Slide kiến trúc máy tính và hệ đièu hành

Slide này là cái nhìn tổng quan nhất về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một chiếc máy tính. Đồng thời giúp chúng ta hiểu hơn về hệ điều hành, một thành phần không thể thiếu đối với một máy tính cơ bản. Slide gồm 2 phần : Kiến trúc máy tính và hệ điều hành Phần 1: Kiến trúc máy tính Chương 1: giới thiệu chung. Chương 2: Kiến trúc, tổ chức và quản lý bộ nhớ. Chương 3: Hệ thống BUS và thiết bị ngoại vi. Phần 2: Hệ điều hành Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành. Chương 2: Một số dịch vụ cơ bản của hệ điều hành. Chương 3: Tiến trình và điều độ tiến trình. Chương 4: Quản lý bộ nhớ. Chương 5: Quản lý tệp và thư mục.

Trang 1

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Computer Architecture

& Operating Systems

Nguyễn Trung Đồng Tel 098 341 0866

Email: dongnt@hn.vnn.vn

Trang 2

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH & HỆ ĐIỀU HÀNH

Chương 4: Quản lý bộ nhớ Chương 5: Quản lý tệp tin và thư mục

Trang 3

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH

Phần 1

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

(Computer Architecture)

31/07/2013 Nguyễn Trung Đồng Computer

Architecture

3

Trang 4

31/07/2013 Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

4

Tài liệu tham khảo (KTMT)

[ 1 ] Nguyễn Trung Đồng Giáo trình Kiến trúc máy tính –

trang web http://www.tailieu.vn

[ 2 ] Hoàng Xuân Dậu Bài giảng Kiến trúc máy tính

 3  Nguyễn Trung Đồng Giáo trình Kỹ thuật Vi xử lý – NXB

KHKT Hà Nội 2010

 4  James M Feldman, Charles T Retter Computer

Architecture – MITPress & McGraw Hill, Singapore 1994

 5  David Hergert, Nancy Thibeault PC Architecture from

Assembly langueage to C – Prentice-Hall, Inc New Jersey 1997

 6  Kai Hwang Advanced Computer Architecture

Parallelism Scalability Programmability – McGraw-Hill International Editions – 1993

Trang 5

5

Kiến trúc máy tính nghiên cứu những thuộc tính hệ thống mà người lập trình có thể nhìn thấy được, những thuộc tính quyết định trực tiếp đến việc thực thi một

Cấu trúc và tổ chức máy tính nghiên cứu về các thành phần chức năng và sự kết nối giữa chúng để tạo nên một

thuật của kiến trúc

Kiến trúc và Tổ chức máy tính

Trang 6

1 Lệnh (Instruction) và

dữ liệu (Data) phải được lưu giữ trong một bộ nhớ ghi/đọc được.

2 Từng ô nhớ trong bộ nhớ phải được định vị bằng địa chỉ Sự định vị bằng địa chỉ là tuần tự và không phụ thuộc vào nội dung của ô nhớ.

3 Chương trình xử lý, giải bài toán phải thực hiện tuần tự từ lệnh này đến lệnh tiếp theo, từ lệnh bắt đầu đến lệnh cuối cùng

Trang 7

Kiến trúc

Harward

Kiến trúc máy tính Harvard chia bộ nhớ trong thành hai phần riêng rẽ: Bộ nhớ lưu chương trình (Program Memory) và Bộ nhớ lưu dữ liệu (Data Memory) Hai hệ thống bus riêng được sử dụng để kết nối CPU với

bộ nhớ lưu chương trình và bộ nhớ lưu dữ liệu Mỗi hệ thống bus đều có đầy đủ ba thành phần để truyền dẫn các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển

