Bài giảng kiến trúc máy tính (computer architecture) ths phạm thị minh thu

Máy tính và sự phân loại a Máy tính thực hiện các công việc sau: • Nhận thông tin vào, • Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên trong, • Đưa thông tin ra..  Dãy các lệnh nằm

Giảng viên: ThS Phạm Thị Minh Thu

Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin Trường Đại học Khoa học

(thupm84@gmail.com)

Thái Nguyên - 2011

Giới thiệu môn học

Giới thiệu môn học

 Yêu cầu

 Đi học đầy đủ, tích cực

 Làm tiểu luận

 Đánh giá:

• Điểm = (CC+GK+Tiểu luận)*0.1 + Thi CK*0.7

• GK: Viết-60’; Cuối kỳ: Viết-60’

 Tài liệu tham khảo

Giảng viên: ThS Phạm Thị Minh Thu

Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin

(thupm84@gmail.com)

Bài giảng KTMT

7 / 57

1.1 Máy tính và sự phân loại

a) Máy tính

thực hiện các công việc sau:

• Nhận thông tin vào,

• Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được

nhớ sẵn bên trong,

• Đưa thông tin ra

 Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ yêu cầu

máy tính thực hiện công việc cụ thể gọi là

chương trình (program)

 Máy tính hoạt động theo chương trình

Các thành phần của máy tính

Bài giảng KTMT

9 / 57

Mô hình phân lớp của máy tính

Phần cứng?

Phần mềm

Phần sụn ( firm ware ):

là phần mềm được nhúng vào các mạch

điện tử

Bài giảng KTMT

11 / 57

Hình ảnh phần sụn

b) Phân loại máy tính

 Phân loại truyền thống

 Máy vi tính (Microcomputers)

 Máy tính nhỏ (Minicomputers)

 Máy tính lớn (Mainframe Computers)

 Siêu máy tính (Supercomputers)

 Phân loại hiện đại

 Máy tính cá nhân (Personal Computers)

 Máy chủ (Server Computers)

 Máy tính nhúng (Embedded Computers)

Bài giảng KTMT

13 / 57

5 kiểu máy tính hiện nay

MIPS: Million Instruction Per Second

MIPS?

Máy tính cá nhân

 Là loại máy tính phổ biến nhất

 Gồm:

 Máy tính để bàn (Desktop)

 Máy tính xách tay (Laptop)

 Năm 1981: IBM giới thiếu máy tính

IBM-PC sử dụng bộ xử lý Intel 8088

 Năm 1984: Apple đưa ra Macintosh sử

dụng bộ xử lý Motorola 68000

 Giá thành từ hàng trăm đến hàng nghìn

Bài giảng KTMT

15 / 57

Personal Computer

Bài giảng KTMT

17 / 57

MiniComputer

NORD-5 1972

VAX 11/780

Bài giảng KTMT

19 / 57

Mainframe

SuperComputer

Máy tính nhúng

Router

Bài giảng KTMT

23 / 57

1.2 Kiến trúc máy tính

 Khái niệm: Kiến trúc – Cấu trúc -Tổ chức

Kiến trúc là những thuộc tính có thể can thiệp bởi người lập trình

Cấu trúc là những thuộc tính phần cứng trong suốt với người lập trình (các tín hiệu điều

khiển, giao diện giữa máy tính với các thiết bịngoại vi, các kỹ thuật bộ nhớ)

Tổ chức máy tính: chỉ các khối, các đơn vị của máy tính điện tử và sự liên kết giữa chúng

Khái niệm: Kiến trúc-…

 Với một máy tính:

 Có thực hiện được phép nhân hay không

thuộc phạm trù kiến trúc máy tính;

 Thực hiện phép nhân bằng mạch nhân hay mạch cộng thuộc phạm trù tổ chức máy tính.

 Kiến trúc máy tính là ngành khoa học nghiên cứu việc thiết kế các thành phần cấu thành

nên máy tính điện tử

Bài giảng KTMT

25 / 57

Kiến trúc máy tính

Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh:

Kiến trúc tập lệnh: nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình

Tổ chức máy tính: nghiên cứu phần cứng máy tính

 Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh

Các kiểu dữ liệu: Các kiểu dữ liệu mà

máy tính có thể xử lý

Cấu trúc cơ bản của máy tính

Bài giảng KTMT

29 / 57

Các thành phần cơ bản của máy tính

Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit):

điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữliệu

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

Liên kết hệ thống (System Connection): Kết nối

và vận chuyển giữa các thành phần với nhau

1.3 Sự tiến hóa của máy tính

Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s)

Thế hệ 2: Máy tính dùng transistor (1960s)

Thế hệ 3: Máy tính dùng vi mạch IC (1970s)

Thế hệ 4: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s – nay)

Bài giảng KTMT

31 / 57

Một số hình ảnh

What? ENIAC

Bài giảng KTMT

33 / 57

a) Máy tính dùng đèn điện tử

ENIAC – Máy tính điện tử đầu tiên

Electronic Numerical Intergator And

Bài giảng KTMT

35 / 57

Máy tính ngày nay có những

cải tiến gì so với ENIAC?

Máy tính Von Neumann

Đó là máy tính IAS:

Princeton Institute for Advanced Studies

Bắt đầu năm 1947, hoàn thành năm 1952

Do John Von Neumann thiết kế

Được xây dựng theo ý tưởng “chương trình được lưu trữ” (stored-program concept) của Von Neumann/ Turing (1945)

Bài giảng KTMT

37 / 57

Đặc điểm chính của máy tính IAS

 Bao gồm: đơn vị điều khiển, đơn vị số học và logic (ALU), bộ nhớ chính và các thiết bị vào-ra.

 Bộ nhớ chính: chứa chương trình và dữ liệu

 Bộ nhớ chính được đánh địa chỉ theo từng ngăn nhớ, không phụ thuộc vào nội dung của nó.

 ALU thực hiện các phép toán với số nhị phân

 Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã và thực hiện lệnh một cách tuần tự.

 Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động của các thiết bị vào-ra.

  Trở thành mô hình cơ bản của máy tính

John von Neumann và IAS

Bài giảng KTMT

39 / 57

Alan Turing

Các máy tính thương mại ra đời

Bài giảng KTMT

41 / 57

UNIVAC I

UNIVAC II

IBM 701

Bài giảng KTMT

45 / 57

b)Máy tính dùng transistor

 Máy tính PDP-1 của DEC (Digital Equipment

Corporation): máy tính mini đầu tiên

 IBM 7030

 Hàng trăm nghìn phép cộng/ giây

 Các ngôn ngữ lập trình bậc cao ra đời

Máy tính DEC PDP-1 (1960)

Bài giảng KTMT

47 / 57

IBM 7030 (1961)

Bài giảng KTMT

49 / 57

VAX 11 (1981)

Micro VAX

Bài giảng KTMT

51 / 57

Siêu máy tính CRAY 1

Intel 4004 – bộ vi xử lý 4 bit

 Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng

 Giá thành của chip hầu như không thay đổi

 Mật độ cao hơn nên đường dẫn ngắn hơn

 Kích thước nhỏ hơn nên độ phức tạp tăng lên

 Điện năng tiêu thụ ít hơn

 Hệ thống ít chip hơn nên tăng độ tin cậy

Tăng trưởng số transistor trong

chip CPU

 Số transistors trên chip sẽ gấp đôi sau 18 tháng

 Giá thành của chip hầu như không thay đổi

 Mật độ cao hơn nên đường dẫn ngắn hơn

 Kích thước nhỏ hơn nên độ phức tạp tăng lên

 Điện năng tiêu thụ ít hơn

 Hệ thống ít chip hơn nên tăng độ tin cậy

HẾT CHƯƠNG 1

Q&A