Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 1 - Nguyễn Ngọc Duy

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH 1 Giới thiệu  Liên hệ: duynn@ptithcm.edu.vn  Giáo trình - Tài liệu tham khảo: [1] William Stallings, Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, (2010) [2] William Stalling, Operating Systems: Internals and Design Principles 7th, Prentice Hall, (2012) [3] A Silberschatz, P.B Galvin, G Gagne, Operating System Concepts, John Wiley & Sons (2005) Yêu cầu môn học  Đánh giá môn học: Chuyên cần: 10%, Bài tập: 10%, Kiểm tra kỳ: 10%, Kiểm tra cuối kỳ: 70% Nội dung môn học I Kiến trúc máy tính Chương 1: Tổng quan Chương 2: Bộ xử lý Chương 3: Bộ nhớ Chương 4: Nhập/xuất II Hệ điều hành Chương 5: Giới thiệu Chương 6: Tổ chức hoạt động Chương TỔNG QUAN 1 Nội dung Tổng quan máy tính Lịch sử phát triển máy tính Khái niệm kiến trúc máy tính Mơ hình máy tính Von Neumann Kiến trúc máy Von Neumann Biểu diễn liệu máy tính Tổng quan compiler (chương trình dịch) Tổng quan máy tính  Máy tính:  Là thiết bị điện tử thực công việc:  Nhận thông tin  Xử lý thông tin theo yêu cầu lệnh mã hóa lưu trữ bên nó,  Trả thơng tin xử lý theo yêu cầu,  Tập lệnh để xử lý theo yêu cầu gọi chương trình (program) Tổng quan máy tính  Máy tính:  Sơ đồ chức năng: Tổng quan máy tính Tổng quan máy tính  Khối xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU):  CPU vi mạch tích hợp với mật độ transistor cao,  Có thành phần: - Bộ điều khiển (Control Uint - CU): đọc, giải mã lệnh - Bộ tính tốn số học logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): thực phép toán - Các ghi (Registers): chứa lệnh, liệu tạm - Bus CPU: Truyền dẫn tín hiệu phận CPU, kết nới CPU với bên Lịch sử phát triển máy tính  Thế hệ (1975-1989)  Sử dụng mạch tích hợp loại lớn (LSI – Large Scale Integrated Circuit)  Các đại diện IBM System 3090, IBM RISC 6000, IBM RT, Cray XMP  Thế hệ (1990 - nay)  Sử dụng mạch tích hợp loại siêu lớn (VLSI – Very Large Scale Integrated Circuit)  Mật độ tích hợp linh kiện cao với công nghệ 0.180μm – 0.045μm (kích thước transitor giảm xuống cịn 180 – 14 nano mét)  Các đại diện máy tính sử dụng CPU Intel Pentium, 12 Core Duo, Core i, Khái niệm kiến trúc máy tính  Là khoa học lựa chọn kết nối thành phần phần cứng để tạo máy tính thỏa mãn mục tiêu chức năng, hoạt động giá tiền  Là thiết kế mang tính khái niệm cấu trúc hoạt động hệ thống máy tính  Là thiết kế mô tả chi tiết mô tả chức yêu cầu thực thiết kế phần khác máy tính  Là tập trung phần lớn vào cách mà CPU thực nội truy cập địa nhớ 13 Khái niệm kiến trúc máy tính  Kiến trúc máy tính gồm:  Kiến trúc tập lệnh: vấn đề liên quan đến lập trình ngôn ngữ máy, bao gồm tập lệnh, cách đánh địa nhớ, ghi, định dạng địa liệu  Tổ chức máy tính (vi kiến trúc): mô tả kết nối phận cấu thành hệ thống để thực kiến trúc tập lệnh  Thiết kế hệ thống: bao gồm việc thiết kế thành phần phần cứng khác bên hệ thống như: bus, điều khiển nhớ, … 14 Mơ hình máy tính Von Neumann  Kiến trúc máy tính Von Neumann ngun thủy Mơ hình máy tính Von Neumann  Kiến trúc máy tính Von Neumann đại Mơ hình máy tính Von Neumann  Kiến trúc máy tính Von Neumann – khái niệm sở:  Lệnh liệu lưu trữ nhớ đọc ghi chia sẻ - nhớ sử dụng để lưu trữ lệnh liệu  Bộ nhớ đánh địa theo vùng, khơng phụ thuộc vào nội dung lưu trữ  Các lệnh chương trình thực 17 Mơ hình máy tính Von Neumann  Kiến trúc máy tính Von Neumann – thực lệnh:  CPU đọc (fetch) lệnh từ nhớ  CPU giải mã thực lệnh; lệnh yêu cầu liệu, CPU đọc liệu từ nhớ  CPU ghi kết thực lệnh vào nhớ (nếu có) 18 Biểu diễn liệu máy tính  Các hệ đếm  Hệ thập phân (Decimal System): Con người sử dụng  Hệ nhị phân (Binary System): Máy tính sử dụng  Hệ mười sáu (Hexadecimal System): Dùng để viết gọn số nhị phân 24 Biểu diễn liệu máy tính  Mã hóa lưu trữ liệu máy tính  Mọi liệu đưa vào máy tính mã hoá thành số nhị phân  Các loại liệu  Dữ liệu nhân tạo: người quy ước số nguyên, số thực, ký tự …  Dữ liệu tự nhiên: tồn khách quan với người 37 Biểu diễn liệu máy tính  Mã hóa tái tạo tín hiệu vật lý  Các liệu vật lý thông dụng:  Âm  Hình ảnh 38 Biểu diễn liệu máy tính  Thứ tự lưu trữ Byte liệu  Bộ nhớ thường tổ chức theo byte  Độ dài từ liệu (word) chiếm từ đến nhiều byte => cần phải biết thứ tự lưu trữ byte nhớ với liệu nhiều byte  Cách lưu trữ: Lưu trữ đầu nhỏ (Little-endian): Byte thấp lưu trữ ngăn nhớ có địa nhỏ hơn, Byte cao lưu trữ ngăn nhớ có địa lớn Lưu trữ đầu lớn (Big-endian): Byte cao lưu trữ ngăn nhớ có địa nhỏ hơn, Byte thấp lưu trữ ngăn nhớ có địa lớn 39 Biểu diễn liệu máy tính Ví dụ: lưu trữ liệu 32bit 40 Tổng quan chương trình dịch  Các khái niệm  Sự phát triển ngơn ngữ lập trình NN máy (machine language) Hợp ngữ (Assembly) NNLT bậc cao (Higher _level language)  Khái niệm chương trình dịch: Chương trình dịch chương trình dùng để dịch chương trình (CT nguồn) viết NNLT (NN nguồn) sang chương trình tương đương (CT đích) NN khác (NN đích) 24 Tổng quan chương trình dịch  Các khái niệm  Phân loại chương trình dịch  Trình biên dịch Dữ liệu CT nguồn Trình biên dịch Thời gian dịch CT đích Máy tính thực thi Kết Thời gian thực thi 25 Tổng quan chương trình dịch  Các khái niệm  Phân loại chương trình dịch  Trình thơng dịch Dữ liệu CT nguồn Trình thơng dịch Kết 26