Kiến trúc máy tính

Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông• Giảm thể tích, khối lượng • Giảm công suất, năng lượng – Sử dụng mạch in, bộ nhớ bằng xuyến từ • Xuất hiện ngôn ngữ bậc

Trang 1

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

Chương I: Tổng quan hệ thống máy tính

Giảng viên: TS Nguyễn Quý Sỹ

Trang 2

Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1 Lịch sử phát triển các hệ thống máy tính (computing

system)

2 Các thế hệ máy tính điện tử số

3 Kiến trúc máy tính thông dụng

Nội dung

Trang 3

• Dữ liệu và Thông tin? (Data vs Information)

• Máy tính là gì?

• Máy tính điện tử là gì?

• Thuật ngữ “Máy tính” ngày nay

• Hệ thống nhúng là gì?

Trang 4

• Đơn vị thông tin

Trang 5

• Bàn tính (3000 năm trước công nguyên)

Trang 6

• Máy cộng (1642)

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG

THÔNG TIN

Trang 7

• Thẻ đục lỗ (1801)

Trang 8

• Máy chữ (William Austin, 1892)

THÔNG TIN

Trang 9

• Máy trừ (Babbage, 1833)

Trang 10

• Ada Lovelace, lập trình viên máy tính đầu tiên (1843)

THÔNG TIN

Trang 11

• Samuel Morse, điện tín-1844

Trang 12

• Alexander Graham Bell, điện thoại: 1876

THÔNG TIN

Trang 13

• Marconi, tín hiệu vô tuyến: 1895

Trang 14

• Herbert Hoover, vô tuyến: 1927

THÔNG TIN

Trang 15

• Hệ thống thông tin dựa trên máy tính (CBIS)

Trang 16

Trang 17

– Lập trình bằng tay đấu nối các đầu cắm và ngắt điện

• Von Neumann tiếp tục phát triển ENIAC thành máy tính

Trang 18

Trang 19

Bộ nhớ chính

Arithmetic and Logic Unit

Thiết bị

vào/ra

MBR Arithmetic & Logic Circuits

Trang 20

• Giảm thể tích, khối lượng

• Giảm công suất, năng lượng – Sử dụng mạch in, bộ nhớ bằng xuyến từ

• Xuất hiện ngôn ngữ bậc cao:

Trang 21

• Phát triển công nghệ điện tử

– Mạch tích hợp: MSI, LSI

– Mạch in nhiều lớp

– Bộ nhớ bán dẫn thay thế bộ nhớ xuyến từ

• Máy tính đa chương trình

• Không gian địa chỉ lớn

• Hệ điều hành phân chia thời gian

• Mạng máy tính đầu tiên (ARPANet-1969)

Trang 22

• Mạng ARPANet

THẾ HỆ MÁY TÍNH III (1965-1971)

Trang 23

• Công nghệ điện tử

– Công nghệ mạch tích hợp mật độ cao (LSI) và VLSI

– Bộ vi xử lý chứa cả phần thực hiện và chương trình điều khiển

Trang 24

• Các chip vi xử lý (Intel 4004) và đĩa từ: 1970

THẾ HỆ MÁY TÍNH IV (1972- )

Trang 25

• Siêu máy tính đầu tiên (Cray-1)-1976, với 150 triệu phép

tính dấu phẩy động/giây

Trang 26

• Các bộ xử lý (tính toán trên máy tính)

Trang 27

• Các thế hệ chip vi xử lý Intel

Trang 28

• Máy tính thông minh

• Trí tuệ nhân tạo

• Giao diện thông minh

• Thế hệ các máy tính xử lý song song

• Sản phẩm điển hình ASIMO (1986-2004)

THẾ HỆ MÁY TÍNH V-Khuynh hướng hiện nay

Trang 30

• Là hoạt động về chức năng của các khối phần cứng riêng rẽ

trong một hệ thống máy tính, luồng thông tin và điều khiển giữa chúng

Công nghệ

Giao diện ngôn ngữ lập trình

Thiết kế giao diện

(ISA)

Đo và đánh giá

Cơ chế song song

Computer Architecture

Tổ chức phần cứng

Trang 31

• Kiến trúc máy tính là khoa học và nghệ thuật lựa chọn và kết

nối các thành phần phần cứng để tạo ra một máy tính thoả mãn được các mục tiêu chức năng, hoạt động và giá cả.

