Bài giảng Kiến trúc máy tính

October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 1 KI N TRÚC MÁY TÍNHẾ • 2 tín chỉ • Đ i t ng sinh viên năm th 2ố ượ ứ • Chuyên ngành CNTT October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 2 N I DUNG CHÍNHỘ G m 5 ch ngồ ươ • Ch ng 1 T ng quanươ ổ • Ch ng 2 Thi t k h l nh cho VXLươ ế ế ệ ệ • Ch ng 3 Thi t k b nhươ ế ế ộ ớ • Ch ng 4 Gi i thi u m t s KT hi n đ iươ ớ ệ ộ ố ệ ạ • Ch ng 5 T ch c vào ra c a máy tínhươ ổ ứ ủ • October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 3 Tài li u tham kh oệ ả 1. William Stallings - Computer Organization and Architecture – Designing for Performance – 2003 (6 th edition) 2. Behrooz Parhami - Computer Architecture: From Microprocessors to Supercomputers - 2005 3. David A. Patterson & John L. Hennessy -Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface – 2002 (third edition) 4. John L. Hennessy & David A. Patterson -Computer Architecture: A Quantitative Approach –2003 (third edition) October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 4 Ch ng I T ng quanươ ổ • I. Gi i thi u chung ớ ệ • II. Ki n trúc máy tính tu n t Vonneuman ế ầ ự • III. Các ph ng pháp vào ra d li u c a ươ ữ ệ ủ máy tính October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 5 I. Gi i thi u chungớ ệ • 1.1. Máy tính và phân lo i máy tínhạ 1. Máy tính Máy tính (Computer) là thi t b đi n t th c hi n các ế ị ệ ử ự ệ công vi c sau:ệ • Nh n thông tin vàoậ • X lý thông tin theo dãy các l nh đ c nh s n ử ệ ượ ớ ẵ bên trong, • Đ a thông tin ra.ư • Dãy các l nh n m trong b nh đ yêu c u máy ệ ằ ộ ớ ể ầ tính th c hi n công vi c c th g i là ch ng ự ệ ệ ụ ể ọ ươ trình (program) • Máy tính ho t đ ng theo ch ng trình.ạ ộ ươ October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 6 I. Gi i thi u chungớ ệ 2. Phân lo i máy tínhạ Phân lo i truy n th ngạ ề ố • Máy vi tính (Microcomputers) • Máy tính nh (Minicomputers)ỏ • Máy tính l n (Mainframe Computers)ớ • Siêu máy tính (Supercomputers) Phân lo i máy tính hi n đ iạ ệ ạ • Máy tính cá nhân (Personal Computers) • Máy ch (Server Computers)ủ • Máy tính nhúng (Embedded Computers) October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 7 • Máy tính cá nhân PC Là lo i máy tính ph bi n nh tạ ổ ế ấ 􀂄 Các lo i máy tính cá nhân:ạ 􀂄 Máy tính đ bàn (Desktop)ể 􀂄 Máy tính xách tay (Laptop) 􀂄 1981 IBM gi i thi u máy tính IBM-PC sớ ệ ử d ng b x lý Intel 8088ụ ộ ử 􀂄 1984 Apple đ a ra Macintosh s d ngư ử ụ b x lý Motorola 68000ộ ử 􀂄 Giá thành: hàng trăm đ n hàng nghìn USDế October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 8 • Máy ch (Server)ủ 􀂄 Th c ch t là máy ph c vự ấ ụ ụ 􀂄 Dùng trong m ng theo mô hình Client/Server ạ (Khách hàng/Ng i ph c v )ườ ụ ụ 􀂄 T c đ và hi u năng tính toán caoố ộ ệ 􀂄 Dung l ng b nh l nượ ộ ớ ớ 􀂄 Đ tin c y caoộ ậ 􀂄 Giá thành: hàng nghìn đ n hàng ch c tri uUSD.ế ụ ệ October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 9 • Máy tính nhúng (Embedded Computer) Đ c đ t trong thi t b khác đ đi u khi n thi t b đó ượ ặ ế ị ể ề ể ế ị làm vi cệ 􀂄 Đ c thi t k chuyên d ngượ ế ế ụ Ví d :ụ 􀂄 Đi n tho i di đ ngệ ạ ộ 􀂄 Máy nh sả ố 􀂄 B đi u khi n trong máy gi t, đi u hoà nhi t độ ề ể ặ ề ệ ộ 􀂄 Router – b đ nh tuy n trên m ngộ ị ế ạ 􀂄 Giá thành: vài USD đ n hàng trăm nghìn USD.ế October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 10 1.2. Ki n trúc máy tínhế Đ nh nghĩa tr c đây v ki n trúc máy tính:ị ướ ề ế Cách nhìn logic c a máy tính t ng i l p trình ủ ừ ườ ậ (hardware/software interface) Ki n trúc t p l nh (Instruction Set Architecture– ISA)ế ậ ệ Là đ nh nghĩa h pị ẹ Đ nh nghĩa c a Hennessy/ Patterson Ki n trúc máy tính ị ủ ế bao g m:ồ Ki n trúc t p l nh (Instruction Set Architecture):nghiên ế ậ ệ c u máy tính theo cách nhìn c a ng i l p trình ứ ủ ườ ậ (hardware/software interface). [...]... chung kiến trúc tập lệnh (IA-32) • Có tổ chức khác nhau October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 11 • Kiến trúc tập lệnh Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm: • Tập lệnh: tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hoá cho các thao tác mà máy tính có thể thực hiện • Các kiểu dữ liệu: các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 12 • Mô hình phân lớp của máy tính •... 