KIẾN TRÚC MÁY TÍNH - CÁC PHẦN TỬ TRONG MÁY TÍNH ppt

Mục đích môn học Đối với chuyên ngành KTMT • Nắm vững các kiến thức cơ bản về tổ chức và hoạt động của máy tính số • Làm nền tảng để tìm hiểu cấu trúc kiến trúc + mạch logic của các phầ

Khoa KH & KT Máy tính

Bộ môn Kỹ thuật Máy tính

Phạm Tường Hải Nguyễn Quốc Tuấn

Nội dung tóm tắt môn học

) Là môn học cơ sở ngành máy tính, giảngdạy cho cả chuyên ngành KTMT lẫn KHMT

) Cung cấp các kiến thức cơ bản về nguyên lýhoạt động và tổ chức ở các máy tính số

• Vấn đề đánh giá hiệu suất

Mục đích môn học

) Đối với chuyên ngành KTMT

• Nắm vững các kiến thức cơ bản về tổ chức và hoạt động của máy tính số

• Làm nền tảng để tìm hiểu cấu trúc (kiến trúc + mạch logic)

của các phần tử khác nhau trong một máy tính số

• Vận dụng để thiết kế, cải tạo, sửa chữa các hệ thống ứng dụng vi xử lý – vi điều khiển, hệ thống nhúng

) Đối với chuyên ngành KHMT

• Nắm vững các kiến thức cơ bản về tổ chức và hoạt động của máy tính số

• Vận dụng vào thiết kế, cải tạo các hệ thống phần mềm sao cho hoạt động hiệu quả, phù hợp với kiến trúc phần cứng

Tài liệu tham khảo

interface”,

John L Hennessy & David A Patterson, Second Edition, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC 1998

) “Computer Architecture: a quantitative approach”,

John L Hennessy & David A Patterson, Third Edition,

MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS, INC 2002

Chương 1.

1.1 Dẫn nhập

) Sự ra đời và phát triển của máy tính dẫn đến cái gọi là

cách mạng thông tin, cuộc cách mạng thứ 3 trong nềnvăn minh của loài người (trước đó lần lượt là cách mạng

) Kết quả là sức mạch trí tuệ của nhân loại được nhân lênđáng kể, khoa học – kỹ thuật phát triển mạnh mẽ vàvươn đến những giới hạn mới

) Một số thành tựu đạt được trong thời gian qua giốngnhư chuyện viễn tưởng

• World Wide Web

) Phần cứng máy tính tiến bộ cho phép các nhà lập trìnhviết nên những phần mềm ứng dụng kỳ diệu, và làm chomáy tính thâm nhập nhanh chóng vào mọi ngóc ngáchcủa đời sống hiện đại

) Trong tương lai những điều viễn tưởng sẽ là: một xã hộikhông cần đến tiền mặt, các xa lộ thông minh tự động

hóa, ubiquitous computing, …

) Các nhà lập trình thành công luôn biết quan tâm tới tốc

độ của các chương trình do mình viết ra

) Trong thập niên 60 và 70, hạn chế chủ yếu đối với hiệusuất của máy tính nằm ở kích thước của bộ nhớ

Ö Tối thiểu hóa mã lệnh để chương trình thực thi nhanh hơn

) Trong gần 20 năm qua, những tiến bộ trong thiết kế máytính và công nghệ bộ nhớ đã xóa đi hạn chế của bộ nhớkích thước nhỏ

được bản chất phân cấp ở bộ nhớ cũng như bản chất song song

1.2 Bên dưới của chương trình

) Máy tính là bước phát triển kế tiếp của các mạch logic

) Thông tin trên máy tính được biểu diễn bởi các ký số nhịphân hay bit (b inary dig it)

) Máy tính hoạt động tuân theo các chỉ thị của chúng ta Thuật ngữ dùng để gọi các chỉ thị riêng lẻ là câu lệnh

(instruction)

) Mỗi câu lệnh là 1 chuỗi xác định các bit, (giống như 1 sốnhị phân) mà máy tính có thể hiểu được

) Những nhà lập trình đầu tiên truyền đạt chỉ thị đến máytính thông qua các con số nhị phân nói trên

