Bài giảng Kiến trúc máy tính (TS. Hoàng Xuân Dậu) Chương 1

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Giảng viên: Điện thoại/E-mail: TS Hoàng Xuân Dậu dau@ekabiz.vn Bộ mơn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1 BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ năm học 2009-2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Stallings W., Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th Edition, Prentice – Hall 2009 Mostafa Abd-El-Barr and Hesham El-Rewini, Fundamentals of Computer Organization and Architecture, John Wiley & Sons, Inc, 2005 Hennesy J.L and Patterson D.A., Computer Architecture A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann, 4th Edition, 2006 Trần Quang Vinh, Cấu trúc máy vi tính, Nhà xuất Giáo dục, 1999 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 2BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Hồ Khánh Lâm, Kỹ thuật vi xử lý, Nhà xuất Bưu điện, 2005 SLIDES VÀ CÁC TÀI LIỆU CHO DOWLOAD Sách tham khảo: http://cntt.ekabiz.vn/dauhoang/ktmt/books/ Đề cương môn học, slides tập: http://cntt.ekabiz.vn/dauhoang/ktmt/D08/ ĐÁNH GIÁ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 3BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG MƠN HỌC Các điểm thành phần:  Chuyên cần: 10%  Bài tập + thảo luận: 20%  Kiểm tra: 10%  Thi cuối kỳ: 60% www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 4BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG NỘI DUNG MÔN HỌC Giới thiệu chung Khối xử lý trung tâm Tập lệnh máy tính Bộ nhớ Bộ nhớ ngồi www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 5BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống BUS thiết bị ngoại vi Bài tập + Thảo luận NỘI DUNG CHƯƠNG 1 Khái niệm kiến trúc tổ chức máy tính Cấu trúc chức máy tính Lịch sử phát triển máy tính Kiến trúc von-Neumann www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 6BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Kiến trúc Harvard Tổ chức máy tính đại Các hệ số đếm tổ chức lưu trữ liệu máy tính 1.1 KIẾN TRÚC & TỔ CHỨC MÁY TÍNH Kiến trúc tổ chức máy tính khái niệm cơng nghệ máy tính  Tổ chức máy tính (Computer organization) khoa học nghiên cứu phận máy tính phương thức www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 7BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG làm việc chúng;  Kiến trúc máy tính (Computer architecture) khoa học lựa chọn kết nối thành phần phần cứng máy tính nhằm đạt yêu cầu: • Hiệu / tốc độ (performance): nhanh tốt • Chức (functionality): nhiều tính tốt • Giá thành (cost): rẻ tốt 1.1 KIẾN TRÚC & TỔ CHỨC MÁY TÍNH (tiếp) Ba thành phần kiến trúc máy tính: i Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture - ISA) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 8BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG hình ảnh trừu tượng máy tính mức ngơn ngữ máy (hợp ngữ) Kiến trúc tập lệnh gồm: • Tập lệnh • • Các chế độ địa nhớ Các ghi • Các khuôn dạng địa liệu 1.1 KIẾN TRÚC & TỔ CHỨC MÁY TÍNH (tiếp) ii Vi kiến trúc (micro-architecture), cịn gọi tổ chức máy tính mô tả hệ thống mức thấp, liên quan đến vấn đề: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 9BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG • Các thành phần phần cứng máy tính kết nối với nào? • Các thành phần phần cứng máy tính tương tác với để thực thi tập lệnh? 1.1 KIẾN TRÚC & TỔ CHỨC MÁY TÍNH (tiếp) ii Thiết kế hệ thống (System Design) bao gồm tất thành phần phần cứng khác hệ thống tính tốn, như:  Hệ thống kết nối bus chuyển mạch  Điều khiển nhớ quản lý phân cấp hệ thống nhớ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 10BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.1 CÁC HỆ SỐ ĐẾM – HỆ THẬP LỤC PHÂN (16) Hệ thập lục phân (Hexadecimal numbering system) hệ đếm số 16 sử dụng 16 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Mỗi số hệ 16 biểu diễn chữ số hệ nhị phân: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 54BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.2 TỔ CHỨC DỮ LIỆU Bits:  Bit đơn vị lưu trữ nhỏ  Một bit lưu giá trị: 1, hay sai Nibbles:  Một nibble nhóm bits  Một nibble lưu tối đa 16 giá trị, từ (0000)2 đến (1111)2, chữ số thập lục phân www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 55BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.2 TỔ CHỨC DỮ LIỆU Bytes:  Một byte nhóm bits nibbles  Một byte lưu đến 256 giá trị, từ (0000 0000)2 đến (1111 1111)2, từ (00)16 đến (FF)16 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 56BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.2 TỔ CHỨC DỮ LIỆU Words (từ):  Một word nhóm 16 bits, bytes  Một word lưu đến 216 (65536) giá trị, từ (0000)16 đến (FFFF)16 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 57BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.2 TỔ CHỨC DỮ LIỆU Double words (từ kép):  Một double word nhóm 32 bits, bytes, words  Một double word lưu đến 232 giá trị, từ (0000 0000)16 đến (FFFF FFFF)16 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 58BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.3 SỐ CĨ DẤU VÀ KHƠNG DẤU Trong hệ 2, bít bên trái đơn vị lưu trữ sử dụng để biểu diễn dấu số có dấu:  Bít bên trái số âm  Bít bên trái số dương www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 59BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Ví dụ: sử dụng bít đơn vị lưu trữ  0011, 0111, 0101 số dương  1011, 1111, 1101 số âm Với số không dấu, tất bít sử dụng để biểu diễn giá trị số 1.7.3 SỐ CĨ DẤU VÀ KHƠNG DẤU Miền giá trị biểu diễn số gồm n bít: Số âm: từ -2n-1 đến + 2n-1 www.ptit.edu.vn • bits: từ -128 đến +128 • 16 bits: từ -32768 đến +32768 GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 60BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG • 32 bits: từ -2,147,483,648 đến +2,147,483,648 Số dương: từ đến 2n • bits: từ đến 256 • 16 bits: từ đến 65536 • 32 bits: từ đến 4,294,967,296 1.7.4 BẢNG MÃ ASCII ASCII (American Standard Code for Information Interchange) bảng mã ký tự chuẩn tiếng Anh; Sử dụng bít để biểu diễn ký tự Bảng ASCII định nghĩa 128 ký tự thông thường: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 61BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG  33 ký tự điều khiển (không in được)  94 ký tự in (gồm dấu trắng) Các vị trí cịn lại bảng (129-255) để dành cho sử dụng tương lai www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 62BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.4 BẢNG MÃ ASCII – CÁC KÝ TỰ ĐIỀU KHIỂN www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 63BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 64BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1.7.4 BẢNG MÃ ASCII – CÁC KÝ TỰ IN ĐƯỢC www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 65BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 66BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG CÂU HỎI ÔN TẬP Phân biệt khái niệm kiến trúc & tổ chức máy tính Nêu sơ đồ khối mô tả chức khối máy tính? So sánh hai kiến trúc von-Neumann Harvard Nhận dạng thành phần phần cứng cấu trúc máy tính đại Các hệ đếm 2, 10 16 Các đơn vị lưu trữ liệu máy tính www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 67BỘ MÔN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG T1 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HỒNG XN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 68BỘ MÔN: KHOA HỌC ... MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG Ví dụ: 12 3 12 3.456 = 1* 102 + * 10 1 + 3 *10 0 = 10 0+20+3 = 1* 102 + 2 *10 1 + 3 *10 0 + 4 *10 -1 + 5 *10 -2 + 6 *10 -3 = 10 0 + 20 + +... *a1 *10 0 Ví dụ: 12 3 www.ptit.edu.vn = 1* 102 + * 10 1 + 3 *10 0 = 10 0+20+3 GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 49BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI... BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG 1. 6 TỔ CHỨC CỦA MÁY TÍNH HIỆN ĐẠI www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS HOÀNG XUÂN DẬU MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 45BỘ MƠN: KHOA HỌC BÀI GIẢNG