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 25 • Kiến trúc MIMD (Multiple Instruction Multiple Data, đa dòng lệnh- đa dữ liệu) Khối điều khiển 1 lệnh Khối chấp hành 1 Khối điều khiển n dữ liệu Khối chấp hành n lệnh dữ liệu Hệ thống nhớ October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 26 I.2 Các thông số đo khả năng xử lý của máy tính Hiệu năng máy tính (performance) October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính. .. thành mô hình cơ bản của máy tính October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 17 • John von Neumann và máy tính IAS Hãng IBM International Business Machine 􀂄 1953 - IBM 701 􀂄 Máy tính lưu trữ chương trình đầu tiên của IBM 􀂄 Sử dụng cho tính toán khoa học 􀂄 1955 – IBM 702 􀂄 Các ứng dụng thương mại October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 18 • Máy tính dùng transistor Máy tính PDP-1 của DEC (Digital... thống vật lý của máy tính • 􀂄 Phần mềm (Software): các chương trình và dữ liệu October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 13 • 1.3 Sự phát triển của của máy tính • 1 Các thế hệ máy tính • Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s) • Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor (1960s) • Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI (1970s) • Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch... hệ thứ năm: Máy tính dùng vi mạch ULSI, SoC (1990s) October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 14 • Máy tính dùng đèn điện tử Nặng 30 tấn 18000 đèn điện tử và 1500 rơle 5000 phép cộng/giây Xử lý theo số thập phân Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối Đèn điện tử October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 15 • • • • • • Máy tính von Neumann... lôgic được tạo thành từ một số mạch cơ sở, gọi là cổng lôgic Các cổng lôgic sau đây thực hiện các hàm phủ định, hội và tuyển October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 34 October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 35 October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 36 ... chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu thiết kế máy tính ở mức cao,chẳng hạn như hệ thống nhớ, cấu trúc bus, thiết kế bên trong CPU • Phần cứng (Hardware): nghiên cứu thiết kế logic chi tiết và công nghệ đóng gói của máy tính Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức và phần cứng máy tính thay đổi rất nhanh • Ví dụ • Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Pentium III và Pentium 4: • Cùng chung kiến. .. giảng kiến trúc máy tính 23 • Intel Pentium (32-bit) Multicores October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 24 I.1 Phân loại kiến trúc máy tính • Kiến trúc SISD (single instruction - single data, đơn dòng lệnh - đơn dòng dữ liệu) Các tín hiệu điều khiển Khối điều khiển Khối chấp hành lệnh dữ liệu Hệ thống nhớ • -Kiến trúc SIMD (Single Instruction Multiple Data, đơn dòng lệnh- đa dữ liệu) Các tín hiệu... CR Bài giảng kiến trúc máy tính 30 I.3 Toán logic, đại số boolean • Đại số Boole sử dụng các biến logic và phép toán logic 􀂄 Biến logic có thể nhận giá trị 1 (TRUE) hoặc 0 (FALSE) 􀂄 Phép toán logic cơ bản là AND, OR và NOT • với ký hiệu như sau: 􀂄 Thứ tự ưu tiên: NOT > AND > OR 􀂄 Các phép toán NAND, NOR, XOR: October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính 31 Phép toán đại số Boole October 13, 2011 Bài. .. liệuến trúc máy tính October 13, 2011 Bài giảng ki 􀂄 Suy đoán đông 22 Pentium II • 􀂄 Xử lý đồ họa, video & audio Pentium III 􀂄 Thêm các lệnh xử lý dấu phẩy động cho đồ họa 3D Pentium 4 • 􀂄 Tăng cường xử lý số dấu phẩy động vàmultimedia Duo Core: 2 bộ xử lý trên chip Core 2: Kiến trúc 64-bit • 􀂄 Core 2 Quad – 3GHz – 820 triệu transistors 4 bộ xử lý trong 1chip October 13, 2011 Bài giảng kiến trúc máy tính . c a ươ ữ ệ ủ máy tính October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 5 I. Gi i thi u chungớ ệ • 1.1. Máy tính và phân lo i máy tính 1. Máy tính Máy tính (Computer) là thi t b đi n t th c. i máy tính Phân lo i truy n th ngạ ề ố • Máy vi tính (Microcomputers) • Máy tính nh (Minicomputers)ỏ • Máy tính l n (Mainframe Computers)ớ • Siêu máy tính (Supercomputers) Phân lo i máy tính. ạ • Máy tính cá nhân (Personal Computers) • Máy ch (Server Computers)ủ • Máy tính nhúng (Embedded Computers) October 13, 2011 Bài gi ng ki n trúc máy tính ả ế 7 • Máy tính cá nhân PC Là lo i máy