Chương 1
Nhập mơn
kiến trúc máy tính
Lịch sử máy tính
Blaise Pascal (1642)
ENIAC (1946)
18.000 bóng đèn
1500 rờ le
30 tấn
140 KW
Intel 8080 (1974)
được xem như CPU đầu
tiên được tích hợp trên 1
chip
IBM 360 (1965)
Von Neumann (1946)
Cơ
(1642-1945)
Đèn
điện tử
(1945-1955)
Bộ nhớ dây trễ, tĩnh
điện. Giấy, phiếu đục
lổ. Băng từ
Chương 1 / Nhập môn Ki
PDP-1 (1961)
Tran-sistors
(1955-1965)
80x86 (1978)
IC
?
(1965-1980) (1980-????)
Bộ nhớ xuyến từ.
Băng từ, trống từ,
đĩa từ.
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 2
Giới thiệu tổng quát một máy tính
Bộ
xử lý
trung
tâm
(CPU)
Tuyến địa chỉ
Tuyến dữ liệu
Tuyến điều khiển
Tuyến trạng thái
Xuất
nhập
(I/O)
Bộ nhớ
chính
(MEMORY)
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 3
Mơ hình Von-Neumann
Tuyến
Điều khiển màn hình
Khối điều
khiển
Điều khiển máy in
Điều khiển đĩa
Khối số học
luận lý
(ALU)
Xuất / nhập
Bộ thanh ghi
Bank 0
Bank 1
Bank 2
Bank 3
CPU
Chương 1 / Nhập môn Ki
Bộ nhớ
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 4
Mơ hình máy tính
Bộ nhớ chính
Khối điều
khiển
Bank 0
Bank 1
Khối số học
luận lý
(ALU)
Bank 2
CPU
Bank 3
Đơn vị giao tiếp
I/O
Chương 1 / Nhập môn Ki
Đơn vị giao tiếp
I/O
I/O
Tổ chức & cấu trúc máy tính
I/O
I/O
Tờ 5
Nguyên lý hoạt động
Các thanh ghi (registers)
Bộ nhớ trung tâm (central memory)
0
4
Mạch giải mã
chọn ô nhớ
Địa chỉ
Thanh ghi địa chỉ
Điều khiển đọc/ghi
1
5
2
6
3
chọn ơ nhớ
Ơ nhớ
Ghi
Đọc
Thanh ghi dữ liệu
Dữ liệu
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 6
Nguyên lý hoạt động (tt.1)
Chương trình (program).
Đơn vị điều khiển (control unit)
Bộ đếm chương trình
(Program Counter)
+1
Địa chỉ câu lệnh
Câu lệnh
Thanh ghi lệnh (Instruction Register)
Mã lệnh
(opcode)
Địa chỉ toán hạng
(operand address)
Địa chỉ tốn hạng
Mạch tuần tự
(sequencer)
...
Chương 1 / Nhập mơn Ki
...
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 7
Nguyên lý hoạt động (tt.2)
Đơn vị số học / luận lý (ALU)
Máy tính 3 địa chỉ
Dạng lệnh
Mã lệnh
T
đi ín
ều hi
k h ệu
iể
n
Kiến trúc
Địa chỉ th1
Địa chỉ th2
R1
Địa chỉ kq
R2
Toán hạng 1
Tốn hạng 2
Khối tính tốn
Kết quả
R3
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 8
Nguyên lý hoạt động (tt.3)
Máy tính 1 địa chỉ
Dạng lệnh
Mã lệnh
T
đi ín
ều hi
kh ệu
iể
n
Kiến trúc
Địa chỉ tốn hạng
R1
Tốn hạng
Khối tính tốn
ACC
Kết quả
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 9
Ví dụ so sánh
Cần tính :
C=A+B
Máy ba địa chỉ
C←A+B
Chương 1 / Nhập môn Ki
Máy một địa chỉ
Acc ← A
Acc ← Acc + B
C ← Acc
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 10
Máy giả thiết 1 địa chỉ
00000
00001
00010
00011
Khối điều khiển
màn hình
Bộ nhớ
32 byte
Khối số học
luận lý (ALU)
tập lệnh
Bộ thanh ghi
bàn phím
ACC
IR
PC
11110
11111
Chương 1 / Nhập mơn Ki
CPU
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 11
Tập lệnh 1 địa chỉ
(lệnh nạp)
000
Addr
ACC (addr)
(địa chỉ 5
bit)
(lệnh cất)
001
Addr
(addr) ACC
(lệnh cộng)
010
Addr
ACC ACC + (addr)
(lệnh nhập)
011
Chương 1 / Nhập mơn Ki
00000
Tổ chức & cấu trúc máy tính
ACC bàn phím
Tờ 12
Tập lệnh 1 địa chỉ (tt.)
