Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 1, trình bày các nội dung sau: Các khái niệm và định nghĩa cơ bản, nguyên lý họat động, nội dung môn học, phân lọai máy tính, lịch sử phát triển máy tính, tổ chức tổng quát máy tính,...
Chương Tổng quan Kiến trúc máy tính Nội dung • Các khái niệm định nghĩa • Ngun lý họat động • Nội dung mơn học • Phân lọai máy tính • Lịch sử phát triển máy tính • Tổ chức tổng qt máy tính Các khái niệm định nghĩa • Máy tính (Computer) – Máy tính thiết bị điện tử xử lý liệu, hoạt động cách tự động điều khiển chương trình lưu trữ nhớ Các khái niệm định nghĩa • Hệ thống máy tính (Computer system) – Một hệ thống máy tính bao gồm máy tính thiết bị ngoại vi • Thiết bị ngoại vi (Peripherals) – Bao gồm thiết bị nhập (input devices), thiết bị xuất (output devices) nhớ thứ cấp (secondary storage) Các khái niệm định nghĩa • Chương trình (program) – Danh sách lệnh (command) thị (instruction) để xử lý máy tính thi hành • Lệnh tập lệnh – – Bộ xử lý (CPU) máy tính đuợc thiết kế để hiểu thi hành lệnh thiết kế truớc nhà sản xuất CPU Tập hợp tất lệnh CPU hiểu đuợc gọi tập lệnh (instruction set) CPU Các khái niệm định nghĩa • Lập trình (programming) – – – Việc viết chương trình cho máy tính chạy gọi lập trình Người viết chương trình gọi lập trình viên (programmer) Máy tính khơng thể tự giải tóan cần có chương trình người viết Người lập trình phải biết cách giải tốn viết chương trình cho máy giải • Xử lý liệu (data processing) – – Bao gồm thao tác: Thu thập, nhập, lưu trữ, tìm kiếm, tính tóan, trình bày kết Hệ thống máy tính cần có người tham gia Các khái niệm định nghĩa • Ngơn ngữ lập trình – Ngơn ngữ tự nhiên (natural language): • Do nguời sử dụng Lệ thuộc ngữ cảnh, khơng có tính xác quán cần thiết cho máy tính • Khơng sử dụng cho máy tính – Ngơn ngữ máy (machine language) • Là ký hiệu nhị phân (số 1) mà linh kiện điện tử máy tính hiểu xử lý • Rất khó khăn nguời sử dụng trực tiếp – – Ngôn ngữ dùng ký hiệu/ Hợp ngữ Symbolic language/ Assembly language dạng ký hiệu/gợi nhớ tập lệnh CPU Ngơn ngữ lập trình (programming language) • Là trung gian ngôn ngữ tự nhiên ngôn ngữ máy Các khái niệm định nghĩa Con nguời Ngơn ngữ Tự nhiên Máy tính Ngơn ngữ Lập trình Ngôn ngữ Cấp cao HLL High Level Language Ngôn ngữ Máy Ngôn ngữ Cấp thấp LLL Low Level Language Các khái niệm định nghĩa • Chương trình dịch (translator) – – – – Máy tính khơng hiểu đuợc ngơn ngữ lập trình ngơn ngữ tự nhiên Cần phải dịch ngơn ngữ lập trình nguời viết ngơn ngữ máy để máy tính thi hành Việc dịch thực tự động thơng qua chương trình gọi chương trình dịch Bao gồm loại: • Trình Biên dịch (Compiler) • Trình Thơng dịch (Interpreter) Các khái niệm định nghĩa • Thành phần máy tính – Phần cứng (hardware) • Bộ xử lý CPU • Bộ nhớ (Memory) • Thiết bị ngoại vi – Phần mềm (software) • Hệ thống (system software) • Ứng dụng (application software) – Phần dẻo (firmware) • Trung gian phần cứng phần mềm 10 Tổ chức tổng qt máy tính • CPU – – Chức năng: Điều khiển họat động bên MT thực phép tính Thành phần: • CU (Control Unit) • ALU (Arithmetic & Logic Unit) • Các ghi (Registers) – Khả xử lý : bit • 8, 16, 32, 64 bit … – Tốc độ xử lý (tính tốn): ??? 