Bài giảng môn học Kiến trúc máy tính - Tổ chức máy tính

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Tổ chức máy tính cung cấp người học các kiến thức: Sơ đồ hệ thống máy tính, bộ vi xử lý, lịch sử phát triển CPU, công nghệ của CPU, intel core I7, phân loại BUS, giao tiếp giữa CPU và ngoại vi,... Mời các bạn cùng tham khảo.

1 Mơn học: Kiến trúc máy tính • ALU (đơn vị luận lý số học): thành phần chịu trách nhiệm tính tốn phép tốn số học logic • Thanh ghi: dùng để chứa toán hạng, kết trả địa truy xuất CPU • CU (đơn vị điều khiển): thành phần chịu trách nhiệm điều khiển trạng thái hoạt động CPU • • • • • • • • • 1970 CPU 4004 (4 bit) Intel chip đời 1972 CPU Intel 8008 (8 bit) 1974 CPU 8080, 1978 CPU 8086 (16 bit) 1979 CPU 8088 (8 bit) 1981 máy tính IBM PC đời sở CPU Intel 8088 hệ điều hành MS DOS 1982 CPU 80286 (16 bit) 1985 CPU 80386 (32 bit), 1989 CPU 80486 (xuất khái niệm đa nhiệm) 1993 Pentium 1997 CPU Pentium II • 1999 CPU Pentium III • 2000 CPU Pentium IV • 2002 Cơng nghệ siêu phân luồng cho Pentium IV  tăng hiệu suất hoạt động máy tính lên 25% • 2003 Pentium IV Extreme Edition • 2005 Dual Core • 2006 Core Duo  tăng thêm 40% hiệu suất hoạt động • Đầu năm 2007, Core Quad với số lõi thực • Cuối năm 2008, Core i7 đời với cơng nghệ Turbo Boost • Cuối năm 2009, Core i5 • Đầu năm 2010, Core i3 • Hyper Threading Technology (HTT): công nghệ siêu phân luồng cho phép giả lập thêm CPU luận lý CPU vật lý, giúp CPU xử lý nhiều thơng tin • Multi Core (đa nhân): Cơng nghệ chế tạo CPU có hai hay nhiều nhân, xử lý vật lý hoạt động song song với nhau, nhân đảm nhận công việc riêng biệt • Intel® Turbo Boost: Là cơng nghệ nâng hiệu suất máy tính lên thêm 20%, giúp hệ thống hoạt động nhanh kéo dài thời lượng pin, cách tự động điều chỉnh xung nhịp nhân độc lập cho phù hợp với nhu cầu xử lý Tập trung sức mạnh xử lý chơi game, quản lý đa phương tiện, hỗ trợ phần mềm ứng dụng xử lý đa luồng • lõi (core) vật lý • Bộ nhớ đệm (cache) cấp • Sử dụng công nghệ Intel: TurboBoost Hyper-Threading – Turbo-Boost: tự động điều chỉnh xung nhịp lõi độc lập phù hợp với nhu cầu xử lý  tăng hiệu suất lên 20% – Hyper-Threading: cung cấp luồng (thread) xử lý lõi  nhân đôi số tác vụ mà vi xử lý thực thi 10 11 • • • Bus liệu (data bus): truyền liệu thành phần hệ thống (2 chiều) Bus địa (address bus): để CPU xác định thành phần hệ thống (1 chiều) Bus điều khiển (control bus): để CPU lệnh điều khiển cho thành phần hệ thống (2 chiều) 12 13 14 • Bus địa bao gồm tín hiệu dùng để chuyển tải địa (thường ký hiệu A, ví dụ CPU có 20 tín hiệu từ A0 đến A19) Khi đọc/ghi nhớ (hoặc I/O), CPU đưa Bus địa nhớ (hoặc I/O) cần đọc/ ghi • Như vậy, số lượng tín hiệu địa định không gian nhớ (tức số lượng nhớ) mà CPU định vị Ví dụ: • CPU 8088/8086 có 20 bít tín hiệu địa khơng gian nhớ CPU 220 = 1Mbytes • CPU Pentium II có 36 tín hiệu địa khơng gian nhớ 236 = 64Gbytes 15 • Bus liệu gồm tín hiệu dùng