(lệnh xuất)
100
00000
Màn hình ACC
(lệnh nhảy)
101
Addr
PC addr
Addr
PC addr nếu ACC≠0
(lệnh nhảy điều kiện)
110
(lệnh dừng)
111
Chương 1 / Nhập môn Ki
00000
Tổ chức & cấu trúc máy tính
CPU dừng hoạt động
Tờ 13
Bài tốn
Chương trình tính tổng 2 số nhập từ bàn phím và xuất kết quả ra màn hình
Địa chỉ
Lệnh
Giải thich
00000
Nhập
Acc
số thứ nhấtsố số thứ nhấtthứ số thứ nhấtnhất
00001
Cất (11111)
(11111)
số thứ nhấtsố số thứ nhấtthứ số thứ nhấtnhất
00002
Nhập
Acc
số thứ nhấtsố số thứ nhấtthứ số thứ nhấthai
00003
Cộng (11111)
Acc
số thứ nhấtsố số thứ nhấtthứ số thứ nhấthai số thứ nhất+ số thứ nhấtsố số thứ nhấtthứ số thứ nhấtnhất
00004
Xuất
Màn số thứ nhấthình số thứ nhất số thứ nhấtkết số thứ nhấtquả
00005
Dừng
CPU số thứ nhấtdừng.
:
BT : Tính tích 2 số nhập từ bàn phím và xuất kết quả ra màn hình .
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 14
Lệnh rẽ nhánh (branch instruction)
Thỏa điều kiện
Lệnh rẽ nhánh
Lệnh kế
Không thỏa điều kiện
Đơn vị điều khiển
+1
Bộ đếm chương trình
ALU
Địa chỉ
Kiểm tra điều kiện
Chương 1 / Nhập môn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 15
Quá trình đọc và thực thi lệnh
Lệnh cần thực hiện :
Mem(B) NOT(Mem(A))
Bước 1 : đọc lệnh.
2
Bộ nhớ
Đơn vị điều khiển
+1
PC
1
IR
Địa chỉ
3
Chương 1 / Nhập môn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 16
Quá trình đọc và thực thi lệnh (tt.)
Bước 2 : đọc toán hạng và thực thi lệnh.
2
Đơn vị điều khiển
+1
Bộ nhớ
PC
IR
Địa chỉ
ALU
1
4
3
Chương 1 / Nhập môn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 17
Quá trình đọc và thực thi lệnh (tt.)
Bước 3 : ghi kết quả.
3
Đơn vị điều khiển
+1
Bộ nhớ
PC
IR
Địa chỉ
ALU
1
2
Bước 4 : chuẩn bị đọc câu lệnh kế tiếp.
Chương 1 / Nhập mơn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 18
Bài tốn kết nối
Vấn đề kết nối (connection problem) có thể được thực hiện qua
các dạng khác nhau.
Bus
Nối điểm-điểm
A
C
B
D
BUS Arbiter
A
B
BUS
C
Phức tạp O(n2)
D
Phức tạp O(n)
Chương 1 / Nhập môn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 19
Mạch điều khiển ngoại vi
Mạch điều khiển ngoại vi (IO controllers) thường dùng các thanh
ghi sau :
Port A
Port B
Port C
Thanh ghi điều khiển
Thanh ghi chọn thiết bị
Thanh ghi dữ liệu
Thanh ghi trạng thái
Cách dùng này được gọi là Programmed I/O.
Chương 1 / Nhập môn Ki
Tổ chức & cấu trúc máy tính
Tờ 20