31/07/2013

7 Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Trang 8

8

Cấu trúc một hệ thống máy tính

Trang 9

9

Trang 10

10

Trang 11

11

Trang 12

12

Chức năng của máy tính

Thực hiện chương trình thông qua xử lý một tập lệnh do người lập trình cung cấp Chương trình là tập hợp các lệnh được người lập trình chọn lọc và sắp xếp theo một tuần tự chặt chẽ thông qua nguyên tắc xử lý, giải quyết một vấn đề cụ thể (hay còn gọi là thuật giải)

1 Xử lý dữ liệu: Xử lý các yêu cầu của con người/thiết bị trên cơ sở

các dữ liệu được nhập vào Đây là chức năng quan trọng nhất

2 Lưu trữ dữ liệu: Muốn công việc xử lý dữ liệu đạt hiệu quả cao,

máy tính phải có khả năng lưu trữ tạm thời dữ liệu và lưu trữ dữ liệu dài hạn

3 Di chuyển dữ liệu: Để phục vụ việc xử lý, dữ liệu phải có thể di

chuyển từ điểm này tới điểm khác bên trong máy tính, phải có khả năng trao đổi dữ liệu với môi trường bên ngoài

4 Điều khiển: Các tác vụ máy tính thực hiện phải được điều khiển

…

Trang 13

13

Trang 14

14

Trang 15

15

Trang 16

16

Trang 17

17

Trang 18

1 16-bit Processors and Segmentation (1978) 16-bit processors, the 8086 and

8088

2 The Intel® 286 Processor (1982) The Intel 286 processor introduced protected mode operation into the IA-32 architecture

3 The Intel® 386™Processor (1985) The Intel386 processor was the first 32-bit

processor in the IA-32 architecture family

4 The Intel® 486™ Processor (1989) The Intel486™processor added more parallel execution capability by expanding the Intel386 processor’s instruction decode and execution units into five pipelined stages

5 The Intel® Pentium® Processor (1993) The introduction of the Intel Pentium

processor added a second execution pipeline to achieve superscalar

performance (two pipelines, known as U and V The on-chip first-level cache

doubled, with 8 KBytes devoted to code and another 8 KBytes devoted to data

6 The P6 Family of Processors (1995-1999) The P6 family of processors was

based on a superscalar microarchitecture that set new performance standards The Intel Pentium Pro processor is three-way superscalar

7 The Intel® Pentium 4 Processor Family (2000-2006) The Pentium 4 processor

family is based on Intel® NetBurst microarchitecture

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÁC BỘ XỬ LÝ CỦA HÃNG INTEL ®

(tính riêng với các loại được phát triển thành Máy vi tính)

Không kể chip-slide, µP4004, µP4040, µP8080, µP8085 và Single Chip µComputer

Trang 19

8 The Intel® Xeon® Processor (2001- 2007) Intel® Xeon processors (with

exception for dual-core Intel® Xeon processor LV, Intel® Xeon processor

5100 series) are based on the Intel® NetBurst microarchitecture; The Intel® Pentium® M Processor (2003-2006) The Intel® Pentium M

processor family is a high performance, low power mobile processor family with microarchitectural enhancements over previous generations

of IA-32 Intel mobile processors

9 The Intel® Pentium® Processor Extreme Edition (2005) The Intel®

Pentium processor Extreme Edition introduced dual-core technology

10 The Intel® Core™Duo and Intel® Core™ Solo Processors (2006-2007) The

Intel® Core Duo processor offers power-efficient, dual-core

performance with a low-power design that extends battery life

11 The Intel® Xeon® Processor 5100, 5300 Series and Intel® Core™2

Processor family (2006) The Intel® Xeon processor 3000, 3200, 5100,

5300, and 7300 series, Intel Pentium Dual-Core, Intel® Core 2 Extreme, Intel® Core 2 Quad processors, and Intel® Core 2 Duo processor family support Intel 64 Architecture

Trang 20

12 The Intel® Xeon® Processor 5200, 5400, 7400 Series and Intel® Core™ 2

Processor Family (2007) The Intel® Xeon processor 5200, 5400, and

7400 series, Intel® Core 2 Quad processor Q9000 Series, Intel® Core 2 Duo processor E8000 series support Intel® 64 architecture;

