Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Lịch sử phát triển của máy tính cung cấp cho người học các kiến thức: Sơ lược lịch sử phát triển máy tính, các đặc tính thiết kế máy tính, chip đa nhân, đánh giá hiệu suất máy,... Mời các bạn cùng tham khảo.
+ Chương Lịch sử phát triển máy tính + Chương Lịch sử phát triển máy tính Sơ lược lịch sử phát triển máy tính Các đặc tính thiết kế máy tính Chip đa nhân Kiến trúc x86 Hệ thống nhúng Đánh giá hiệu suất máy + Sơ lược lịch sử phát triển máy tính + Sơ lược lịch sử phát triển máy tính a Máy tính hệ đầu tiên: Ống chân không ENIAC: Được thiết kế xây dựng trường Đại Học Pennsylvania Electronic Numerical Integrator And Computer Bắt đầu xây dựng từ năm 1943 – hoàn thành vào năm 1946 Bởi giáo sư John Mauchly người học trị John Eckert Là máy tính điện tử số giới Phịng thí nghiệm đạn đạo quân đội (BRL) cần thiết bị cung cấp bảng quỹ đạo xác cho loại vũ khí khoảng thời gian cho phép Đã không kịp hoàn thành cho nỗ lực phục vụ chiến tranh Được tháo rời vào năm 1955 Nhiệm vụ thực loạt tính tốn giúp xác định tính khả thi bomb hydrogen ENIAC Nặng 30 Chiếm 1500 m2 diện tích sàn Gồm 18000 đèn điện tử, 1500 công tắc điện tử Tiêu thụ 14 kWh Có khả thực 5000 phép tính 1s Tính tốn số thập phân Bộ nhớ gồm 20 ghi: lưu trữ số thập phân 10 chữ số Lập trình thủ cơng cách thiết lập công tắc cắm rút dây cáp + Các máy Von Neumann EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) Dưới dạng thảo: ý tưởng thiết kế đưa vào năm 1945 Khái niệm chương trình lưu trữ (stored-program) Được đưa nhà thiết kế ENIAC, đặc biệt nhà toán học John von Neumann Chương trình biểu diễn dạng thích hợp để lưu vào nhớ với liệu IAS computer Viện nghiên cứu Princeton (Princeton Institute for Advanced Studies) Là tảng cho máy tính đại ngày Hồn thiện vào năm 1952 IAS computer Cấu trúc + IAS computer (tiếp) Format nhớ máy IAS Bộ nhớ máy IAS gồm 1000 ô nhớ (gọi từ (word)) Mỗi ô chứa 40 bit nhị phân Cả liệu lệnh lưu trữ Chữ số biểu diễn dạng số nhị phân Mỗi lệnh mã nhị phân + Cấu trúc mở rộng máy tính IAS + IAS computer (tiếp) Các loại ghi Thanh ghi nhớ đệm (Memory buffer register MBR) •Chứa từ (word) lưu vào nhớ gửi cac cổng I/O •Hoặc sử dụng để nhận từ từ nhớ từ cổng I/O Thanh ghi địa nhớ (Memory address register MAR) •Chỉ định địa nhớ từ (word) chuẩn bị đọc ghi vào MBR Thanh ghi tập lệnh (Instruction register - IR) Thanh ghi nhớ đệm chứa tập lệnh (Instruction buffer register -IBR) Bộ đếm chương trình (Program counter - PC) Bộ cộng tích luỹ (AC) Nhân chia (MQ) •Chứa mã tác vụ bit lệnh thực thi •Được sử dụng để tạm thời lưu trữ lệnh nằm bên tay phải từ (word) nhớ •Lưu giữ địa nhớ cặp lệnh •Được sử dụng để tạm thời giữ toán hạng kết phép tính ALU + niệm mạch tích hợp (IC) Khái Sơ đồ gate memory cell + Khái niệm mạch tích hợp (IC) Mạch tích hợp: wafer silicon mỏng, chia thành ma trận vùng nhỏ, vùng chứa mạch giống hệt gọi chip Một chip chứa nhiều gate memory cell Chip đóng gói (packaged) Ban đầu, số lượng gate/memory cell chip cịn cơng nghệ gọi SSI - smallscale integration: mạch tích hợp kích thước nhỏ Về sau, số lượng G/C chip ngày nhiều + 1947 50 In in ve te n gr tio at n e d of c ir M cu o pr o it om re ’ ul s la ga w te d F tr irst an w si o st rk or in g Sự phát triển Chip 55 60 65 70 75 80 85 90 95 2000 05 100 bn 10 bn 1 bn 100 m 10 m 100,000 10.000 1,000 100 10 11 Figure 2.8 Growth in Transistor Count on Integrated Circuits (DRAM memory) Moore’s Law 1965; Gordon Moore – đồng sáng lập Intel Số lượng