Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 1 - Phan Trung Kiên

Bài giảng Kiến trúc máy tính: Chương 1 do Phan Trung Kiên biên soạn cung cấp cho các bạn những kiến thức chung về máy tính, đây là những kiến thức cơ bản và là nền tảng mà các bạn chuyên ngành Công nghệ thông tin cần nắm, mời các bạn tham khảo tài liệu để hiểu rõ hơn về điều này.

Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÍNH 1.2 SỰ TIẾN HĨA CỦA MÁY TÍNH zThế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân khơng (1943-1956) zThế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor (1957-1965) zThế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI LSI (1966-1980) zThế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch VLSI, SLSI (1981-nay) Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 1.2.1 Máy tính dùng đèn điện tử chân khơng zENIAC - Máy tính điện tử {Electronic Numerical Intergator And Computer {Dự án Bộ Quốc phòng Mỹ {Do John Mauchly John Presper Eckert Đại học Pennsylvania thiết kế {Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc ENIAC zNặng 30 zKích thước 140 m2 z18000 đèn điện tử 1500 rơle z5000 phép cộng/giây zXử lý theo số thập phân zBộ nhớ lưu trữ liệu zLập trình cách thiết lập vị trí chuyển mạch cáp nối Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc ENIAC zNặng 30 zKích thước 140 m2 z18000 đèn điện tử 1500 rơle z5000 phép cộng/giây zXử lý theo số thập phân zBộ nhớ lưu trữ liệu zLập trình cách thiết lập vị trí chuyển mạch cáp nối Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc Máy tính Von Neumann zCịn gọi máy tính IAS: Princeton Institute for Advanced Studies zĐược 1947, hoàn thành 1952 zDo John von Neumann thiết kế zĐược xây dựng theo ý tưởng “chương trình lưu trữ” (stored-program concept) Von Neumann/Turing (1945) Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc Đặc điểm máy tính IAS z Bao gồm thành phần: đơn vị điều khiển, đơn vị số học logic (ALU), nhớ thiết bị vào z Bộ nhớ chứa chương trình liệu z Bộ nhớ đánh địa theo ngăn nhớ không phụ thuộc vào nội dung z ALU thực phép toán với số nhị phân z Đơn vị điều khiển nhận lệnh từ nhớ, giải mã thực lệnh cách z Đơn vị điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị vào-ra z Trở thành mơ hình máy tính Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc Các máy tính thương mại đời z1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation zUNIVAC I (Universal Automatic Computer) z1950s - UNIVAC II zNhanh zBộ nhớ lớn Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 10 Cấu trúc đơn bus: Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 99 Đặc điểm cấu trúc đơn bus: z Tất chương trình nối vào đường bus chung z Tại thời điểm, bus phục vụ yêu cầu trao đổi liệu z Bus phải có tốc độ tốc độ thành phần nhanh hệ thống z Bus phụ thuộc vào cấu trúc bus xử lý → mô đun nhớ mô đun vào – phụ thuộc vào xử lý cụ thể z → Cần phải thiết kế bus phân cấp hay cấu trúc đa bus Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 100 Cấu trúc đa bus cổ điển Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 101 Cấu trúc hiệu cao Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 102 Đặc điểm cấu trúc đa bus: zPhân cấp thành nhiều bus khác cho thành phần: {Bus xử lý {Bus nhớ {Bus vào – zPhân cấp bus khác tốc độ zCác bus nối ghép với mô đun nhớ mô đun vào – không phụ thuộc vào xử lý cụ thể Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 103 Các bus điển hình PC z Bus xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ nhanh z Bus nhớ (nối ghép với mơ đun RAM) z AGP bus (Accelerated Graphic Port) - Bus đồ họa tăng tốc: nối ghép card hình tăng tốc z PCI bus (Peripheral Component Interconnection): nối ghép với TBNV có tốc độ trao đổi liệu nhanh z USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa z IDE (Integrated Driver Electronics): Bus kết nối với ổ đĩa cứng ổ đĩa CD, DVD Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 104 Máy tính Pentium IV dùng Chipset 925 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 105 1.5.4 Các vấn đề liên quan đến thiết kế bus: zCác kiểu bus: zPhân xử bus: zĐịnh thời bus (Timing) Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 106 Các kiểu bus: z Bus đường riêng (Dedicated): {Các đường địa liệu tách rời {Ưu điểm: điều khiển đơn giản {Nhược điểm: Có nhiều đường kết nối z Bus dồn kênh(Multiplexed): {Các đường dùng chung cho địa liệu {Có đường điều khiển riêng biệt lhi có địa hay liệu {Ưu điểm : đường dây {Nhược điểm: z Điều khiển phức tạp z Hiệu hạn chế Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 107 Phân xử bus: z Nếu có nhiều module có khả điều khiển bus (VD : CPU điều khiển vào – ) cần phải có chế phân xử bus z Tại thời điểm cho phép module điều khiển bus z Có chế phân xử bus: { Phân xử bus tập trung: z Có điều khiển bus (Bus Controller) hay gọi phân xử bus(Bus Arbiter) z Có thể phần xử lý mạch tách rời { Phân xử phân tán: z Mỗi module chiếm bus z Có đường điều khiển tới tất module khác Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 108 Định thời bus (Timing): z Phối hợp kiện bus z Bus đồng : {Các kiện xảy bus xác định tín hiệu xung clock {Bus điều khiển bao gồm đường clock {Tất module đọc đường clock z Bus khơng đồng bộ: {Khơng có đường tín hiệu clock {Kết thúc kiện bus kích hoạt kiện Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 109 Lược đồ thời gian đồng Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 110 Lược đồ thời gian đọc không đồng Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 111 Lược đồ thời gian ghi không đồng Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 112 Bài tập z Giả sử với máy tính giả định, cho mã lệnh sau: {0011: Nạp vào AC từ I/O {0111: Lưu AC I/O z Hãy câu lệnh thực chương trình sau: {Nạp vào AC từ thiết bị {Cộng AC với giá trị nhớ có địa 940 {Đưa giá trị AC thiết bị {(Giả sử giá trị đọc vào từ thiết bị ô nhớ 940 có giá trị 2) Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 113 ... 11 1 010 10 011 0 00000000 011 1 10 011 1 01 1000 0 010 1 010 10 01 111 010 11 1 010 00000 010 10 11 0 010 1 011 11 00 0 010 1 011 11 01 111 111 11 111 0 Phan Trung Kiên 10 1 010 10 11 11? ?? ĐH Tây Bắc 48 Bộ nhớ (Main Memory) zThơng... định Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 47 Bộ nhớ (Main Memory) z Nội dung Địa 0 010 1 011 0000 11 010 1 01 00 01 000 010 10 0 010 010 110 00 0 011 11 111 011 010 0 000 010 00 010 1 11 1 010 10 011 0 00000000 011 1 10 011 1 01 1000... độ tin cậy Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 17 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 18 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 19 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 20 Phan Trung Kiên – ĐH Tây Bắc 21 Phan Trung Kiên – ĐH