BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (COMPUTER ARCHITECTURE)

TRƯỜNG ĐHCN TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN BÀI GIẢNG KIẾN TRÚC MÁY TÍNH (COMPUTER ARCHITECTURE) Giới thiệu Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) phantrung.wordpress.com phantrung595@gmail.com ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Mục đích Lịch sử phát triển hoạt động máy tính Các cấu trúc liên kết với máy tính Biểu diễn liệu số học máy tính Cấu trúc chức CPU Bộ nhớ Hệ thống vào Tập lệnh Mạch logic số (thêm) ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Tài liệu tham khảo William Stallings – Computer Organization and Atchitecture 8𝑡ℎ Edition Giáo trình Kiến trúc máy tính DH cần thơ ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Nội dung mơn học Tổng quan kiến trúc máy tính Biểu diễn liệu số học máy tính Mạch logic số (tham khảo) Tập lệnh Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ máy tính Hệ thống vào ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Chương Tổng quan KTMT Một số khái niệm công nghệ Các hệ máy tính ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các khái niệm cơng nghệ  Máy tính (Computer) máy xử lý liệu, hoạt động cách tự động điều khiển danh sách lệnh (gọi chương trình) lưu trữ nhớ ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các khái niệm cơng nghệ Một hệ thống máy tính (Computer System) bao gồm máy tính thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi (Peripherals) bao gồm thiết bị nhập, thiết bị xuất nhớ thứ cấp ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các khái niệm cơng nghệ  Kiến trúc máy tính (Architecture) liên quan đến thuộc tính hệ thống máy tính có khả thấy người lập trình, thuộc tính có ảnh hưởng trực tiếp đến logic thực chương trình ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các khái niệm cơng nghệ  Các thuộc tính KTMT: o Tập lệnh o Các phương pháp biểu diễn liệu o Cơ chế xuất nhập o Các khối CPU o Chức thành phần o Sự thực lệnh o Tố chức nhớ( kỹ thuật định vị nhớ) o Các cách mà thành phần kết nối với o… ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Kênh IO (IO channel) o Việc điều khiển IO thực xử lý IO chuyên dụng o Bộ xử lý IO hoạt động theo chương trình riêng o Chương trình xử lý IO nằm nhớ nằm nhớ riêng o Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý • CPU gửi yêu cầu IO cho kênh IO • Kênh IO tự thực việc truyền liệu ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Cấu hình DMA 1: Bus chung, DMA tách biệt o Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus hai lần • Giữa mô-đun IO với DMAC • Giữa DMAC với nhớ o CPU bị treo khỏi bus lần ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Cấu hình DMA 2: Bus chung, DMA tích hợp o DMAC điều khiển vài mô-đun IO o Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus lần • Giữa DMAC với nhớ o CPU bị treo khỏi bus lần ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Cấu hình DMA 3: Bus IO riêng o Bus IO tách rời hỗ trợ tất thiết bị cho phép DMA o Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus lần • Giữa DMAC với nhớ o CPU bị treo khỏi bus lần ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính 7.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi o Các kiểu nối ghép • Nối ghép song song (parallel) • Nối ghép nối tiếp (serial) o Nối ghép song song • • • • Truyền nhiều bit song song Cần nhiều đường truyền liệu Tốc độ nhanh Dễ bị nhiễu tín hiệu ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính … o Nối ghép nối tiếp • Truyền bit • Cần có chuyển đổi từ liệu song song sang nối tiếp hoặc/và ngược lại • Cần đường truyền liệu • Tốc độ chậm ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các cấu hình nối ghép  Điểm tới điểm (Point to Point) o Mỗi cổng IO nối ghép với thiết bị ngoại vi o Ví dụ: • SATA (Serial ATA) • SAS (Serial Atache SCSI)  Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) o Mỗi cổng IO cho phép nối ghép với nhiều thiết bị ngoại vi o Ví dụ: • SCSI (Small Computer System Interface): 15 thiết bị • USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị • IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các cổng vào thơng dụng o PS/2: nối ghép bàn phím chuột – MiniDIN chân o RJ45: nối ghép mạng o LPT (Line Printer): nối ghép với máy in, cổng song song (Parallel Port) – 25 chân o COM (Communication): nối ghép với Modem, cổng nối tiếp (Serial Port) - 25 chân o USB (Universal Serial Bus): Cổng nối tiếp đa năng, cho phép nối ghép tối đa 127 thiết bị ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Ví dụ: Các cổng nối ghép card hình o o o o VGA: Cổng nối ghép hình Analog– 15 chân DVI: Cổng nối ghép hình Digital S-Video HDMI ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Ví dụ: Hệ thống bus ngoại vi máy PC ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính … o ISA (Industry Standard Architecture): Sử dụng máy PC 8086 (8 bit) AT 80286 (16 bit) o MCA (Micro Channel Architecture): Sử dụng máy 80386 IBM (32 bit) o EISA (Extended ISA) Sử dụng máy 80386 tương thích (32 bit) o VL bus (VESA Local bus): Sử dụng máy 80486 (32 bit) ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính … o AGP (Accelerated Graphics Port): Bus dành riêng cho card hình máy Pentium Bao gồm mức tốc độ 1x, 2x, 4x 8x (1x=266MB/s) o PCI (Peripheral Component Interconnect): Sử dụng máy Pentium (32 & 64 bit) • PCI-X: Sử dụng tần số xung nhịp cao (66-133 MHz) so với PCI 33 MHz • PCI-E (PCI-Express): Cho phép truyền liệu tốc độ cao, sử dụng máy PC đời Gồm nhiều mức tốc độ: 1x, 2x, …, 32x (1x: Lane có đường truyền nối tiếp 250 MB/s) ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các cổng điều khiển đĩa o Đĩa mềm : Dùng cáp 34 chân kết nối tối đa ổ mềm o Đĩa cứng/CD/DVD/SSD : • • • • • • Chuẩn ST506 Chuẩn ESDI Chuẩn IDE/UDMA/PATA Chuẩn SCSI Chuẩn SATA Chuẩn SAS ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Các thiết bị ngoại vi thơng dụng Thiết bị nhập o Bàn phím, chuột, scanner, digitizer, micro, đọc vân tay, đọc bar-code, camera, … Thiết bị xuất o Màn hình, máy in, máy vẽ, loa, projector, … Thiết bị mạng & truyền thông o Modem, Router,… Thiết bị lưu trữ o Đĩa mềm, đĩa cứng, SSD, CD, DVD, thẻ nhớ, … ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính Câu hỏi ThS Nguyễn Phan Trung Kiến Trúc Máy Tính