13 The Intel® Atom™ Processor Family (2008) The first generation of

Intel®Atom TM processors are built on 45 nm process technology They are based on a new Microarchitecture, Intel® Atom TM microarchitecture, which is optimized for ultra low power devices The Intel®Atom TM

microarchitecture features two in-order execution pipelines that

minimize power consumption, increase battery life, and enable small form factors

ultra-14 The Intel® Atom™ Processor Family Based on Silvermont

Microarchitecture (2013) Intel Atom Processor C2xxx, E3xxx, S1xxx

series are based on the Silvermont microarchitecture

15 The Intel® Core™ i7 Processor Family (2008).The Intel Core i7 processor

900 series support Intel 64 architecture; they are based on Intel®

microarchitecture code name Nehalem using 45 nm process technology

Trang 21

31/07/2013 Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture 21

Biểu diễn thông tin trong máy tính

và Các hệ đếm

 Bản chất vật lý của thông tin được biểu diễn trong các hệ thống xử lý số thông tin, dữ liệu

 Biểu diễn các giá trị “0” và “1” của hệ đếm nhị phân

 Biểu diến các giá trị logic “false” và “true”

 Các chuấn biểu diễn theo công nghệ vi mạch

 Chuyển đổi mức tín hiệu biểu diễn thông tin trong các vi mạch với công nghệ chế tạo khác nhau

 Các loại mã thông tin:

• Thông tin không số

• Thông tin dữ liệu số

• Các thông tin mã hoá các chức năng quản lý, điều

khiển

Trang 22

22

Trang 23

23

Biểu diễn dữ liệu số trong máy tính

 Biểu diễn dữ liệu là số nguyên có dấu: Giả sử dùng 2 bytes (16

bits) để biểu diễn một số nguyên có dấu, bit cao nhất (MSB – Most SigniFicant Bit) được dùng để đánh dấu Số dương có bit dấu S = “0”, số âm có bit dấu S = “1”

D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

S x x x x x x x x x x x x x x x

 Dấu phẩy động được dùng rất phổ biến, giá trị thực được thể hiện nhờ việc thêm vào lũy thừa của cơ số đếm Một dữ liệu số theo hệ đếm nhị phân được biểu diễn theo dạng chuẩn tắc như sau:

Trang 24

24

Chuẩn IEEE 754 được dùng rộng rãi trong khoa học máy tính hiện

nay Trong cách biểu diễn này, phần định trị có dạng 1.F với số 1 được ẩn

Trang 25

25

Tham số theo

IEEE 754

Chính xác đơn

Mở rộng chính xác đơn

Chính xác

kép

Mở rộng chính xác

Trang 26

26

các thông tin không số

Có hai loại mã phổ cập nhất được sử dụng là mã ASCII và EBCDIC

 Mã ASCII (American Standard Code For InFormation

Interchange) dùng 7 bits để mã hoá các ký tự

 Mã EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange

Code) dùng cả 8 bits (1 Byte) để mã hoá thông tin

 Loại mã được dùng trong ngành bưu điện, trong các máy teletype

là mã BAUDOT, chỉ sử dụng 5 bits để mã hoá thông tin

Trang 27

31/07/2013

Trang 28

28

Trang 29

31/07/2013

Trang 30

31/07/2013

Trang 31

31/07/2013

II Bộ xử lý trung tâm và tập lệnh

Trang 32

Trang 33

Trang 34

34

Trang 35

Kết nối các thành phần chức năng máy tính qua

hệ thống BUS

31/07/2013

Trang 36

31/07/2013

Trang 37

Trang 38

Trang 39

Trang 40

31/07/2013

40

Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Thanh ghi trong CPU

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Đơn vị điều khiển (CU) và phương thức hoạt