• Đây là công việc hết sức tẻ nhạt

) Lúc đầu con người dùng tay để dịch các ký hiệu trên ra

số nhị phân rồi đem thực thi trên máy tính

) Sau đó, con người phát triển một chương trình trợ giúpviệc dịch nói trên: assembler

) Công cụ lập trình dùng các ký hiệu gợi nhớ nhằm viết ra

) Mỗi dòng trong hợp ngữ là 1 câu lệnh để máy tính thựcthi Lập trình bằng hợp ngữ buộc người lập trình phảisuy nghĩ hành động như một máy tính

• Cấp hành động như máy tính gọi là cấp thấp (low level)

language)

) Theo hướng trên, người ta lại đưa ra các ký hiệu gầnvới suy nghĩ của con người và tạo nên các ngôn ngữcấp cao (high level language)

• TD A + B thay cho add A, B

) Sử dụng chương trình để dịch ngôn ngữ cấp cao sang hợp ngữ: chương trình dịch (compiler)

Assembler

) Ngôn ngữ cấp cao mang lại nhiều lợi ích quan trọng

• Cho phép người lập trình suy nghĩ dưới dạng ngôn ngữ tự nhiên

(Anh ngữ, biểu thức toán, …): FORTRAN , COBOL, LISP

• Tăng đáng kể hiệu năng lập trình: chương trình ngắn hơn, sáng

sủa và dễ hiểu hơn

• Ngôn ngữ cấp cao độc lập đối với máy tính

) Khả năng tái sử dụng chương trình mang lại hiệu quảcao hơn là viết toàn bộ chương trình từ đầu

Ö trình con, thư viện, thư việc các trình con xuất/nhập

) Người ta nhận thấy việc thực thi các chương trình trênmáy tính sẽ hiệu quả hơn nếu có 1 chương trình đặcbiệt giám sát thực thi cho các chương trình trên

Ö Hệ điều hành (operating system)

) Hệ điều hành là chương trình quản lý các tài nguyên củamáy tính hỗ trợ tốt nhất cho việc thực thi của cácchương trình khác nhau trên máy tính

) Phần mềm có thể được phân loại theo tính năng sửdụng

• Các chương trình cung cấp dịch vụ chung cho các chương trình

khác được gọi là phần mềm hệ thống (systems software)

• Phần mềm ứng dụng (applications software)

là các phần mềm cung cấp dịch vụ cho các người sử dụng máy tính (users)

1.3 Bên trong vỏ máy

) Chuột

) Màn hình & card điều khiển màn hình

• Hình ảnh được thể hiện dưới dạng ma trận các phần tử ảnh

(picture element) hay pixel

• Mỗi pixel đươc biểu diễn bởi 1 ma trận bit còn gọi là bit map

• Tùy thuộc vào kích thước và độ phân giải của màn hình, ma trận

raster refresh buffer

hay frame buffer

) Bộ nhớ (memory)

• Chứa chương trình thực thi và các dữ liệu cần thiết trong quá

trình thực thi

• Có 2 loại bộ nhớ: ROM và RAM

• Trên motherboard có 2 loại bộ nhớ RAM

* Bộ nhớ chính (công nghệ DRAM) có dung lượng lớn chứa chương trình và dữ liệu thực thi

) Bộ xử lý (processor)

• Là phần tử tích cực nhất của máy tính số

• Đôi khi còn gọi là CPU (central processing unit)

• Gồm 2 khối chính: khối dữ liệu (datapath) và

khối điều khiển (control)

• Khối dữ liệu thực hiện các phép tính

• Khối điều khiển ra lệnh cho khối dữ liệu, bộ

nhớ, các thiết bị xuất/nhập, thực hiện cái mà câu lệnh của chương trình yêu cầu

) Đĩa cứng

Đèn bán dẫn (Transistor) 1965

1

Đèn điện tử (Vacuum tube) 1951

Hiệu quả/Giá thành Công nghệ sử dụng

Năm

100.000 10.000 1.000 100

) Qui trình chế tạo mạch tích hợp

Slicer

20 to 30 processing steps

Dicer

Die tester

Bond die

to package

Part

Patterned wafers Individual dies

Tested dies