Bài giảng Cấu trúc máy tính Chương 1 (tt): Kiến trúc cơ bản của máy tính

1.2 Kiến trúc máy tính đơn giản Giới thiệu sơ lược cấu trúc máy vi tính Data Bus Control Bus Bộ x lý Bộ nhớ Bộ nhớ (Memory) (Mass store trung tâm ROM-RAM Unit) (CPU) Adrress Bus Phối ghép vào/ra Thiết bị vào (Input Unit) (I/O) Thiết bị (Output Unit) Giới thiệu sơ lược cấu trúc máy vi tính  Cac khôi chưc chinh cua vi xư ly  Khôi xư ly trung tâm (Central processing unit, CPU)  Bô nhơ (memory)  Hê thông vao (Input/Output system)  Cac bus truyên thông tin Bô xư ly trung tâm (CPU)  Chưc năng: • Điêu khiên hoat đông cua may tinh • Xư ly dư liêu • Nguyên tăc hoat đông ban: • CPU hoat đông theo chương trinh năm bô nhơ chinh • Giai ma lênh • Thưc hiên lênh tuân tư Câu truc ban cua CPU Khôi điêu khiên (CU – Control Unit)  Điều khiển hoạt động CPU thành phần khác • Đọc lệnh từ chương trình nhớ chính(instruction fetch) • Giải mã lệnh (instruction decode) • Thực thi lệnh giải mã cách (instruction excution) Khối tính toán (ALU - Arithmetic Logic Unit)  Thực phép toán số học logic  Các phép toán số học: +,-,*,/  Các phép toán logic: NOT, AND, OR,…  Các phép so sánh …  Dữ liệu  Số nguyên (integer)  Số dấu phảy tĩnh (fixed point number)  Số dấu phảy động (floating point number) Tập ghi (Registers)  Lưu trữ toán hạng, kết thông số khác trình tính toán CPU  Bao gồm  Con trỏ chương trình (PC - Program Counter)  Các ghi đa chức  Thanh ghi số (index register)  Thanh ghi cờ (flag register)  Thanh ghi lênh IR (instruction register) Bus Interface Unit  Đơn vi ghep nôi Bus (Bus interface unit) kêt nôi va trao đôi thông tin giưa bus bên (internal bus) va bus bên ngoai (external bus) Lịch sử phát triển máy tính vi xử lý  Lịch sử phát triển máy tính  Lịch sử phát triển vi xử lý (CPU) Thê đen điên tư (1945 – 1955)  John von Neumann năm 1952 với máy tính ông Thê đen điên tư (1945 – 1955)  Năm 1954, John Backus, IBM phát minh FORTRAN Thê Transistor rơi rac (1955-1973)  Năm 1947, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brattain phát minh transistor Thê Transistor rơi rac (1955-1973)  Năm 1955, IBM công bố IBM704, máy tính mainframe sử dụng tranzistor  Đây máy tính với phép toán dấu phấy động (5 kFlops, clock: 300 kHz Thê mach tich hơp (74-79)  Sư dung vi mach tô hơp IC (Integrated circuit), môt mach ban dân đươc thiêt lâp băng cach transistor lên môt chât nên silic va nôi kêt cac transistor không dây Thê VLSI (1980 - ?)  Năm 1981, IBM bắt đầu với IBM "PC" sử dụng hệ điều hành DOS Thê VLSI (1980 - ?)  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 Thê VLSI (1980 - ?)  Năm 1986, siêu máy tính Cray-XMP với xử lý đạt tốc độ tính toán 840 MFlops Nó làm mát nước Thê VLSI (1980 - ?)  Tốc độ tính toán đạt với máy tính cá nhân vi xử lý, Pentium III, vào quý năm 2000 Thê VLSI (1980 - ?) Thê VLSI (1980 - ?) Thê VLSI (1980 - ?) 2.2 Lịch sử phát triển CPU  BXL bit: 4004 Intel (11-1971)  BXL bit: 8088 (1972)  BXL 16 bit: 80186 (1982) gọi IAPX  BXL 32 bit vi kiến trúc Netburst (Netburst microarchitecture)  BXL Pentium Pro  BXL Pentium II  BXL Pentium III  BXL Pentium  BXL Celeron 2.2 Lịch sử phát triển CPU (tiếp)  BXL Pentium Extreme Edition  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 Chất liệu công nghệ chế tạo CPU [...]...2 .1 Lịch sử phát triển của máy tính  Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42)  Thế hệ 0: Máy tính cơ khí (16 42 -19 45)  Thế hệ 1: Đèn điện tử-Vacuum tubes (19 45 -19 55)  Thế hệ 2: Transistor rời rạc-Discrete transistors (19 55 -19 73)  Thế hệ 3: Mạch tích hợp-Integrated circuits (19 7 419 79)  Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn-VLSI (19 80-?) Thê hê -1 thơi xa xưa  Bàn tính, abaci, đã được sử dụng để tính toán... 19 24 Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 43, John Mauchly và J Presper Eckert bắt đầu nghiên cứu về ENIAC Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  18 000 đèn điện tử, 15 00 rơ le, 30 tấn, 14 0 kW, 20 thanh ghi 10 chữ số thập phân, 10 0 nghìn phép tính/ giây  “Trong tương lai máy tính sẽ nặng tối đa là 1. 