chuong01_modau1

Microsoft PowerPoint chuong01 MoDau ppt 1 KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU Nội dung của chương 1  1 1 Lịch sử phát triển máy tính  1 2 Ngôn ngữ, cấp máy và máy ảo  1 3 Các máy tính nhiều cấp hiện[.]

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử phát triển máy tính vi xử lý  1.1.1 Lịch sử phát triển máy tính  1.1.1.1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (…-1642)  1.1.1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (1642-1945)  1.1.1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử-Vacuum tubes (19451955)  1.1.1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc-Discrete transistors (1955-1973)  1.1.1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp-Integrated circuits (1974-1979)  1.1.1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn-VLSI (1980-?) 1.1.1.1 Thế hệ -1 thời xa xưa  Thế kỷ 12: Muhammad ibn Musa Al'Khowarizmi đưa Nội dung chương  1.1 Lịch sử phát triển máy tính  1.2 Ngơn ngữ, cấp máy máy ảo  1.3 Các máy tính nhiều cấp đại  1.4 Phần cứng, phần mềm máy tính nhiều cấp  1.5 Q trình phát triển vi xử lí 1.1.1.1 Thế hệ -1 thời xa xưa  Bàn tính, abaci, sử dụng để tính tốn Khái niệm giá trị theo vị trí sử dụng 1.1.1.1 Thế hệ -1 thời xa xưa  Codex Madrid - Leonardo Da Vinci (1500)  Hình vẽ máy tính khí khái niệm giải thuật algorithm  Một danh sách dẫn mơ tả cách xác bước trình mà đảm bảo trình phải kết thúc sau số bước định với câu trả lời cho trường hợp cụ thể vấn đề cần giải 1.1.1.2 Thế hệ Mechanical (1942-1945)  Blaise Pascal, trai người thu thuế, chế tạo máy cộng có nhớ vào năm 1642 1.1.1.2 Thế hệ Mechanical (1942-1945)  Babbage thiết kế máy vi phân Difference Engine để thay tồn bảng tính: máy thực ứng dụng cụ thể (application specific hard-coded machine) 1.1.1.2 Thế hệ Mechanical (1942-1945) 1.1.1.2 Thế hệ Mechanical (1942-1945)  Ada Augusta King, trở thành lập trình viên vào năm 1842 viết chương trình cho Analytical Engine, thiết bị thứ Babbage  Herman Hollerith, ngừời Mỹ, thiết kế máy tính để xử lý liệu dân số Mỹ 1890  Ông thành lập công ty, Hollerith Tabulating Company, sau Calculating-Tabulating-Recording (C-T-R) company vào năm 1914 sau đổi tên IBM vào năm 1924 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955) 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Năm 1943, John Mauchly J Presper Eckert bắt đầu nghiên cứu ENIAC  18000 đèn điện tử, 1500 rơ le, 30 tấn, 140 kW, 20 ghi 10 chữ số thập phân, 100 nghìn phép tính/ giây  “Trong tương lai máy tính nặng tối đa 1.5 tấn” (Popular Mechanics, 1949) 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955) 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Năm 1946, John von Neumann phát minh máy tính có chương trình lưu nhớ  Máy tính ơng gồm có đơn vị điều khiển, đơn vị xử lý số học logic (ALU), nhớ chương trình liệu sử dụng số nhị phân thay số thập phân  Máy tính ngày có cấu trúc von Neumann  ơng đặt móng cho tượng “von Neumann bottleneck”, khơng tương thích tốc độ nhớ với đơn vị xử lý  Lập trình thơng qua 6000 cơng tắc nhiều nấc nặng hàng 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Năm 1948, máy tính có chương trình lưu trữ nhớ vận hành trường đại học Manchester: Manchester Mark I 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Một magnetic core lưu trữ 256 bits 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Năm 1951, máy tính Whirlwind lần sử dụng nhớ lõi từ (magnetic core memories) Gần nguyên lý sử dụng lại để chế tạo MRAM dạng tích hợp 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  John von Neumann năm 1952 với máy tính ơng 1.1.1.3 Thế hệ đèn điện