộc tính có thể thấy được bởi người lập trình hoặc có ảnh hưởng trực tiếp đến logic thực hiện chương trình.

❑ Các thuộc tính Kiến trúc máy tính (KTMT):

Theo kiến trúc (RISC, CISC):

• RISC (Reduced Instructions Set Computer)

• Là bộ kiến trúc vi xử lý được thiết kế theo hướng đơn giản hóa tập lệnh

• Phần cứng đơn giản và nhanh hơn

• CISC (Complex Instructions Set Computer)

• Là một kiến trúc vi xử lý được thiết kế với các tập lệnh phức tạp (có thể đảm nhiệm nhiều chức năng)

• Phần cứng phức tạp và chậm hơn

• Mainframe Computer (Máy tính lớn):

o Là những máy tính có hiệu suất tính toán cao với chiều dài bus

dữ liệu là 64 bit hoặc hơn.

o Có lượng bộ nhớ lớn và các bộ vi xử lý có thể thực thi lượng

phép tính lớn, thực thi các giao dịch trong thời gian thực.

o Xây dựng cho cơ sở dữ liệu, các server giao dịch.

• Mini Computer (Máy tính con):

o Là loại có kích thước nhỏ hơn với chiều rộng bus dữ liệu từ

32 đến 64 bit.

• Micro Computer (Máy vi tính):

o Là loại máy tính sử dụng bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU) làm vi xử lý 32 đến 64 bit.

o Tích hợp quy mô lớn (Very large scale integration) cùng công

nghệ CMOS (complementary metal oxide silicon) để chế tạo

các mạch logic.

Cấu trúc hệ thống máy tính

• Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU): Điều khiển hoạt động của máy tính

và xử lý dữ liệu.

• Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng.

• Hệ thống vào ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin

giữa máy tính với bên ngoài

• Bus liên kết hệ thống (System Interconnection Bus): Kết nối

và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với

• Tổ chức máy tính (Computer Organization): thực hiện hóa những đặc

tả của kiến trúc máy tính Các chức năng, thuộc tính hoạt động được liên kết với nhau dựa trên kiến trúc máy tính: chi tiết phần cứng, tín hiệu, thiết bị ngoại vi.

❑ CPU (Central Processing Unit): Điều khiển mọi hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.

• Thành phần cơ bản:

CU (Control Unit) điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn.

ALU (Arithmetic & Logc Unit)thực hiện các phép toán số học và logic trên các dữ liệu cụ thể.

RF (Register File) lưu trữ dữ liệu tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU

BIU (Bus Interface Unit) kết nối và trao đổi dữ liệu giữa Bus bên trong và Bus bên ngoài CPU

Arithmetic/Logic Unit (ALU) là một phần của bộ xử lý CPU

• Chứa các mạch số học: Cộng, trừ, nhân và chia

• Chứa các mạch để so sánh và logic: so sánh (=), và (and), hoặc (or), không (not)

• Chứa thanh ghi: bộ nhớ tốc độ cao, chuyên dụng được kết nối với mạch điện

• Đường dẫn dữ liệu: cách thông tin chảy trong ALU

• Từ thanh ghi đến mạch

• Từ mạch trở lại thanh ghi

Bộ nhớ - đơn vị chức năng, nơi dữ liệu được lưu trữ/truy xuất

• Bộ nhớ trong (Internal Memory)

• Bộ nhớ ngoài (External Memory)

Tổ chức : bộ nhớ được chia thành các ô nhớ có kích thước bằng nhau và được đánh địa chỉ Mổi ô

nhớ có thể là 1 byte hoặc 1 từ máy (word) 1 word có thể là 1,2,4 hay 8 byte tùy theo nhà sản xuất máy tính.

Thao tác cơ bản :

Đọc dữ liệu (Read) Ghi dữ liệu(write)

❑ Bộ nhớ trong (Internal Memory) : bộ nhớ chính (RAM, ROM) và bộ nhớ cache

Random access memory (RAM)

• Được tổ chức thành các ô nhớ với các địa chỉ riêng biệt

• Thời gian truy cập tới các ô nhớ là như nhau

• Giá trị của từng ô nhớ có thể được đọc và thay đổi

Read-only memory (ROM)

• Một hình thức của RAM để chứa thông tin được ghi sẵn, không thể sửa đổi

Cache Memory (hay bộ nhớ đệm)

• Đây là bộ nhớ bán dẫn có tốc độ nhanh và chúng được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nằm tăng tốc truy xuất của CPU tới bộ nhớ chính Dung lượng nhỏ hơn nhiều so với bộ nhớ chính Tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần.

❑ Bộ nhớ ngoài

• Chức năng và đặc điểm:

Lưu trữ tài nguyên phần mềm máy tính.

