TỔNG QUAN về cấu TRÚC máy TÍNH (tổ CHỨC và KIẾN TRÚC máy TÍNH)

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược và các ngành khác hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn tổ chức và kiến trúc máy tính ppt dành cho sinh viên chuyên ngành công nghệ - kỹ thuật và các ngành khác. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn tổ chức và kiến trúc máy tính bậc cao đẳng đại học chuyên ngành công nghệ - kỹ thuật và các ngành khác

 Ví dụ , bộ Hướng dẫn , số lượng bit được

sử dụng cho dữ liệu đại diện , cơ chế I/O , các kỹ thuật giải quyết

 Một vấn đề thiết kế kiến trúc cho một máy tính sẽ có một hướng dẫn

ra các chi tiết kỹ thuật kiến trúc hoặc làm thế nào tính năng này được thực hiện.

 Ví dụ thuộc tính tổ chức bao gồm

 Các chi tiết về những phần cứng rõ ràng đối với các lập trình viên , chẳng hạn như tín hiệu điều khiển ; giao diện giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ; và công nghệ bộ nhớ sử dụng

1.1 Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

 Trong lịch sử , cho đến hôm nay , sự phân biệt giữa kiến trúc và tổ chức đã được một điều quan trọng

 Nhiều nhà sản xuất máy tính cung cấp một gia đình của các mô hình máy tính, tất cả đều có kiến trúc tương tự nhưng với sự khác biệt trong tổ chức

 Do đó , các mô hình khác nhau trong gia đình có đặc điểm giá cả và hiệu suất khác nhau

1.1 Kiến trúc máy tính và tổ chức máy tính

 Một kiến trúc đặc biệt có thể kéo dài nhiều năm và bao gồm một số mô hình máy tính khác nhau , tổ chức của nó thay đổi với sự thay đổi công nghệ.

 kiến trúc IBM System / 370 Kiến trúc này lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1970 và bao gồm một số mô hình

mới với công nghệ cải tiến để thay thế mô hình cũ , cung cấp tốc độ lớn hơn , chi phí thấp hơn , hoặc cả hai.Những mô hình mới hơn giữ lại kiến trúc giống nhau

 Tất cả các gia đình Intel x86 chia sẻ các kiến trúc cơ bản giống nhau

lý dữ liệu

 Quan trọng không kém , máy tính thực hiện một chức năng lưu trữ dữ liệu lâu dài File

dữ liệu được lưu trữ trên máy tính để thu hồi tiếp theo và cập nhật.

 Khi nhận được dữ liệu hoặc giao cho một thiết bị được kết nối trực tiếp với máy tính , quá trình này được gọi là đầu vào - đầu ra ( I / O ) , và các thiết bị được gọi là một thiết bị ngoại vi

 Khi dữ liệu được di chuyển trên một khoảng cách dài hơn, hoặc từ một thiết bị từ xa , quá trình này được gọi là truyền thông dữ liệu.

 Trong máy tính, một đơn vị kiểm soát quản

lý các nguồn tài nguyên của máy tính và tổ chức hợp hiệu suất của các bộ phận chức năng của mình để đáp ứng với những

hướng dẫn.

hình 1.2 Máy tính

 Cấu trúc bên trong của máy tính riêng của

nó , được thể hiện trong hình 1.3 bốn thành phần cấu trúc chính

 đơn vị xử lý trung tâm (CPU ) : Điều khiển hoạt động của máy tính và thực hiện các chức năng

xử lý dữ liệu của nó ; thường được gọi đơn giản như bộ xử lý

 Bộ nhớ chính : Lưu trữ dữ liệu

 I / O : Di chuyển dữ liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài của nó

truyền thông giữa CPU , bộ nhớ chính , và I / O Một ví dụ phổ biến của hệ thống kết nối là bằng phương tiện của một hệ thống Bus, bao gồm một

số tiến dây mà tất cả các thành phần khác đính kèm

 Có thể có một hoặc nhiều từng thành phần nói trên Theo truyền thống , chỉ có một

bộ xử lý duy nhất Trong những năm gần đây , đã có gia tăng sử dụng nhiều bộ xử

lý trong một máy tính duy nhất.