động

Trang 45

Trang 46

Trang 47

Trang 48

Trang 49

Tổ chức và hệ thống thanh ghi trong CPU

Trang 50

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Trang 54

Trang 55

Trang 56

06/10/2014 Nguyễn Trung Đồng

Thiết kế Hệ Vi xử lý 56

Trang 57

Trang 58

Trang 59

Trang 60

31/07/2013

Trang 61

31/07/2013

Trang 62

Mã lệnh

Kiến trúc & Tổ chức Tập lệnh (Instruction Set)31/07/2013

62

Nguyễn Trung Đồng Computer Architecture

Lệnh (Instruction) là một từ nhị phân (binary word) mã hóa một nhiệm vụ cụ thể mà CPU phải thực thi Các lệnh được lưu trong

bộ nhớ và lần lượt được CPU đọc, giải mã và thực hiện Tập lệnh gồm nhiều lệnh được chia thành một số nhóm theo chức năng: nhóm các lệnh chuyển dữ liệu (data movement), nhóm các lệnh tính toán (computational), nhóm các lệnh điều kiện và rẽ nhánh (conditonal and branching) và một số lệnh chức năng khác Dạng thức lệnh thông thường :

Mã lệnh Địa chỉ toán hạng

Mã lệnh Địa chỉ toán hạng đích Địa chỉ toán hạng nguồn

Toàn bộ chiều dài (thường tính theo đơn vị Byte) của lệnh tạo nên độ dài từ

cho dưới các cách địa chỉ hóa khác nhau (phương thức định vị toán hạng)

Trang 63

Trang 64

Trang 65

Trang 66

Certain encodings of the ModR/M byte require a second addressing byte (the SIB byte)

Many instructions that refer to an operand in memory have an

addressing-form specifier byte (called the ModR/M

byte)

Trang 67

REX prefixes are instruction-prefix bytes used in 64-bit mode They do the following:

• Specify GPRs and SSE registers

• Specify 64-bit operand size

• Specify extended control registers

Trang 68

Trang 69

Trang 70

Trang 71

Trang 72

Trang 73

Trang 74

Trang 75

Dạng thức lệnh :

a) opcode addr1, addr2, addr3

Mỗi địa chỉ addr1, addr2, addr3 tham chiếu đến một ô nhớ hoặc một thanh ghi

b) opcode addr1, addr2

Mỗi địa chỉ addr1, addr2 tham chiếu đến một ô nhớ hoặc một thanh ghi

c) opcode addr2

Địa chỉ addr2 tham chiếu đến một ô nhớ hoặc một thanh ghi Thanh ghi tích luỹ Acc được sử dụng với vai trò như addr1 trong toán hạng dạng 2 địa chỉ

d) opcode addr1, addr2

Một địa chỉ tham chiếu đến một ô nhớ và địa chỉ còn lại tham chiếu đến một thanh ghi

e) Toán hạng dạng 0 địa chỉ thường được sử dụng trong

các lệnh thao tác với ngăn xếp: PUSH và POP

Trang 76

76

Các phương thức định vị toán hạng (Mode địa chỉ) Toán hạng dạng 0 địa chỉ

Mode địa chỉ trực tiếp

1 Định vị thanh ghi (register addressing): Toán hạng được

truy xuất là nội dung thanh ghi của CPU

2 Định vị tức thời (immediate addressing): Toán hạng tức

thời là dữ liệu 8 hay 16 bits nằm ngay trong lệnh, có thể dùng làm toán hạng nguồn hay hằng số

Mode định vị gián tiếp

1 Định vị trực tiếp (direct addressing): Toán hạng chứa

địa chỉ là một số nằm ngay trong lệnh

2 Định vị gián tiếp thanh ghi (register indirect): địa chỉ

hiệu dụng EA là nội dung của một trong các thanh ghi

BX, BP, SI hoặc DI

Định dạng
Số trang	352
Dung lượng	10,37 MB

Slide kiến trúc máy tính và hệ đièu hành

Quản lý bộ nhớ theo phân đoạn

Khi có ngắt. Ngắt là kết quả của các