Đang tải... (xem toàn văn)
Cho đến nay, chưa có một hàm khả tính toán theo nghĩa trực giác nào mà không tính được bằng máy Turing. . Mọi bài toán giải quyết được bằng máy tính hiện đại đều giải quyết được bằng máy Turing. . Nhiều mô hình tính toán khác nhau được đưa ra, nhưng chưa có cái nào mạnh hơn máy Turing
C2 Máy tính / S57 Nhập mơn ₫iện tốn CHƯƠNG Máy tính Khoa Cơng nghệ thơng tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S58 Nhập mơn ₫iện tốn I Lịch sử máy tính Intel 8080 (1974) xem CPU tích hợp chip Colossus (1943) Blaise Pascal (1642) ENIAC (1946) 18.000 bóng đèn 1500 rờ le 30 140 KW IBM 360 (1965) Von Neumann (1946) Cơ (1642-1945) Đèn điện tử (1945-1955) Bộ nhớ dây trễ, tĩnh điện Giấy, phiếu đục lổ Băng từ Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM PDP-1 (1961) Tran-sistors 80x86 (1978) IC ? (1955-1965) (1965-1980) (1980-????) Bộ nhớ xuyến từ Băng từ, trống từ, đĩa từ Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S59 Nhập mơn ₫iện tốn II Các thiết bị lưu trữ thông tin Băng từ bit Frame Frame Inter-record gap Track Track Track Physical record Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S60 Nhập mơn ₫iện tốn Đĩa cứng Đầu từ Mặt đĩa tráng từ Động quay đĩa Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Động bước Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S61 Nhập mơn ₫iện tốn Phân chia ₫ĩa cứng Cung (sector) (Record) R Trục đĩa quay 5400 rpm Chiều di chuyển đầu (head) Đầu (Head) CHR H Trụ (Cylinder) Vết (Track) C Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S62 Nhập mơn ₫iện tốn Đĩa mềm 3.5” Chống ghi Mật độ cao 8.9 cm Mặt sau 9.3 cm Lổ định vị Cửa đọc/ghi Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S63 Nhập mơn ₫iện tốn CD ROM Pit Land Chứa 330.000 khối liệu Dung lượng 650 MB / 74 Tốc độ x1 = 153.60 KByte/s Thông tin ghi theo rãnh (track) hình xoắn ốc Dùng tia laser đục lổ μm rãnh gọi Pit Phần không bị đục lổ rãnh gọi Land Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xn Minh C2 Máy tính / S64 Nhập mơn ₫iện toán Bộ nhớ bán dẫn +5V A0 A1 1 Giải mã hàng 1 A2 (chọn cột phải) 1 1 T3 P3 T2 P2 T1 P1 T0 P0 D3 D2 D1 D0 1 Giải mã cột đệm Dữ liệu đọc Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S65 Nhập mơn ₫iện tốn III Mơ hình máy tính Giải Bài tốn Khơng giải Khó chứng minh Máy TURING đời Ví dụ tính axb+axc Cộng phân số Chứng minh cách đưa lời giải giải phương trình bậc Rút gọn phân số Qui đồng mẫu số Cộng tử số, giữ nguyên mẫu số Rút gọn phân số kết Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM a x b a x c Cộng kết b + c Nhân a với kết Tính ∆ Xét dấu ∆ suy nghiệm Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S66 Nhập mơn ₫iện tốn Máy TURING Gồm có - Một băng liệu dài vô hạn, chia thành nhiều ô Mỗi ô chứa ký kiệu Tập ký hiệu : S0, , Sp, ký hiệu rỗng b Khối xử lý có trạng thái q0, , qm Trạng thái đầu q0 Trạng thái kết thúc qf làm cho máy dừng Một đầu đọc/ghi liệu dịch chuyển ô băng Mỗi lần đọc ký hiệu - Lệnh có dạng : qi Si Sj X qj X ∈ {R, L, N} trạng thái ký hiệu đọc ký hiệu ghi Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM qua phải qua trái đứng yên trạng thái kế Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S84 Nhập mơn ₫iện tốn Máy in laser Dữ liệu tích điện mặt trống Trống Tia laser quét Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S85 Nhập mơn ₫iện tốn m Giao tiếp CPU hệ thống xuất nhập Tuyến địa Mạch giải mã địa Chọn thiết bị Điều khiển bàn phím Điều khiển chuột CPU Điều khiển hình Tuyến liệu Điều khiển máy in Tuyến điều khiển (cài địa chỉ, chọn xuất/nhập, đọc, ghi) Điều khiển đĩa Xuất / nhập (yêu cầu trao đổi liệu) Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S86 Nhập mơn ₫iện tốn Bộ xử lý trung ương CPU Control Unit điều khiển hoạt động nhớ hệ thống vào (trao đổi liệu) điều khiển ALU lấy lệnh thi hành lệnh Khối điều khiển Khối số học luận lý (ALU) PC Program counter IR Bộ ghi Arithmetic Logic Unit thực phép toán số học đơn giản phép luận