 Control unit : Điều khiển các hoạt động của CPU

 Số học và logic đơn vị ( ALU ) : Thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu của máy tính

 Registers : Cung cấp lưu trữ nội bộ của CPU

 CPU interconnection(CPU kết nối): Một số cơ chế cung cấp cho truyền thông giữa các thiết bị điều khiển , ALU , và Registers

 Dự án này là một phản ứng với nhu cầu của Hoa Kỳ trong Thế chiến II

 John Mauchly và John Eckert

 Bắt đầu năm 1943 và hoàn thành năm 1946 Quá muộn cho nỗ lực chiến tranh

 Được sử dụng cho đến năm 1955

 von Neumann / Turing

 chương trình làm thay đổi cho ENIAC là vô cùng tẻ nhạt

 Một máy tính có thể nhận được hướng dẫn của nó bằng cách đọc chúng từ bộ nhớ và một chương trình

có thể được thiết lập hoặc thay đổi bằng cách thiết lập các giá trị của một phần bộ nhớ

 Ý tưởng này , được biết đến như là khái niệm lưu trữ chương trình

 Ấn phẩm đầu tiên của ý tưởng là trong một đề nghị năm 1945, von Neumann cho một máy tính mới, EDVAC (Electronic Discrete máy tính biến )

 Alan Turing phát triển các ý tưởng tại cùng một thời điểm

 Các máy tính IAS , mặc dù không hoàn thành cho đến năm 1952, nhưng là nguyên mẫu của tất cả các máy tính mục đích chung sau này.

 Nó bao gồm

 Một bộ nhớ chính , trong đó lưu trữ dữ liệu và hướng dẫn.

 Một số học và logic đơn vị ( ALU ) có khả năng hoạt động trên dữ liệu nhị phân

 Một đơn vị kiểm soát, trong đó dịch các lệnh trong bộ nhớ

và làm cho chúng được thực thi.

 Đầu vào và đầu ra ( I / O ) thiết bị điều hành bởi các đơn vị kiểm soát

hình 2.1 Cấu trúc của máy tính IAS

• Với trường hợp ngoại lệ hiếm hoi , tất cả các máy tính ngày nay có cấu trúc này chung giống nhau và chức năng và do đó được gọi là máy von Neumann

 Mỗi số được đại diện bởi một bit dấu và một giá trị 39 -bit

 Một chữ cũng có thể chứa hai hướng dẫn 20 -bit , với mỗi chỉ dẫn bao gồm một mã hoạt động 8 - bit ( opcode ) xác định các hoạt động được thực hiện

và một địa chỉ(address) 12 -bit chỉ định một trong các từ trong bộ nhớ ( số 0-999 )

 Bộ nhớ đệm đăng ký ( MBR ) : Chứa một từ được lưu trữ trong bộ nhớ hoặc gửi đến các đơn vị I / O , hoặc được sử dụng để nhận được một lời từ bộ nhớ hoặc từ các đơn vị I / O

 địa chỉ bộ nhớ đăng ký ( MAR ) : Chỉ định địa chỉ trong bộ nhớ của từ được viết từ hoặc đọc vào MBR

 Hướng dẫn chỉ thị ( IR ) : Chứa các lệnh mã máy 8 -bit được thực thi.

 Accumulator ( AC ) và multiplier quotient( MQ ) :

có việc làm để giữ tạm thời các toán hạng và kết quả hoạt động ALU Ví dụ, kết quả của phép nhân hai số 40 - bit là một số 80 - bit; quan trọng nhất 40 bit được lưu trữ trong các AC và đáng kể nhất là trong MQ.

 Máy tính thương mại

 Những năm 1950 chứng kiến sự ra đời của ngành công nghiệp máy tính với hai công ty, Sperry và IBM, thống trị thị trường.

 Năm 1947, Eckert và Mauchly thành lập-Mauchly Eckert Computer Corporation để sản xuất máy tính thương mại.

 máy thành công đầu tiên của họ là UNIVAC I (Universal Automatic Computer), được ủy quyền bởi Cục điều tra dân

số cho năm 1950 tính toán.

 Tổng công ty máy tính Eckert-Mauchly đã trở thành một phầnbộ phận của UNIVAC của Sperry-Rand Corporation,

mà đã đi vào để xây dựng một loạt máy kế nhiệm.

 IBM, nhà sản xuất lớn của thiết bị chế biến đục

lỗ thẻ, chuyển giao điện tử máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên của nó, là 701, năm 1953

 701 được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng khoa học

 Năm 1955, IBM giới thiệu các sản phẩm đồng hành 702, trong đó có một số tính năng phần cứng phù hợp cho các ứng dụng kinh doanh

 Đây là những người đầu tiên của một chuỗi dài các 700/7000 máy tính thành lập IBM là nhà sản xuất máy tính thống trị áp đảo

 Sự thay đổi lớn đầu tiên trong máy tính điện

tử đến với sự thay thế của ống chân không bằng các bóng bán dẫn.