5 tấn” (Popular Mechanics, 19 49) Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Lập trình thông qua 6000 công... được sử dụng lại để chế tạo MRAM ở dạng tích hợp Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Một magnetic core lưu trữ 256 bits Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  John von Neumann năm 19 52 với chiếc máy tính mới của ông Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 54, John Backus, IBM phát minh ra FORTRAN Thê hê 2 Transistor rơi rac (19 55 -19 73)  Năm 19 47, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brattain...  Vẽ một cái máy tính cơ khí Thê hê 0 Mechanical (19 42 -19 45)  Blaise Pascal, con trai của một người thu thuế, đã chế tạo một máy cộng có nhớ vào năm 16 42 Thê hê 0 Mechanical (19 42 -19 45)  Babbage đã thiết kế một cái máy vi phân Difference Engine để thay thế toàn bộ bảng tính: máy thực hiện một ứng dụng cụ thể đầu tiên (application specific hard-coded machine) Thê hê 0 Mechanical (19 42 -19 45)  Ada Augusta... móng cho hiện tượng “von Neumann bottleneck”, sự không tương thích giữa tốc độ của bộ nhớ với đơn vị xử lý Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 48, máy tính có chương trình lưu trữ trong bộ nhớ đầu tiên được vận hành tại trường đại học Manchester: Manchester Mark I Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 51, máy tính Whirlwind lần đầu tiên sử dụng bộ nhớ lõi từ (magnetic core memories) Gần... 6000 công tắc nhiều nấc và nặng hàng tấn Thê hê 1 đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 46, John von Neumann phát minh ra máy tính có chương trình lưu trong bộ nhớ  Máy tính của ông gồm có một đơn vị điều khiển, một đơn vị xử lý số học và logic (ALU), một bộ nhớ chương trình và dữ liệu và sử dụng số nhị phân thay vì số thập phân  Máy tính ngày nay đều có cấu trúc von Neumann  ông đặt nền móng cho hiện... hê 4 VLSI (19 80 - ?)  Năm 19 84, Xerox PARC (Palo Alto Research Center) đưa ra máy tính để bàn Alto với giao diện người và máy hoàn toàn mới: windows, biểu tượng, mouse Thê hê 4 VLSI (19 80 - ?)  Năm 19 86, siêu máy tính Cray-XMP với 4 bộ xử lý đã đạt tốc độ tính toán là 840 MFlops Nó được làm mát bằng nước Thê hê 4 VLSI (19 80 - ?)  Tốc độ tính toán này đã đạt được với máy tính cá nhân 1 vi xử lý,... năm 18 42 khi cô viết chương trình cho Analytical Engine, thiết bị thứ 2 của Babbage Thê hê 0 Mechanical (19 42 -19 45)  Herman Hollerith, ngừời Mỹ, thiết kế một máy tính để xử lý dữ liệu về dân số Mỹ 18 90  Ông thành lập công ty, Hollerith Tabulating Company, sau đấy là Calculating-Tabulating-Recording (C-T-R) company vào năm 19 14 và sau này được đổi tên là IBM vào năm 19 24 Thê hê 1 đen điên tư (19 45... rac (19 55 -19 73)  Năm 19 55, IBM công bố IBM704, máy tính mainframe sử dụng tranzistor  Đây là máy tính với phép toán dấu phấy động đầu tiên (5 kFlops, clock: 300 kHz Thê hê 3 mach tich hơp (74-79)  Sư dung vi mach tô hơp IC (Integrated circuit), môt mach ban dân đươc thiêt lâp băng cach cây transistor lên môt chât nên silic va nôi kêt cac transistor không dây Thê hê 4 VLSI (19 80 - ?)  Năm 19 81, IBM... Thê hê -1 thơi xa xưa  Thế kỷ 12 : Muhammad ibn Musa Al'Khowarizmi đưa ra khái niệm về giải thuật algorithm  Một danh sách các chỉ dẫn mô tả một cách chính xác các bước của một quá trình mà đảm bảo là quá trình này sẽ phải kết thúc sau một số bước nhất định với câu trả lời đúng cho từng trường hợp cụ thể của một vấn đề cần giải quyết Thê hê -1 thơi xa xưa  Codex Madrid - Leonardo Da Vinci (15 00)  ... triển máy tính vi xử lý  Lịch sử phát triển máy tính  Lịch sử phát triển vi xử lý (CPU) 2 .1 Lịch sử phát triển máy tính  Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42)  Thế hệ 0: Máy tính khí (16 42 -19 45)... (19 80 - ?) Thê VLSI (19 80 - ?) Thê VLSI (19 80 - ?) 2.2 Lịch sử phát triển CPU  BXL bit: 4004 Intel (11 -19 71)  BXL bit: 8088 (19 72)  BXL 16 bit: 8 018 6 (19 82) gọi IAPX  BXL 32 bit vi kiến trúc. .. điên tư (19 45 – 19 55)  John von Neumann năm 19 52 với máy tính ông Thê đen điên tư (19 45 – 19 55)  Năm 19 54, John Backus, IBM phát minh FORTRAN Thê Transistor rơi rac (19 55 -19 73)  Năm 19 47, William