• Kiến trúc máy tính là sự thiết kế mang tính khái niệm và cấu

trúc hoạt động cơ bản của một hệ thống máy tính, là một bản thiết kế mô tả chi tiết và mô tả chức năng các yêu cầu và thực hiện thiết kế các phần khác nhau của một máy tính-tức là tập trung phần lớn vào cách mà CPU thực hiện nội bộ và truy cập các địa chỉ trong bộ nhớ

Trang 32

• Kiến trúc máy tính gồm:

– Kiến trúc tập lệnh là hình ảnh trừu tượng của một hệ thống tính toán được nhìn từ góc độ của một lập trình viên sử dụng ngôn ngữ máy (hay hợp ngữ), bao gồm tập lệnh, cách đánh địa chỉ bộ nhớ, các thanh ghi, và các định dạng địa chỉ và dữ liệu

– Vi kiến trúc (Tổ chức máy tính) là một mô tả bậc thấp, cụ thể hơn về hệ thống, các bộ phận cấu thành của hệ thống được kết nối với nhau như thế nào

và chúng hoạt động tương hỗ như thể nào để thực hiện kiến trúc tập lệnh.

– Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất cả các thành phần phần cứng

khác bên trong một hệ thống tính toán chẳng hạn:

• các đường kết nối hệ thống như bus (máy tính)

• các bộ điều khiển bộ nhớ

• các cơ chế CPU off-load như Direct memory access (truy nhập bộ nhớ trực tiếp)

• các kỹ thuật đa xử lý , xử lý đường ống

Trang 33

• 6 mức của máy tính

Trang 34

• Ngôn ngữ bậc cao

– Mức 5

– Các ngôn ngữ định hướng ứng dụng

– C++, Java, Pascal, Visual Basic

– Các chương trình biên dịch thành ngôn ngữ hợp ngữ (Mức 4)

• Ngôn ngữ hợp ngữ

– Mức 4

– Các thuật nhớ lệnh có tương ứng 1-1 với ngôn ngữ máy

– Gọi các hàm viết ở mức hệ điều hành (Mức 3)

– Các chương trình được dịch thành ngôn ngữ máy (mức 2)

2 KHÁI NIỆM KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (t)

Trang 35

– Cũng được biết như là ngôn ngữ máy

– Được thực hiện bằng mức vi kiến trúc phần cứng (Mức 1)

Trang 36

Trang 37

• Đối tượng và

phạm vi của

kiến trúc máy

tính

Trang 38

– Giới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu

vô hướng, máy tính có lệnh thật dài, máy tính véc-tơ, xử lý song song và kiến trúc IA-64

– Giới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính – Giới thiệu một số thiết bị lưu trữ ngoài như: đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng

từ Hệ thống kết nối cơ bản các bộ phận bên trong máy tính Cách giao tiếp giữa các ngoại vi và bộ xử lý

– Phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài

2 KHÁI NIỆM KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (t)

Trang 39

– Bộ nhớ chính

– Thiết bị vào và ra

Trang 40

3 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH THÔNG DỤNG

• Kiến trúc máy tính Von Neumann

– Chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ cùng với dữ liệu

– Các chương trình và dữ liệu không thể phân biệt được

– Sử dụng 1 bộ xử lý duy nhất, xử lý tuần tự fetch-decode-execute

– Thực hiện các lệnh tuần tự

– Bộ xử lý phải sử dụng một số thanh ghi đặc biệt

Trang 42

• Bên trong máy tính (khối trung tâm)

4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY TÍNH

Trang 43

• Bên trong máy tính (khối trung tâm)-Mainboard

Trang 44

• Cấp nguồn và bảo vệ

4 CẤU TRÚC HỆ THỐNG MÁY TÍNH

Trang 45

• Phần mềm

– Phần mềm hệ thống

• Hệ điều hành là một chương trình chạy trên máy tính, dùng để điều hành, quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm trên máy tính.

• Hệ điều hành đóng vai trò trung gian trong việc giao tiếp giữa người sử dụng và phần cứng máy tính, cung cấp một môi trường cho phép người sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng.

Trang 46

Kết thúc chương I

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	14,12 MB