BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG TH LÊ VĂN HÙNG I Khái niệm kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính (Computer architecture) khái niệm trừu tượng hệ thống tính toán quan điểm người lập trình người viết chương trình dịch Nói cách khác, kiến trúc máy tính xem xét theo khía cạnh mà người lập trình can thiệp vào mức đặc quyền, bao gồm ghi, ô nhớ ngắt thâm nhập thông qua lệnh II Lịch sử phát triển máy tính Lịch sử phát triển máy tính  Lịch sử phát triển máy tính gắn liền với lịch sử phát triển vi xử lý Cho đến chia thành hệ Thế hệ thứ (1st Generation): 1945-1955  Sử dụng công nghệ đèn ống chân không (Vaccumn Tube) gọi máy tính sử dụng công nghệ bóng đèn điện tử Đặc điểm tiêu thụ nhiều điện năng, toả nhiều nhiệt hệ thống tin cậy Máy ENIAC có khối lượng 30 tấn, tiêu thụ công suất 140KW  Chủ yếu dùng ngôn ngữ máy để lập trình Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ hai (2nd Generation): 1956 – 1965  Về kỹ thuật: Công ty Bell phát minh Transistor vào năm 1947 Nên hệ thứ đặc trưng sử dụng công nghệ bán dẫn (Transistor) Một hệ thống máy tính tạo với transistor trở nên nhỏ hơn, nhanh hữu hiệu nhiều so với hệ thống máy tính tạo với đèn ống chân không Máy tính có tên TX-0 (transistorized experimental computer 0)  Về phần mềm: bắt đầu sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao: Fortran, Algol, Cobol, …  Về ứng dụng: tham gia giải toán kinh tế xã hội Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ ba (3rd Generation): 1965 – 1980  Về kỹ thuật: sử dụng mạch tích hợp IC ( integrated circuit – IC), mạch bán dẫn thiết lập cách cấy Transistor lên chất (Silic) nối kết transistor không dây, điển hình hệ máy System/360 IBM IC có transistor (ngày với vi xử lý Intel Pro có đến 5,5 triệu transistor) Thời kỳ đánh dấu đời vi xử lý 4004, tiền thân vi xử lý x86 sau Đĩa từ sử dụng rộng rãi, tốc độ tính toán đạt vài triệu phép toán giây, dung lượng nhớ đạt vài MB Năm 1975 công ty MITS (Mỹ) giới thiệu máy tính cá nhân Altair giới  Về phần mềm: Xuất nhiều hệ điều hành khác  Về ứng dụng: tham gia nhiều lĩnh vực xã hội Lịch sử phát triển máy tính  Năm 1977 công ty Apple đưa thị trường máy tính AppleII có hình bàn phím Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ tư (4th Generation): 1980 đến Máy tính sử dụng công nghệ tích hợp IC mật độ cực cao (VLSI: Very Large Scale Intergrated) Vi xử lý 8088 đời đánh dấu thời kỳ phát triển máy tính cá nhân PC (Personal Computer) – Máy tính PC hãng IBM sản xuất năm 1981 thuê công ty Microsoft viết hệ điều hành MS – DOS Chiếc máy có tốc độ 5MHz Micros: chiều rộng dây dẫn chip MIPS: viết tắt cụm "millions of instructions per second", thước đo tương đối cho hiệu CPU Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ tư (4th Generation)  Đây hệ máy tính số ngày nay, nhờ công nghệ bán dẫn phát triển vượt bậc, mà người ta chế tạo mạch tổ hợp mức độ cực lớn Nhờ máy tính ngày nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh giá thành rẻ Máy tính cá nhân bắt đầu xuất phát triển thời kỳ Dựa vào kích thước vật lý, hiệu suất lĩnh vực sử dụng , người ta thường chia máy tính số hệ thứ tư thành loại Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ tư (4th Generation)  Microcomputer: Còn gọi PC (personal computer), máy tính nhỏ, có chip vi xử lý số thiết bị ngoại vi Thường dùng cho người, dùng độc lập dùng mạng máy tính  Minicomputer: Là máy tính cỡ trung bình, kích thước thường lớn PC Nó thực ứng dụng mà máy tính cỡ lớn thực Nó có khả hỗ trợ hàng chục đến hàng trăm người làm việc Minicomputer sử dụng rộng rãi ứng dụng thời gian thực, ví dụ điều khiển hàng không, tự động hoá sản xuất Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ tư (4th Generation) Supermini: Là máy Minicomputer có tốc độ xử lý nhanh họ Mini thời điểm định Supermini thường dùng hệ thống phân chia thời gian, ví dụ máy quản gia mạng Mainframe: Là máy tính cỡ lớn, có khả hỗ trợ cho hàng trăm đến hàng ngàn người sử dụng Thường sử dụng chế độ công việc xếp theo lô lớn (LargeBatch-Job) xử lý giao dịch (Transaction Processing), ví dụ ngân hàng Supercomputer: Đây siêu máy tính, thiết kế đặc biệt để đạt tốc độ thực phép tính dấu phẩy động cao Chúng thường có kiến trúc song song, hoạt động hiệu cao số lĩnh vực Các hệ thống PC thịnh hành: Lịch sử phát triển máy tính Thế hệ thứ (5th Generation)  Việc chuyển từ hệ thứ sang thứ chưa rõ ràng Người Nhật tiên phong chương trình nghiên cứu đời hệ thứ máy tính, hệ máy tính thông minh, dựa ngôn ngữ trí tuệ nhân tạo, giao diện người – máy, … Năm 2004 cho đời ASIMO (advanced step innovative Mobility: bước chân tiên tiến đổi chuyển động) KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG TH LÊ VĂN HÙNG III Kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn người lập trình Tổ chức máy tính (Computer Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy