Bài giảng cấu trúc máy tính chương 1 ths nguyễn thị phong dung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Bài giảng mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH Số tín chỉ: Tổng số tiết: 60 tiết (30 LT + 30 TH) GV: ThS Nguyễn Thị Phong Dung Email : ntpdung@ntt.edu.vn Mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH • Giới thiệu học phần • Số tín chỉ: • Tổng số tiết: 60 tiết • - 30 tiết lý thuyết • - 30 tiết thực hành ▪ Điểm cuối học phần = (Thực hành + Lý thuyết x 2)/3 • Thực hành: tổng hợp điểm trình học kiểm tra thực hành • Lý thuyết: gồm cột, thường kỳ (20%), kỳ (20%) cuối khóa (60%) -2- Mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH • Chuẩn đầu học phần: • Hiểu khái niệm phần cứng máy tính, nguyên lý xây dựng máy tính cách thức hoạt động hệ thống máy tính • Biết cách thức biểu diễn lưu trữ liệu máy tính • Lắp đặt máy vi tính thiết bị ngoại vi • Cấu hình thiết lập thơng số máy tính • Khắc phục cố thường gặp máy tính • Cài đặt hệ điều hành Windows, Linux • Cài đặt thành thạo phần mềm thơng dụng • Sao lưu, phục hồi liệu máy tính -3- Mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH Chương • Tổng quan máy tính Chương • Biểu diễn số học máy tính Chương • Hệ thống máy tính Chương • CPU (Central Processing Unit) Chương • Bộ nhớ máy tính (Memory) Chương • Thiết bị giao tiếp – Thiết bị ngoại vi Chương • Cài đặt máy tính Chương • Sao lưu phục hồi -4- Mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH • Tài liệu học tập • a Tài liệu bắt buộc: • [1] Tập giảng giảng viên để Website Khoa, Trường • b Tài liệu khơng bắt buộc: • [2] Andrew S Tanenbaum, Structured Computer Organization, 6th, 2013 • [3] William Stallings, Computer Organization and Architechture, 8th, 2010 • [4] David Tarnoff, Computer Organization and Design Fundamentals, 2005 • [5] Tống Văn On, Cấu trúc máy tính nâng cao, NXB Thống kê, 2001 • [6] http://vi.wikipedia.org • [7] http://www.intel.com TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Bài giảng mơn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH Số tín chỉ: Tổng số tiết: 60 tiết (30 LT + 30 TH) GV: ThS Nguyễn Thị Phong Dung Email ntpdung@ntt.edu.vn Môn học: CẤU TRÚC MÁY TÍNH Chương • Tổng quan máy tính Chương • Biểu diễn số học máy tính Chương • Hệ thống máy tính Chương • CPU (Central Processing Unit) Chương • Bộ nhớ máy tính (Memory) Chương • Thiết bị giao tiếp – Thiết bị ngoại vi Chương • Cài đặt máy tính Chương • Sao lưu phục hồi -2- Chương – Tổng quan máy tính 1.1 Các khái niệm chung máy tính • Kiến trúc máy tính • Cấu trúc máy tính • Tổ chức máy tính 1.2 Phân loại máy tính • Phân loại theo cơng dụng • Phân loại theo cấu trúc / kiến trúc 1.3 Lịch sử phát triển máy tính • Thời kỳ sơ khai • hệ phát triển máy tính -3- CÁC KHÁI NiỆM CHUNG VỀ MÁY TÍNH • Khái niệm máy tính: • Máy tính (computer) thiết bị có khả thao tác (lưu trữ, xử lý) liệu (thông tin) theo cách phức tạp lập trình • Việc tính tốn thực theo chương trình • Dữ liệu biểu diễn nhiều hình thức thơng tin như: số, ký tự, hình ảnh, âm thanh, … • Lưu ý: • Trước phát minh máy tính, thuật ngữ computer thường dùng để ám người chun làm nhiệm vụ tính tốn (human computer) -4- CÁC KHÁI NiỆM CHUNG VỀ MÁY TÍNH -5- PHÂN LOẠI MÁY TÍNH • Phân loại theo nguyên lý / cấu trúc chế tạo máy tính: • Máy tính lai (Hybrid Computer) • Đó loại máy tính kết hợp hai nguyên lý số tương tự, hệ thống có nửa số nửa tương tự • Trong q trình tính tốn, hai nửa truyền liệu cho thông qua chuyển đổi (convertor) GTE Analog Computer EA22 - 27 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thời kỳ sơ khai: • Năm 1942, nhà khoa học Pháp Blaise Pascal xây dựng máy thực cơng việc tính tốn Ðây thiết bị hồn tồn khí sử dụng bánh cung cấp lực cánh tay quay Nó thực