tử (1945 – 1955)  Năm 1954, John Backus, IBM phát minh FORTRAN 1.1.1.4 Thế hệ Transistor rời rạc (1955-1973)  Năm 1955, IBM cơng bố IBM704, máy tính mainframe sử dụng tranzistor  Đây máy tính với phép tốn dấu phấy động (5 kFlops, clock: 300 kHz 1.1.1.4 Thế hệ Transistor rời rạc (1955-1973)  Năm 1947, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brattain phát minh transistor 1.1.1.5 Thế hệ mạch tích hợp (74-79)  Sử dụng vi mạch tổ hợp IC (Integrated circuit), mạch bán dẫn thiết lập cách cấy transistor lên chất silic nối kết transistor không dây 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?) 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?)  VLSI - Very-large-scale integration  Năm 1981, IBM bắt đầu với IBM "PC" sử dụng hệ điều hành DOS  Năm 1984, Xerox PARC (Palo Alto Research Center) đưa máy tính để bàn Alto với giao diện người máy hoàn toàn mới: windows, biểu tượng, mouse Con chuột 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?)  Năm 1986, siêu máy tính Cray-XMP với xử lý đạt tốc độ tính tốn 840 MFlops Nó làm mát nước 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?)  Tốc độ tính tốn đạt với máy tính cá nhân vi xử lý, Pentium III, vào quý năm 2000 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?) 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?) 1.1.1.6 Thế hệ VLSI (1980 - ?) 1.2 Ngôn ngữ, cấp máy máy ảo  Khái niệm Máy tính số (Digital computer)  Giải vấn đề cách thực thị người cung cấp  Chuỗi thị gọi chương trình (program)  Tập hợp thị gọi tập lệnh  Tất chương trình muốn thực thi phải biến đổi sang tập lệnh trước thi hành  Bao gồm lệnh sau: Cộng số So sánh với Di chuyển liệu 1.2 Ngôn ngữ, cấp máy máy ảo (tt) Tập lệnh máy tính tạo thành ngơn ngữ giúp người tác động lên máy tính ngơn ngữ gọi ngôn ngữ máy (machine language)  Tuy nhiên hầu hết ngôn ngữ máy đơn giản nên để thực yêu cầu người thiết kế phải thực yêu cầu phức tạp  Việc chuyển yêu cầu thành thị có tập lệnh máy tính  Phải thiết kế tập lệnh thích hợp cho người tập lệnh cài đặt sẵn máy tính (built – in) 1.2 Ngơn ngữ, cấp máy máy ảo (tt)  Việc xây dựng toàn chuỗi ngôn ngữ, ngôn ngữ tạo thích hợp ngơn ngữ trước tiếp tục nhận ngôn ngữ thích hợp  Sơ đồ máy ảo n cấp biễu diễn sau: 1.3 Máy nhiều cấp Cấp ngôn ngữ hướng vấn đề Cấp Cấp ngôn ngữ hợp dịch Cấp Cấp hệ điều hành Cấp Cấp máy qui ước Dịch (C.trình dịch) Dịch (hợp dịch) Cấp Cấp vi lập trình Cấp Cấp logic số  Ngôn ngữ máy (machine language) gọi ngôn ngữ cấp (L1)  Ngơn ngữ hình thành gọi ngơn ngữ cấp (L2)  Tuy nhiên thực tế ngôn ngữ L1, L2 không khác nhiều  khơng thực có hiệu tập lệnh hình thành hướng người nhiều máy tính  Ngơn ngữ L3  Từ ta viết chương trình L3 tồn máy tính sử dụng ngơn ngữ L3 (máy ảo L3)  dịch sang ngôn ngữ L2  thực thi chương trình dịch L2 1.2 Ngôn ngữ, cấp máy máy ảo (tt) Cấp n Máy ảo Mn dùng Ln Ln dịch thành ngôn ngữ máy thấp Cấp Máy ảo M3 dùng L3 L3 dịch thành ngôn ngữ máy L2 hay L1 Cấp Máy ảo M2 dùng L2 L2 dịch thành ngơn ngữ máy L1 Cấp Máy tính số M1 dùng L1 L1 thực thi trực tiếp mạch điện tử 1.3 Máy nhiều cấp  Về máy tính gồm có cấp Cấp 1.2 Ngôn ngữ, cấp máy máy ảo (tt) Dịch phần (Hệ điều hành) Thông dịch (Vi chương trình) Vi chương trình (Phần cứng)  Cấp 0: phần cứng máy tính, mạch điện tử cấp thực thi chương trình ngơn ngữ máy cấp  Các cổng logic  Các cổng xây dựng từ nhóm transistor  Cấp 1: Là ngôn ngữ máy thật sự, cấp có chương trình gọi vi chương trình (microprogram)  Nhiệm vụ microprogram thông dịch thị cấp  Di chuyển DL từ phần đến phần khác máy hay thực số kiểm tra đơn giản 1.3 Máy nhiều cấp 1.3 Máy nhiều cấp  Mỗi máy cấp có hay nhiều vi chương trình