tính Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi nhanh III Kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh máy tính bao gồm: Tập lệnh: tập hợp chuỗi số nhị phân mã hoá cho thao tác mà máy tính thực Các kiểu liệu: kiểu liệu mà máy tính xử lý Cấu trúc máy tính Các thành phần máy tính Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động máy tính xử lý liệu Bộ nhớ (Main Memory): Chứa chương trình liệu sử dụng Hệ thống vào (Input/Output System): Trao đổi thông tin máy tính với bên Liên kết hệ thống (System Interconnection): Kết nối vận chuyển thông tin thành phần với Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc SISD (single instruction-single data) Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc SIMD (Single Instruction Multiple Data) Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) [...]... nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy tính Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh III Kiến trúc máy tính 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 Cấu trúc cơ bản của máy tính Các thành phần cơ bản của máy tính Bộ xử lý... giao diện người – máy, … Năm 2004 cho ra đời ASIMO (advanced step innovative Mobility: bước chân tiên tiến của đổi mới và chuyển động) KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG TH LÊ VĂN HÙNG III Kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình Tổ chức máy tính (Computer Organization):... , hiện nay người ta thường chia máy tính số thế hệ thứ tư thành 5 loại chính Lịch sử phát triển của máy tính 4 Thế hệ thứ tư (4th Generation)  Microcomputer: Còn gọi là PC (personal computer), là những máy tính nhỏ, có 1 chip vi xử lý và một số thiết bị ngoại vi Thường dùng cho một người, có thể dùng độc lập hoặc dùng trong mạng máy tính  Minicomputer: Là những máy tính cỡ trung bình, kích thước thường... của máy tính và xử lý dữ liệu Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng Hệ thống vào ra (Input/Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài Liên kết hệ thống (System Interconnection): Kết nối và vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc SISD (single instruction-single data) Phân loại máy tính. .. được Chúng thường có kiến trúc song song, chỉ hoạt động hiệu quả cao trong một số lĩnh vực Các hệ thống PC đang được thịnh hành: Lịch sử phát triển của máy tính 5 Thế hệ thứ 5 (5th Generation)  Việc chuyển từ thế hệ thứ 4 sang thứ 5 còn chưa rõ ràng Người Nhật đã và đang đi tiên phong trong các chương trình nghiên cứu để cho ra đời thế hệ thứ 5 của máy tính, thế hệ của những máy tính thông minh, dựa... second", là thước đo tương đối cho hiệu năng của CPU Lịch sử phát triển của máy tính 4 Thế hệ thứ tư (4th Generation)  Đây là thế hệ máy tính số ngày nay, nhờ công nghệ bán dẫn phát triển vượt bậc, mà người ta có thể chế tạo các mạch tổ hợp ở mức độ cực lớn Nhờ đó máy tính ngày càng nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn và giá thành rẻ hơn Máy tính cá nhân bắt đầu xuất hiện và phát triển trong thời kỳ này Dựa vào... gian, ví dụ các máy quản gia của mạng Mainframe: Là những máy tính cỡ lớn, có khả năng hỗ trợ cho hàng trăm đến hàng ngàn người sử dụng Thường được sử dụng trong chế độ các công việc sắp xếp theo lô lớn (LargeBatch-Job) hoặc xử lý các giao dịch (Transaction Processing), ví dụ trong ngân hàng Supercomputer: Đây là những siêu máy tính, được thiết kế đặc biệt để đạt tốc độ thực hiện các phép tính dấu phẩy... vận chuyển thông tin giữa các thành phần với nhau Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc SISD (single instruction-single data) Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc SIMD (Single Instruction Multiple Data) Phân loại máy tính theo KTMT Kiến trúc MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) ... hơn PC Nó có thể thực hiện được các ứng dụng mà máy tính cỡ lớn thực hiện Nó có khả năng hỗ trợ hàng chục đến hàng trăm người làm việc Minicomputer được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thời gian thực, ví dụ trong điều khiển hàng không, trong tự động hoá sản xuất Lịch sử phát triển của máy tính 4 Thế hệ thứ tư (4th Generation) Supermini: Là những máy Minicomputer có tốc độ xử lý nhanh nhất trong ... Organization): nghiên cứu cấu trúc phần cứng máy tính Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi nhanh III Kiến trúc máy tính Kiến trúc tập lệnh máy tính bao gồm: Tập lệnh: tập... niệm kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính (Computer architecture) khái niệm trừu tượng hệ thống tính toán quan điểm người lập trình người viết chương trình dịch Nói cách khác, kiến trúc máy tính. .. thao tác mà máy tính thực Các kiểu liệu: kiểu liệu mà máy tính xử lý Cấu trúc máy tính Các thành phần máy tính Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit): Điều khiển hoạt động máy tính xử lý