lý Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Instruction register ACC Accumulator CPU Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S87 Nhập mơn ₫iện tốn Tập lệnh CPU Mỗi CPU có tập lệnh (instruction set) riêng Dạng lệnh Mã lệnh n bit Các toán hạng số địa nhớ Mã hóa 2n lệnh Khoa Cơng nghệ thơng tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xn Minh C2 Máy tính / S88 Nhập mơn ₫iện tốn Ví dụ tập lệnh CPU (lệnh nạp) 000 Addr ACC ← (addr) bit địa (lệnh cất) 001 Addr (addr) ← ACC (lệnh cộng) 010 Addr ACC ← ACC + (addr) (lệnh nhập) 011 Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM 00000 ACC ← bàn phím Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S89 Nhập mơn ₫iện tốn Ví dụ tập lệnh CPU (tt) (lệnh xuất) 100 00000 Màn hình ← ACC (lệnh nhảy) 101 Addr PC ← addr Addr PC ← addr ACC=0 (lệnh nhảy điều kiện) 110 (lệnh dừng) 111 Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM 00000 CPU dừng hoạt động Biên soạn : Nguyễn Xn Minh C2 Máy tính / S90 Nhập mơn ₫iện toán Chu kỳ lệnh Gồm bước : Lấy lệnh : Địa PC Lấy vào IR Giải mã thực lệnh Giải mã để biết cần làm Thực theo mô tả tập lệnh Xác định địa lệnh : PC tăng tự động Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S91 Nhập mơn ₫iện tốn Máy giả thuyết Gồm phần : 00000 00001 00010 00011 Khối điều khiển hình Bộ nhớ 32 byte Khối số học luận lý (ALU) tập lệnh Bộ ghi bàn phím ACC IR PC 11110 11111 Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM CPU Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh Nhập mơn ₫iện tốn C2 Máy tính / S92 Ví dụ chương trình lưu trữ Chương trình tính tổng số nhập từ bàn phím xuất kết hình Lệnh nhập Lệnh cất (11111) Lệnh nhập Lệnh cộng (11111) Lệnh xuất Lệnh dừng Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM : ACC ← số thứ (11111) ← số thứ ACC ← số thứ hai ACC ← số thứ hai + số thứ Màn hình ← kết CPU dừng Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S93 Nhập mơn ₫iện tốn Lưu trữ chương trình nhớ Địa Nội dung 00000 011 00000 lệnh nhập 00001 001 11111 lệnh cất (11111) 00010 011 00000 lệnh nhập 00011 010 11111 lệnh cộng (11111) 00100 100 00000 lệnh xuất 00101 111 00000 lệnh dừng 11111 Số thứ Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xn Minh C2 Máy tính / S94 Nhập mơn ₫iện tốn Các loại máy tính Máy tính lớn Máy tính nhỏ (microcomputer) • người sử dụng lần • nhớ hạn chế • tốc độ xử lý chậm Máy tính trung • hàng trăm người sử dụng lúc • nhớ nhiều • tốc độ xử lý nhanh máy tính trung Siêu máy tính (super computer) (minicomputer) • vài chục người sử dụng đồng thời • dung lượng nhớ • tốc độ xử lý nhanh máy tính nhỏ Khoa Cơng nghệ thơng tin Đại học Bách khoa tp.HCM (mainframe) • xây dựng từ nhiều CPU • giải tốn mơ thời gian thực • tốc độ xử lý từ gigaflops trở lên Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S95 Nhập mơn ₫iện tốn Ưu máy tính Có điểm mạnh sau : Máy tính khơng biết mệt mỏi, làm việc liên tục Máy tính có khả nhớ nhiều, khơng bị qn Máy tính có tốc độ tính toán nhanh người gấp hàng triệu lần Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S96 Nhập mơn ₫iện tốn Hạn chế máy tính Máy tính khơng thể giải tốn sau : Bài tốn khơng có giải thuật Bài tốn có thời gian giải lớn Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S97 Nhập mơn ₫iện tốn Bài tốn du lịch Tìm hành trình ngắn qua n thành phố, biết thành phố có đường xuất phát Với n=3 xuất phát Với n=4 đường đường 2 đường số đường = 3xp x x = 3! đường đường số đường = 4xp x x x = 4! Tổng quát số đường = nxp x (n-1) x x x 1= n! Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh C2 Máy tính / S98 Nhập mơn ₫iện tốn Bài tốn du lịch (tt) Số thành phố (n) Số bước (n!) Thời gian thực 120 0.36 pico giây 10 628 800 12 micro giây 15 1.3 x 1012 4.4 giây 20 2.4 x 1018 94 ngày 25 1.6 x 1025 1.6 triệu năm 30 2.7 x 1032 2.8 x 1013 năm thời gian bước = thời gian di chuyển điện tử mm vận tốc ánh sáng (Hết chương 2) Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách khoa tp.HCM x 1011 bước / s Biên soạn : Nguyễn Xuân Minh