transistor chip tăng lên gấp đôi sau năm với giá thành khơng đổi Tốc độ sau chậm lại thành gấp đôi sau 18 tháng vào năm 1970 trì ngày Hệ quy luật Moore: Giá thành mạch nhớ logic máy tính giảm mạnh Chiều dài đường dẫn điện rút ngắn, tốc độ hoạt động tăng Máy tính trở nên nhỏ gọn thuận tiện cho sử dụng môi trường khác Giảm tiêu thụ điện yêu cầu làm mát Kết nối chip + Table 2.4 Đặc tính dịng máy System/360 Table 2.4 Characteristics of the System/360 Family Table 2.5 Sự phát triển dòng máy PDP-8 Table 2.5 Evolution of the PDP-8 + Cấu trúc bus DEC - PDP-8 Console controller CPU Main memory I/O module Omnibus Figure 2.9 PDP-8 Bus Structure I/O module + LSI d Các hệ Large Scale Integration VLSI Very Large Scale Integration Bộ nhớ bán dẫn Bộ vi xử lý ULSI Ultra Large Scale Integration + d Các hệ Các hệ sau dựa phát triển cơng nghệ mạch tích hợp: Large-scale integration (LSI) - mạch tích hợp cỡ lớn: 1000 thiết bị tích hợp chip Very-large-scale integration (VLSI): 10000 thiết bị/chip Hiện nay, Ultra-large-scale integration (ULSI): tỉ thành phần/chip Các công nghệ tảng cho phát triển hệ máy tính cơng nghệ cho việc sản xuất chế tạo linh kiện bản: Bộ nhớ bán dẫn: mạch tích hợp ban đầu sử dụng để chế tạo Bộ xử lý, nhiên, sau người ta sử dụng công nghệ để chế tạo nhớ máy tính Vi xử lý: xử lý có kích thước nhỏ + a Bộ nhớ bán dẫn Vào năm 1970 Fairchild giới thiệu nhớ bán dẫn dung lượng tương đối lớn Vào năm 1974, giá thành bit nhớ bán dẫn thấp giá thành nhớ lõi Chip đơn nhân Có thể chứa 256 bits nhớ Khơng xố Tốc độ nhanh lõi nhiều Giá thành nhớ tiếp tục giảm mạnh với tăng nhanh mật độ nhớ vật lý Sự phát triển công nghệ nhớ xử lý làm thay đổi chất máy tính suốt thập kỉ Kể từ năm 1970 nhớ bán dẫn trả qua 13 hệ phát triển Mỗi hệ sau lại tăng mật độ nhớ lên gấp lần so với hệ trước với giảm giá thành thời gian truy câp + b Vi xử lý Mật độ thành phần chip xử lý tiếp tục tăng 1971 Intel phát triển dòng 4004 Chip chứa tất thành phần CPU chip đơn Sự đời vi xử lý 1972 Intel phát triển dòng 8008 Ngày nhiều thành phần đặt chip dẫn đến chip cần thiết để xây dựng xử lý máy tính Vi xử lý bit 1974 Intel phát triển dòng 8080 Vi xử lý đa Nhanh hơn, có tập lệnh phong phú hơn, có khả định vị mạnh Quá trình phát triển vi xử lý Intel a 1970s Processors b 1980s Processors Quá trình phát triển vi xử lý Intel c 1990s Processors d Recent Processors Key terms + accumulator (AC) (bộ cộng tích lũy): ghi AC arithmetic and logic unit (ALU): khối tính tốn số học logic Chip clock cycle: chu kỳ đồng hồ clock rate: tốc độ đồng hồ embedded system: hệ thống nhúng execute cycle: chu thi fetch cycle: chu kỳ truy xuất instruction buffer register (IBR): ghi đệm lệnh + Câu hỏi Khái niệm chương trình lưu trữ gì? Bốn thành phần máy tính đa nhiệm gì? Trình bày luật Moore Nêu đặc điểm máy IAS Với cơng nghệ mạch tích hợp, hệ thống máy tính có đặc điểm Mạch tích hợp xây dựng dựa thành phần nào? ... Table 2. 4 Đặc tính dòng máy System/360 Table 2. 4 Characteristics of the System/360 Family Table 2. 5 Sự phát triển dòng máy PDP-8 Table 2. 5 Evolution of the PDP-8 + Cấu trúc bus DEC - PDP-8 Console... kích thước nhỏ PDP-1 máy tính DEC: máy tính mini – dịng máy thống trị máy tính hệ thứ ba Máy tính bật hệ dòng máy IBM 7000 hãng IBM (slide sau) Bảng 2. 3 Một số thông số dịng máy tính IBM 700/7000...+ Chương Lịch sử phát triển máy tính Sơ lược lịch sử phát triển máy tính Các đặc tính thiết kế máy tính Chip đa nhân Kiến trúc x86 Hệ thống nhúng Đánh giá hiệu suất máy + Sơ lược