46 Tổ chức tổng qt máy tính • CPU (tiếp) – – Nhiệm vụ: thi hành chương trình Chu trình lệnh: Lấy lệnh, thi hành lệnh 47 Tổ chức tổng qt máy tính • Bộ nhớ (memory) – – – – Chức năng: Lưu trữ liệu chương trình máy tính Tổ chức : Bộ nhớ đuợc chia có kích thước Mỗi lưu trữ byte từ máy (word) word chứa 2, 4, 8, 16,… byte tùy theo nhà sản xuất máy tính Cần địa (address) để gán cho ô nhớ Mục đích để phân biệt ô nhớ với truy cập liệu Phân lọai nhớ: • RAM (Random Access Memory) • ROM (Read Only Memory) • Cache 48 Tổ chức tổng qt máy tính • Bộ nhớ (tiếp) – – Phân cấp nhớ Khác biệt: Dung lượng, tốc độ truy cập, giá thành 49 Tổ chức tổng qt máy tính • Bộ nhớ (tiếp) – Đặc điểm loại nhớ 50 Tổ chức tổng qt máy tính • Bộ nhớ (tiếp) – Các mức cache 51 Tổ chức tổng quát máy tính • Thiết bị ngọai vi (peripherals) – – – Chức năng: giao tiếp máy tính với giới bên (con người) Nhiệm vụ: chuyển đổi dạng liệu người máy tính Phân loại: • • • • Thiết bị nhập (input devices) Thiết bị xuất (output devices) Thiết bị truyền thông (communication devices) Thiết bị lưu trữ (storage devices) 52 Tổ chức tổng quát máy tính • Thiết bị ngọai vi (tiếp) – Các lọai thiết bị lưu trữ • Giấy – Băng giấy đục lỗ, Phiếu đục lỗ, … • Từ tính – Xuyến từ, Trống từ, Băng từ – Đĩa từ (Đĩa mềm, Đĩa cứng) • Quang học – CD/ DVD – Blue-ray, HD-DVD • Quang từ – MO disk • Bán dẫn – USB Flash, SSD, thẻ nhớ, … • Khác – Bubble, Hologram, 53 Tổ chức tổng quát máy tính • Thiết bị ngọai vi (tiếp) – Tốc độ truy cập số thiết bị ngoại vi thông dụng 54 Tổ chức tổng qt máy tính • Bus hệ thống – – – – Mục đích: Tổ chức dạng bus dùng để đơn giản hóa việc tổ chức phân luồng liệu hệ thống máy tính Chức năng: Liên kết & truyền tín hiệu thành phần MT Cần chế cho thời điểm, có ghi đặt liệu lên bus để tránh tranh chấp bus Phân lọai: • Data bus • Address bus – Khơng gian địa • Control bus 55 Tổ chức tổng quát máy tính • Bus hệ thống (tiếp) – Mơ hình hệ thống máy tính bus CPU Address Address bus Registers Memory Address Instruction Instruction : Control bus CU Data ALU Data : Data bus Data 56 Tổ chức tổng qt máy tính • Bus hệ thống (tiếp) – Ví dụ Control bus 57 Tổ chức tổng quát máy tính • Bus hệ thống (tiếp) – Đồng bus: Các thành phần máy tính phải hoạt động đồng • Mỗi họat động chia nhiều buớc nhỏ • Cần trọng tài đánh nhịp để điều khiển buớc hoạt động • Ví dụ: thao tác đọc nhớ chia ra: – – – – – – CPU gửi yêu cầu đọc cho BN (bus điều khiển) CPU gửi địa cần đọc cho BN (bus địa chỉ) BN giải mã địa BN xuất liệu cho CPU (bus liệu) • Một chu kỳ lệnh gồm nhiều chu kỳ máy (4 VD trên) • Đơn vị đo tốc độ xung nhịp: Hertz (Hz) chế độ tốc độ họat động CPU máy tính Sự tồn BN cache 58 Tổ chức tổng qt máy tính • Bus hệ thống (tiếp) – Ví dụ minh hoạ đồng bus 59 Tổ chức tổng qt máy tính • Bus hệ thống (tiếp) – Trong thực tế người ta phân bus hệ thống nhiều mức tốc độ có chênh lệch thành phần máy tính 60 ... với kiến trúc phần cứng 21 Nội dung mơn học • Sự phân cấp máy tính theo Tanenbaum Cấp n Máy ảo Mn với ngơn ngữ máy Ln Cấp Máy ảo M4 với ngôn ngữ máy L4 Cấp Máy ảo M3 với ngôn ngữ máy L3 Cấp Máy. .. máy L2 Cấp Máy thật M1 với ngơn ngữ máy L1 Chương trình Ln dịch hay phiên dịch chạy máy cấp thấp Chương trình L3 dịch hay phiên dịch chạy M1 hay M2 Chương trình L2 dịch hay phiên dịch chạy M1... động • Ví dụ máy Turing – – – – – Thực phép toán NOT chuỗi bit 0 /1 Chuỗi liệu nhập ban đầu 10 Tập ký hiệu máy {0 ,1} Tập trạng thái {q0, q1} Tập lệnh gồm lệnh : q001Rq0, q 010 Rq0, q0bbNq1 q0 q0 Ban