phép tốn cộng trừ • 30 năm sau, nhà tốn học Ðức Baron Gottfried xây dựng máy khí làm phép nhân chia • Sau đó, giáo sư Charles Babbage thiết kế xây dựng máy sai phân (difference engine) Phương pháp sai phân hữu hạn sử dụng đa thức thực phép toán cộng trừ - 28 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thời kỳ sơ khai: • Minh họa: Máy tính khí - 29 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Sự phát triển máy tính chia hệ: • Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân khơng (Vacuum Tube) 1946-1955 • Thế hệ 2: Máy tính dùng Transistor (1955-1965) • Thế hệ 3: Máy tính dùng mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) 1966 – 1980 • Thế hệ 4: Máy tính dùng vi mạch tích hợp cực lớn VLSI (Very Large Scale Integrated ) từ năm 1980 đến - 30 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân khơng (Vacuum Tube) 1946-1955 • Năm 1943, máy tính số điện tử giới bắt đầu hoạt động, máy Colossus Alan Turing thiết kế nhằm thực giải mã thơng diệp mã hóa chiến tranh giới thứ • Cũng năm 1943, Mauchley Presper Eckert bắt đầu tiến hành xây dựng máy tính ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) ENIAC gồm 1800 đèn điện tử 1500 relay, cân nặng 30 tấn, công suất tiêu thụ 140 kWh Nó có tất 20 ghi, ghi lưu trữ số thập phân 10 chữ số - 31 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân khơng • Sau đó, John von Neumann thiết kế máy IAS phiên nâng cao ENIAC • Máy von Neumann có phần bản: • Bộ nhớ, • đơn vị luận lý số học (ALU – Arithmetich Logic Unit), • đơn vị điều khiển chương trình, • thiết bị nhập • thiết bị xuất • Bộ nhớ có tất 4096 từ, từ lưu trữ 40 bit Mỗi từ chứa lệnh 20 bit hay số nguyên có dấu 39 bit Mỗi lệnh 20 bit gồm có bit xác định loại lệnh 12 bit xác định 4096 từ nhớ - 32 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân khơng Máy tính dùng đèn điện tử - 33 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn chân khơng Máy tính dùng đèn điện tử - 34 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 2: Máy tính dùng Transitor (1955-1965) • Năm 1948, John Bardeen, Walter Brattain William Shockley phát minh transistor tạo cách mạng lĩnh vực máy tính Máy tính transistor đuợc xây dựng MIT, máy TX-0 (Transistorized experimental computer 0) • Năm 1961, máy tính PDP-1 xuất có 4K từ 18 bit khoảng thời gian chu kỳ µs Vài năm sau, PDP-8 đời có 12 bit giá thành rẻ PDP-1 nhiều (16.000 USD so với 120.000 USD) • IBM xây dựng phiên 709 transistor, máy tính 7094 có thời gian chu kỳ µs nhớ 32K từ 36 bit - 35 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 2: Máy tính dùng Transitor (1955-1965) - 36 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 3: Máy tính dùng mạch tích hợp IC (Intergrated Circuit) 1966 – 1980 • Vi mạch đuợc phát minh cho phép đặt vài chục transistor chip đơn • Lúc này, IBM giới thiệu sản phẩm đơn, máy System 360, thiết kế dựa vi mạch Ðổi quan trọng 360 khả đa lập trình (multiprogramming), có vài chương trình nhớ đồng thời để chương trình dang chờ xuất / nhập liệu chương trình khác tính tốn Một đặc trưng khác 360 khơng gian địa lớn với 224 byte nhớ (16 MB) • - 37 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI (từ 1980 đến nay) • VLSI (Very Large Scale Integrated) • Vào thập niên 80, vi mạch VLSI (Very Large Scale Integrate) có khả chứa hàng triệu transistor chip đơn chế tạo • Sự phát triển dẫn đến việc sản xuất máy tính nhỏ nhanh Do dó, giá giảm xuống đến mức cá nhân sở hữu máy tính • Các máy tính hệ chia thành loại: máy tính cá nhân, máy tính mini, mainframe, siêu máy tính - 38 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI - 39 - LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN • Thế hệ 4: Máy tính dùng mạch tích hợp cực lớn VLSI - 40 - Thảo Luận 41