Được kết nối với hệ thống như thiết bị vào ra.

Dung lượng rất lớn ( vài trăm GB).

Tốc độ chậm.

• Các loại bộ nhớ:

Bộ nhớ từ : đĩa cứng, đĩa mềm,…

Bộ nhớ quang: CD, VCD, DVD,…

❑ Phân cấp bộ nhớ: Dung lượng, tốc độ truy cập, giá thành.

Thiết bị vào ra (I/O): liên kết bộ vi xử lý với thế giới bên ngoài

• Liên kết với con người thông qua bàn phím, máy chiếu

• Với bộ nhớ: HDD SSD, USB, DVD

• Với các máy tính khác: mạng

RAM = volatile memory (bộ nhớ dễ bay hơi)

Bộ nhớ không dễ bay hơi

• Thiết bị nhớ truy cập trực tip (direct access storate devices, DASDs)

• Thiết bị nhớ truy cập tuần tự (Sequential access storage device (SASDs)

Blaise Pascal

Phát minh máy tính với 2

phép tính + và

-• Năm 1672: Gotfrid vilgelm Leibnits chế tạo máy tính với 4 phép tính +, -, *, /.

• 1834 Babbage (Anh) – máy tính có 4 bộ phận: bộ nhớ, bộ tính toàn, thiết bị nhập, thiết bị xuất.

• 1944 G.Iken (Mỹ) – Mark I: nặng 5 tấn, cao 2.4m, dài 15m, chứa

800km dây điện.

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer): máy tính hiện đại đầu tiên được xây

dựng từ năm 1943 - 1955

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)

• Gs Ecket và Mauchly ở ĐH Pennsylvania

• Bắt đầu 1943 hoàn thành 1946 được dùng đến 1955

• 20 thanh ghi 10 bit (thập phân ko có nhi phân)

• Công việc lập trình bằng tay bởi nối hoặc ngắt điện

• 18 000 đèn điện tử (vacuum tubes)

John von Neumann với dự án EDVAC (năm 1945)

❑ Máy tính Von Neumann/Turring

• Máy tính IAS (Institute for Advanced Studies)

• Máy có mô hình cơ bản của máy tính ngày nay:

• Bộ nhớ chính lưu chương trình và dữ liệu

• Hoạt động của ALU trên dữ liệu nhị phân

• CU thông dịch các lệnh từ bộ nhớ và thực thi

• Thiết kế 1947 hoàn thành 1952

• Xây dựng trên ý tường của Turring (Mỹ) và Von Neumann(Anh)

Cấu trúc của IAS

• 1947: Bardeen, Brattain và Shockley

(thuộc Bell Labs) phát minh transistor và được giải Nobel vật lý vào năm 1956.

• Với lợi thế nhỏ, rẻ, tỏa nhiệt ít, đèn bán dẫn dần được thay thế đèn chân không

để tạo nên máy tính

IBM 7030 với 150,000 transistor (1959) IBM 7094 với thông số:

• 32 K word (1 word = 16bit)

• Chu kỳ 2ms

• Giá 1 triệu USD

• 1958: Jack Kilby và Robert Noyce công bố công nghệ mạch tích hợp (Integrated circuit – IC).

• 1964: Máy IBM System 360 ra đời và là họ máy tính công nghiệp đầu tiên được sản xuất có kế hoạch.

• 1975: Máy tính cá nhân đầu tiên IBM 5100 ra đời.

• Sự xuất hiện của công nghệ VLSL (very large scale intergrated) đã bắt đầu kỷ

nguyên của máy tính cá nhân.

• 1981: IBM – PC ra đời trên cơ sở CPU Intel 8088 và dùng hệ điều hành MS – DOS của Microsoft.

❑ Các sản phẩm chính của công nghệ VLSI:

• Bộ vi xử lý (Microprocessor): CPU được chế tạo trên một chip.

• Vi mạch điều khiển tổng hợp (Chipset): một hoặc một vài vi mạch thực hiện được nhiều chức năng điều khiển và nối ghép.

• Bộ nhớ bán dẫn (Semiconductor Memory): ROM, RAM

• Các bộ vi điều khiển (Microcontroller): máy tính chuyên dụng được chế tạo trên 1 chip

Phần cứng (Hardware):

• Là các bộ phận vật lý cụ thể của

máy tính hay hệ thống máy

tính.

Bài 1: Phân biệt phần mềm hệ thống và phần mềm ứng dung Cho ví dụ Phần

mềm diệt virus có phải là phần mềm ứng dụng hay không ?

Bài 2: Liệt kê các thành phần của máy tính Khi mua từng bộ phận của máy

tính ta nên ưu tiên mua theo thứ tự như thế nào?