để chuyển tải liệu (thường ký hiệu D) Số tín hiệu liệu định số bit liệu mà CPU xử lý lúc Lưu ý tín hiệu liệu hai chiều CPU đọc/ghi liệu từ nhớ I/O • Bus điều khiển dùng để điều khiển hoạt động hệ thống tín hiệu /WR (Write) để báo hiệu CPU đọc liệu, /RD (Read) để báo hiệu CPU ghi liệu, Ready dùng để báo cho CPU biết nhớ (hoặc I/O) sẵn sàng trình trao đổi liệu…Do đó, Bus điều khiển phải hai chiều 16 • Bộ ghép nối vào cho phép ghép nối hệ thống với thiết bị vào/ (I/O) hình, bàn phím, chuột, ỗ đĩa…thơng qua địa cổng vào/ (Port) 17 • Bus địa có 20 bit  khơng gian nhớ CPU 220 ô nhớ Trong CPU Intel, nhớ có độ dài bit, nên không gian nhớ tương ứng CPU 8088/ 8086 Mega bytes • CPU 8088/8086 có 14 ghi 16 bit Trong sơ đồ bên ghi đa AX, BX, CX, DX trình bày dạng hai ghi bit tương ứng 18 • Một chương trình hoạt động có vùng nhớ: o Mã lệnh o Dữ liệu o Ngăn xếp (Stack) • CPU 8088/8086 có ghi đoạn: o CS (Code Segment) ghi đoạn mã lệnh, trỏ đến vùng nhớ chứa mã lệnh chương trình o DS (Data Segment) ghi đoạn liệu, trỏ đến vùng nhớ chứa liệu chương trình o ES (Extra Segment) ghi đoạn liệu phụ, trỏ đến vùng nhớ chứa liệu chương trình o SS (Stack Segment) ghi đoạn ngăn xếp 19 AX (16 bit) AH (8 bit) AL (8 bit) CX (16 bit) CH (8 bit) CL (8 bit) BX (16 bit) BH (8 bit) BL (8 bit) DX (16 bit) DH (8 bit) DL (8 bit) • AX (Accumulator Register - ghi tích lũy): Dùng phép nhân chia, chứa liệu cho lệnh in, out • BX (Base Register - ghi sở): Dùng chế độ địa sở • CX (Count register - ghi đếm): Dùng để đếm số lần lặp lệnh lặp • DX (Data Register - ghi liệu): Dùng để chứa địa cho lệnh in/ out làm toán hạng lệnh nhân, chia 16 bit (DX chứa 16 bit cao) 20 • SI (Source Index) DI (Destination Index): Các ghi dùng trỏ để truy xuất gián tiếp đến nhớ • IP (Instruction Pointer): Trỏ đến lệnh mà CPU thực • SP (Stack Pointer): Trỏ đến nhớ nằm vùng ngăn xếp • BP (Base Pointer): Được dùng để truy xuất gián tiếp đến nhớ 21 • Thanh ghi cờ có nhiều chức năng: phản ánh kết sau tính tốn, thể trạng thái họat động CPU… Cờ tràn (Overflow Flag - OF) Cờ hướng (DirectionFlag – DF Cờ ngắt (Interrupt flag - IF) Cờ dấu (Sign Flag - SF) Cờ Zero (Zero Flag - ZF) Cờ phụ (Auxililary Flag - AF): Cờ nhớ phụ chứa bit nhớ • Cờ parity (Parity Flag PF) • Cờ nhớ (Carry Flag – CF): Cờ nhớ dùng cho phép tốn nhị phân khơng dấu • • • • • • 22 ... có nhiều chức năng: phản ánh kết sau tính tốn, thể trạng thái họat động CPU… Cờ tràn (Overflow Flag - OF) Cờ hướng (DirectionFlag – DF Cờ ngắt (Interrupt flag - IF) Cờ dấu (Sign Flag - SF) Cờ... cơng nghệ Intel: TurboBoost Hyper-Threading – Turbo-Boost: tự động điều chỉnh xung nhịp lõi độc lập phù hợp với nhu cầu xử lý  tăng hiệu suất lên 20% – Hyper-Threading: cung cấp luồng (thread)... • AX (Accumulator Register - ghi tích lũy): Dùng phép nhân chia, chứa liệu cho lệnh in, out • BX (Base Register - ghi sở): Dùng chế độ địa sở • CX (Count register - ghi đếm): Dùng để đếm số lần