chạy chúng, vi chương trình xác định ngơn ngữ cấp  Các lệnh máy cấp thực thi cách thơng dịch vi chương trình mà khơng phải thực thi trực tiếp phần cứng  Cấp 3: Thường cấp hỗn hợp, hầu hết lệnh ngơn ngữ cấp máy có ngơn ngữ cấp đồng thời có thêm tập lệnh mới, tổ chức nhớ khác khả chạy hay nhiều chương trình song song  Các lệnh thêm vào thực thi chương trình thơng dịch chạy máy cấp (Hệ điều hành)  Nhiều lệnh cấp thực thi trực tiếp vi chương trình số lệnh khác thông dịch HĐH  Cấp hỗn hợp  Cấp dạng tượng trưng cho ngôn ngữ, cung cấp phương pháp viết chương trình cho cấp 1,2,3 dễ dàng  Các chương trình viết hợp ngữ dịch sang ngơn ngữ cấp 1,2,3 sau thơng dịch máy ảo hay thực tương ứng  Cấp ngôn ngữ thiết kế cho người lập trình nhằm giải vấn đề cụ thể  Ngôn ngữ cấp cao basic, C, Cobol, Pascal, Prolog, C++, J++, dịch sang cấp 3,4 trình biên dịch (Complier) 1.4 Sự phát triển máy nhiều cấp 1.4 Sự phất triển máy nhiều cấp  Trong thập niên 40 máy tính có cấp: Cấp máy qui ước va cấp logic số  Các lập trình viên phải làm việc cấp máy qui ước chương trình thực thi cấp logic số  Thập niên 50 Wikes đề xuất thiết kế máy tính cấp  Có trình thơng dịch cài đặt sẵn không thay đổi  Thực thi chương trình cấp máy qui ước  Do phần cứng thực thi vi chương trình với số lệnh giới hạn nên mạch điện tử đơn giản  Trình dịch hợp ngữ (Assembler) trình biên dịch cho ngơn ngữ cấp cao phát triển vào thời gian tạo điều kiện dễ dàng cho LTV  Vào thập niên 60 việc tự động hóa cơng việc điều hành bắt đầu thực  Một chương trình gọi HĐH (operating system) ln lưu trữ bên máy tính  LTV cung cấp thẻ chương trình, chúng đọc thực thi HĐH  Trong năm HĐH trở nên phức tạp, lệnh, tiện ích đặc trưng thêm vào cấp máy qui ước  xuất cấp mới, số lệnh giống cấp máy qui ước, số hoàn toàn khác lệnh nhập xuất 1.4 Sự phát triển máy nhiều cấp 1.5 Phần cứng phần mềm  Đầu thập niên 60 nghiên cứu đại học Darthmount, MIT phát triển hệ điều hành cho phép LTV tác động trực tiếp lên máy tính  Trong hệ thống thiết bị đầu cuối từ xa nối với máy tính trung tâm qua đường điện thoại  Được gọi hệ thống chia sẻ thời gian (time – sharing system)  Phần cứng: Các mạch điện tử với nhớ thành phần nhập/xuất tạo nên phần cứng máy tính  Mạch tích hợp  Các board mạch in  Cable, nguồn cung cấp  Bộ nhớ  Thiết bị đầu cuối  1.5 Phần cứng phần mềm  Phần mềm: Bao gồm giải thuật cách biểu diễn giải thuật gọi chương trình Nó tập hợp lệnh tạo thành chương trình khơng phải phương tiện vật lý lưu trữ chúng  Firmware: dạng trung gian phần mềm phần cứng (phần dẻo)  Là thành phần phần mềm đặt vào bên mạch điện tử trình sản xuất  Được dùng chương trình khơng thay đổi hay phải thay đổi chương trình điều khiển đặt RAM BIOS 1.6 Lịch sử phát triển vi xử lý  BXL 16 bit: 80186 hay gọi IAPX (1982)  Các phiên 80186 gồm 10 12 MHz  80286 (1982) sử dụng công nghệ 1.5m 134.000 transistor Bộ nhớ mở rộng 16MB Các phiên 286 gồm 6,8,10,12,5,16,20 25 MHz 1.6 Lịch sử phát triển vi xử lý  BXL bit: 4004 Intel (11-1971)  Speed 740KHz  Sản xuất công nghệ 10m  2.300 transistor  Bộ nhớ mở rộng đến 640 byte  BXL bit: 8088 (1972)  Speed 200KHz  Sản xuất công nghệ 10m  3.500 transistor  Bộ nhớ mở rộng đến 16KB 1.6 Lịch sử phát triển vi xử lý  BXL 32 bit vi kiến trúc Netburst (Netburst microarchitecture)  BXL 386  BXL 486  BXL Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro  BXL Pentium II  BXL Pentium III  BXL Pentium  BXL Celeron  BXL Pentium Extreme Edition 1.6 Lịch sử phát triển CPU  BXL 64 bit, vi kiến trúc Netburst (Pentium Prescott năm 2004)  Pentium D năm 2005  Pentium Extreme Edition năm 2005  BXL 64 bit, kiến trúc Core Intel Core Duo Core Extremme