 Các bóng bán dẫn nhỏ hơn, rẻ hơn, và mất

đi ít nhiệt hơn so với một ống chân không, nhưng có thể được sử dụng trong cùng một cách như là một ống chân không để xây dựng máy tính.

 Không giống như các ống chân không, mà đòi hỏi phải có dây, tấm kim loại, một viên thủy tinh, và một chân không, các bóng bán dẫn là một thiết bị trạng thái rắn, được làm

từ silicon.

1950,Tuy nhiên, các máy tính bán dẫn hoàn toàn là thương mại có sẵn.

để phân loại các máy tính thành các thế hệ dựa trên các công nghệ phần cứng cơ bản

hình 2.4 Các thế hệ máy tính

 Nhưng có những thay đổi khác.

 Thế hệ thứ hai xuất hiện loại phức tạp hơn đơn

vị số học và logic và đơn vị kiểm soát

 Việc sử dụng các ngôn ngữ lập trình cao cấp,

và cung cấp các phần mềm hệ thống với máy tính

 Máy tính này và công ty này đã bắt đầu hiện tượng máy tính mini sẽ trở nên nổi bật trong thế hệ thứ ba.

tụ điện, và như vậy.

 thành phần riêng biệt được sản xuất riêng biệt, được đóng gói trong các thùng chứa riêng của

họ, và được hàn hoặc nối với nhau trên bảng mạch, mà sau đó đã được cài đặt trong máy tính, dao động, và các thiết bị điện tử khác

 Năm 1958 đến những thành tích mà cuộc cách mạng điện tử và bắt đầu kỷ nguyên của

vi điện tử: phát minh ra mạch tích hợp.

 Nó là mạch tích hợp định nghĩa thế hệ thứ ba của máy tính.

 Nó chỉ đơn thuần là một phần mở rộng của nghệ thuật trạng thái rắn để chế tạo toàn bộ một mạch trong một mảnh nhỏ của silicon hơn là lắp ráp các thành phần rời rạc làm từ miếng silicon riêng biệt vào cùng một mạch.

 Nhiều bóng bán dẫn có thể được sản xuất tại cùng một lúc trên một tấm wafer silicon đơn Quan trọng không kém, các transistor có thể được kết nối với một quá trình bằng kim để tạo thành mạch

 Với sự ra đời của hội nhập quy mô lớn (LSI), hơn

1000 thành phần có thể được đặt trên một con chip mạch tích hợp duy nhất tích hợp rất quy mô lớn (VLSI) đạt hơn 10.000 thành phần trên mỗi chip, trong khi nhập siêu quy mô lớn hiện nay (ULSI) chip có thể chứa nhiều hơn một triệu linh kiện

 Trong những năm 1950 và 1960, hầu hết các bộ nhớ máy tính được xây dựng từ những vân nhỏ của vật liệu sắt từ

 như là một nam châm, một vòng (gọi là lõi) đại diện cho một; nói theo cách khác, nó đứng cho một số không.

 bộ nhớ từ lõi khá nhanh; chỉ mất ít nhất là một phần triệu của một giây để đọc một bit được lưu trữ trong bộ nhớ.

Sau đó, vào năm 1970, Fairchild sản xuất các bộ nhớ bán dẫn tương đối dung lượng đầu tiên

 Chip này, về kích thước của một lõi duy nhất, có thể giữ 256 bit của bộ nhớ.

 nhanh hơn nhiều so với lõi, mất chỉ có 70 phần triệu của một giây để đọc một bit.

 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, 4G, và, như các văn bản này, các bit 16G trên một chip duy nhất

 Mỗi thế hệ đã cung cấp gấp bốn lần mật độ lưu trữ của thế hệ trước, kèm theo giảm chi phí cho mỗi bit và giảm thời gian truy cập

 Cũng như mật độ của các yếu tố trên chip nhớ

đã tiếp tục tăng lên, do đó, có mật độ các yếu tố trên chip vi xử lý

 Thời gian trôi qua, ngày càng có nhiều yếu tố được đặt trên mỗi chip, do đó ít hơn và ít hơn chip là cần thiết để xây dựng một bộ vi xử lý máy tính duy nhất

 Một bước đột phá đã đạt được trong năm 1971, khi Intel phát triển 4004 của mình

 4004 là chip đầu tiên để chứa tất cả các thành phần của một CPU trên một chip duy nhất: Các

bộ vi xử lý được sinh ra

2.2Thiết kế cho hiệu suất (Tham khảo)

 Bộ vi xử lý tăng tốc

 Memory tăng công suất

 bộ nhớ tốc độ chậm lại phía sau tốc độ xử lý

2.2Thiết kế cho hiệu suất (Tham khảo)

hình 2.7 Logic and Memory Performance Gap