Đang tải... (xem toàn văn)
Võ Văn Chín ThS.[r]
(1)Msc Võ Văn Chín ThS Nguyễn Hồng Vân
KS Phạm Hữu Tài
Giáo trình
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Được biên soạn khuôn khổ dự án ASVIET002CNTT ”Tăng cường hiệu quả đào tạo năng lực tự đào tạo của sinh viên
khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Cần thơ”
(2)Kiến trúc máy tính Mục lục
MỤC LỤC *****
MỤC LỤC 2
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 5
GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH 5
MỤC ĐÍCH
YÊUCẦU
NỘIDUNG
KIẾNTHỨCTIÊNQUYẾT
TÀILIỆUTHAMKHẢO
PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP
CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG 7
I.1CÁCTHẾHỆMÁYTÍNH
a. Thế hệđầu tiên (1946-1957) 7
b. Thế hệ thứ hai (1958-1964) 8
c. Thế hệ thứ ba (1965-1971) 8
d. Thế hệ thứ tư (1972-????) 8
e. Khuynh hướng 8
I.2PHÂNLOẠIMÁYTÍNH
I.3THÀNHQUẢCỦAMÁYTÍNH 10
QUILUẬTMOOREVỀSỰPHÁTTRIỂNCỦAMÁYTÍNH 10
I.4-THƠNGTINVÀSỰMÃHỐTHƠNGTIN 12
I.4.1 - Khái niệm thơng tin 12
I.4.2 - Lượng thông tin mã hố thơng tin 13
I.4.3 - Biểu diễn số: 13
I.4.4 Số nguyên có dấu 16
I.4.5 - Cách biểu diễn số với dấu chấm động: 17
I.4.6 - Biểu diễn số thập phân 19
I.4.7 - Biểu diễn ký tự 19
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG I 22
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ 23
II.1-THÀNHPHẦNCƠBẢNCỦAMỘTMÁYTÍNH 23
II.2-ĐỊNHNGHĨAKIẾNTRÚCMÁYTÍNH 25
II.3-CÁCKIỂUTHIHÀNHMỘTLỆNH 25
II.4-KIỂUKIẾNTRÚCTHANH GHI ĐADỤNG 27
II.5-TẬPLỆNH 27
II.5.1 - Gán trị 28
II.5.2 - Lệnh có điều kiện 29
II.5.3 - Vòng lặp 30
II.5.4 - Thâm nhập nhớ ngăn xếp 31
II.5.5 - Các thủ tục 31
(3)II.7-KIỂUCỦATOÁNHẠNGVÀCHIỀUDÀICỦATOÁNHẠNG 34
II.8-TÁCVỤMÀLỆNHTHỰCHIỆN 34
II.9-KIẾNTRÚCRISC(REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) 35
II.10-KIỂUĐỊNHVỊTRONGCÁCBỘXỬLÝRISC 37
II.10.1 - Kiểu định vị ghi 37
II.10.2 - Kiểu định vị tức 37
II.10.3 - Kiểu định vị trực tiếp 38
II.10.4 - Kiểu định vị gián tiếp ghi + độ dời 38
II.10.5 - Kiểu định vị tự tăng 38
II.11- NGÔNNGỮCẤPCAOVÀNGÔNNGỮMÁY 39
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG II 41
CHƯƠNG III: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ 42
III.1.ĐƯỜNGĐICỦADỮLIỆU 42
III.2.BỘĐIỀUKHIỂN 44
III.2.1 Bộđiều khiển mạch điện tử 44
III.2.2 Bộđiều khiển vi chương trình: 45
III.3.DIỄNTIẾNTHIHÀNHLỆNHMÃMÁY 46
III.4.NGẮTQUÃNG(INTERRUPT) 47
III.5.KỸTHUẬTỐNGDẪN(PIPELINE) 48
III.6.KHĨKHĂNTRONGKỸTHUẬTỐNGDẪN 49
III.7.SIÊUỐNGDẪN 51
III.8.SIÊUVƠHƯỚNG(SUPERSCALAR) 52
III.9.MÁYTÍNHCĨLỆNHTHẬTDÀIVLIW(VERYLONGINSTRUCTION WORD) 53
III.10.MÁYTÍNHVECTƠ 53
III.11.MÁYTÍNHSONGSONG 53
III.12KIẾNTRÚCIA-64 59
a) Đặc trưng kiến trúc IA-64: 59
b) Định dạng lệnh kiến trúc IA-64 60
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG III 62
CHƯƠNG IV: CÁC CẤP BỘ NHỚ 63
IV.1.CÁCLOẠIBỘNHỚ 63
IV.2.CÁCCẤPBỘNHỚ 65
IV.3.XÁCSUẤTTRUYCẬPDỮLIỆUTRONGBỘNHỚTRONG 66
IV.4.VẬNHÀNHCỦACACHE 67
IV.5.HIỆUQUẢCỦACACHE 72
IV.6.CACHEDUYNHẤTHAYCACHERIÊNGLẺ 73
IV.7.CÁCMỨCCACHE 73
IV.8.BỘNHỚTRONG 74
IV.9.BỘNHỚẢO 75
IV.10.BẢOVỆCÁCTIẾNTRÌNHBẰNGCÁCHDÙNGBỘNHỚẢO 79
CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG IV 81
(4)Kiến trúc máy tính Mục lục
V.1.DẪNNHẬP 82
V.2.ĐĨATỪ 82
V.3.ĐĨAQUANG 84
V.4.CÁCLOẠITHẺNHỚ 86
V.5.BĂNGTỪ 86
V.6.BUSNỐINGOẠIVIVÀOBỘXỬLÝVÀBỘNHỚTRONG 87
V.7.CÁCCHUẨNVỀBUS 89
V.8.GIAODIỆNGIỮABỘXỬLÝVỚICÁCBỘPHẬNVÀORA 90
V.9.MỘTSỐBIỆNPHÁPANTỒNDỮLIỆUTRONGVIỆCLƯUTRỮTHƠNG TINTRONGĐĨATỪ 91
(5)GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
MỤC ĐÍCH
Giáo trình nhằm trang bị cho người đọc nội dung chủ yếu sau:
¾ Lịch sử phát triển máy tính, hệ máy tính cách phân loại máy tính Cách biến đổi hệ thống số, bảng mã thông dụng dùng để biểu diễn ký tự
¾ Giới thiệu thành phần hệ thống máy tính, khái niệm kiến trúc máy tính, tập lệnh Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, kiểu định vị
¾ Giới thiệu cấu trúc xử lý trung tâm: tổ chức, chức nguyên lý hoạt động phận bên xử lý Mô tả diễn tiến thi hành lệnh mã máy số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vơ hướng, máy tính có lệnh thật dài, máy tính véc-tơ, xử lý song song kiến trúc IA-64
¾ Giới thiệu chức nguyên lý hoạt động cấp nhớ máy tính
¾ Giới thiệu số thiết bị lưu trữ như: đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng từ Hệ thống kết nối phận bên máy tính Cách giao tiếp ngoại vi xử lý
¾ Phương pháp an toàn liệu thiết bị lưu trữ
YÊU CẦU
Sau học xong môn học này, người học trang bị kiến thức về:
¾ Sinh viên trang bị kiến thức lịch sử phát triển máy tính, hệ
máy tính cách phân loại máy tính Nắm vững khái niệm liên quan đến hệ thống số dùng máy tính Thành thạo thao tác biến đổi số hệ
thống số
¾ Sinh viên có kiến thức thành phần hệ thống máy tính, khái niệm kiến trúc máy tính, tập lệnh Nắm vững kiến thức kiểu kiến trúc máy tính, kiểu định vị dùng kiến trúc, loại chiều dài toán hạng, tác vụ mà máy tính thực Phân biệt hai loại kiến trúc: CISC (Complex
Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer) Các kiến thức
bản kiến trúc RISC, tổng quát tập lệnh kiến trúc máy tính
¾ Sinh viên phải nắm vững cấu trúc xử lý trung tâm diễn tiến thi hành lệnh mã máy, sở để hiểu hoạt động xử lý lệnh kỹ
thuật xử lý thơng tin máy tính
¾ Sinh viên phải hiểu cấp nhớ cách thức vận hành loại
nhớđược giới thiệu để có thểđánh giá hiệu hoạt động loại nhớ
(6)Kiến trúc máy tính Chương V:Nhập xuất
v) RAID 5: yêu cầu thiết lập giống RAID 4, liệu ghi khối đĩa thành viên, bit chẵn lẻđược tính tốn mức độ khối ghi trải lên tất ổđĩa mảng Tương tự RAID 4, đĩa mảng bị hư hỏng, hệ thống hoạt động bình thường Khi thay đĩa vào mảng, vào
liệu đĩa cịn lại, hệ thống tái tạo thơng tin Hiệu suất sử dụng đĩa cho cách thiết lập n-1/n RAID có thểđược thiết lập phần cứng (RAID controller) Cơ
chế khắc phục khuyết điểm nêu chế RAID
vi) RAID 6: Trong kỹ thuật này, cần có n+2 đĩa mảng Trong đó, n đĩa
liệu đĩa riêng biệt để lưu khối kiểm tra Một hai đĩa kiểm tra dùng chế
kiểm tra RAID 4&5, đĩa lại kiểm tra độc lập theo giải thuật kiểm tra Qua đó, phục hồi liệu có hai đĩa liệu mảng bị hư
hỏng
Hiện nay, RAID 0,1,5 dùng nhiều hệ thống Các giải pháp RAID (trừ RAID 6) chỉđảm bảo an toàn liệu có đĩa mảng bị hư hỏng Ngoài ra, hư hỏng liệu phần mềm hay chủ quan người không đề
cập chương trình Người dùng cần phải có kiến thức đầy đủ hệ thống để hệ
thống thơng tin hoạt động hiệu an tồn
***** B16 P(12-15) B9 B5 Block1 P(16-19) B12 B8 B4 Block B17 B13 P(8-11) B6 Block2 B18 B14 B10 P(4-7) Block3 B19 B15 B11 B7 P(0-3)
Hình V.13: RAID 5
Q(16-19) P(12-15) B9 B5 Block1 B19 B15 B11 B7 Q(0-3) P(16-19) B12 B8 B4 Block B16 Q(12-15) P(8-11) B6 Block2 B17 B13 Q(8-11) P(4-7) Block3 B18 B14 B10 Q(4-7) P(0-3)
(7)CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG V
*****
1 Mô tả vận hành ổđĩa cứng Cách lưu trữ thông tin ổđĩa cứng Mơ tả biện pháp an tồn việc lưu trữ thông tin đĩa cứng Nguyên tắc vận hành đĩa quang Ưu khuyết điểm loại đĩa quang Thơng thường có loại bus? Tại phải có chuẩn cho bus
vào ra?
5 Thế chủ nhân bus? Khi bus có nhiều chủ nhân làm để
giải tranh chấp bus?