Bài giảng kiến trúc máy tính

Chương 1: Đại cương 1
Ki
Ki
ế
ế
n
n
tr
tr
ú
ú
c
c
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
(Computer Architecture)
(Computer Architecture)
Chương
Chương
1
1

Đ
Đ
ạ
ạ
i
i
cương
cương
Chương 1: Đại cương 2
M
M
ụ
ụ
c
c
đ
đ
í
í
ch
ch
,
,
yêu
yêu
c
c
ầ
ầ
u

u
• Mục đích: Giớithiệulịch sử phát triển, phân
loại, thành quả của máy tính điệntử và các
khái niệmcơ bảnvề thông tin, các phương
pháp mã hoá thông tin trong máy tính điệntử.
• Yêu cầu:
Sinh viên nắm được cách phân chia
thế hệ và xu hướng phát triểncủa máy tính
điệntử; Phương pháp phân loạivàđánh giá
thành quả phát triểncủa máy tính điệntử; Các
khái niệmcơ bảnliênquanđến thông tin và
phương pháp
biến đổigiữacáchệ thống số
đượcdùngtrongmáytínhđiệntử.
Chương 1: Đại cương 3
N
N
ộ
ộ
i
i
dung
dung
1.
1.
C
C
á
á
c

c
th
th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
2.
2.
Phân
Phân
lo
lo
ạ
ạ
i

i
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
3.
3.
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
c
c
ủ
ủ
a

a
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
4.
4.
Thông
Thông
tin
tin
v
v
à
à
s
s
ự
ự
mã
mã
h

h
ó
ó
a
a
thông
thông
tin
tin
Chương 1: Đại cương 4
1.
1.
C
C
á
á
c
c
th
th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
m
m
á
á

y
y
t
t
í
í
nh
nh
Thế hệ thứ I
(1946 - 1957)
Thế hệ thứ II
(1958 - 1964)
Thế hệ thứ IV
(1972 - …)
Thế hệ thứ III
(1965 - 1971)
Chương 1: Đại cương 5
C
C
á
á
c
c
th
th
ế
ế
h
h
ệ

ệ
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
Tiêu chuẩn phân chia các thế hệ máy tính

Sự tiếnbộ củacôngnghệ chế tạo các linh kiệncơ bản
củamáytính(bộ xử lý trung tâm và bộ nhớ trong).
Thế hệ thứ I
Đèn điệntử
(1946 - 1957)
Thế hệ thứ II
Transistor
(1958 - 1964)
Thế hệ thứ IV
IC: Integrated
circuit
(1972 - …)
Thế hệ thứ III
IC: Integrated circuit
(1965 - 1971)

Chương 1: Đại cương 6
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
đ
đ
ầ
ầ
u
u
tiên
tiên
(1946
(1946
-
-
1957)
1957)
)Công nghệ chế
tạo:
+ Đèn điệntử
+ Rờ le
)Phầnmềm:
+ Lậptrìnhbằng tay
Đèn điệntử

Relay
Chương 1: Đại cương 7
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
đ
đ
ầ
ầ
u
u
tiên
tiên
(1946
(1946
-
-
1957)
1957)
• ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Computer) là
máy tính điệntử sốđầu tiên do
Giáo sư John Mauchly (Đạihọc
Pennsylvania) thiếtkế 1943 và
hoàn thành 1946.

• ENIAC bao gồm: 18.000 đèn
điệntử, 1.500 rờ le, cân nặng
30 tấn, và tiêu thụ 140KW giờ.
•Kíchthước: dài 20 mét, cao 2,8
mét và rộng vài mét.
• Có 20 thanh ghi 10 bit (tính
toán trên số thập phân).
•Cókhả năng thựchiện 5.000
phép toán cộng trong mộtgiây.
Chương 1: Đại cương 8
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ
ứ
hai
hai
(1958
(1958
-
-
1964)
1964)

) Công nghệ chế tạo:
- Transistor lưỡng cực
(Bipolar transistor).
-Mạch in
(PCB: Printed Circuit Board)
-Bộ nhớ xuyếntừ.
) Phầnmềm:
-Ngônngữ cấpcao
+ FORTRAN (1956)
+ COBOL (1959)
+ ALGOL (1960)
-Hệđiều hành kiểutuầntự
(Batch Processing).
1947: Công ty Bell phát minh Transistor.
Chương 1: Đại cương 9
Mạch in (PCB: Printed Circuit Board)
Chương 1: Đại cương 10
Bộ nhớ xuyếntừ
Chương 1: Đại cương 11
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ

ứ
hai
hai
(1958
(1958
-
-
1964)
1964)
Máy tính ORDVAC
Sử dụng mộtphần
transistor lưỡng cực
Chương 1: Đại cương 12
) Công nghệ chế tạo
-Mạch tích hợp
(IC: Integrated Circuit).
+ SSI: Small Scale Integration
+ MSI: Medium Scale Integration
-Mạch in nhiềulớp.
-Bộ nhớ bán dẫn.
) Phầnmềm
- Máy tính đachương trình.
-Hệđiều hành chia thời gian.
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ

ệ
th
th
ứ
ứ
ba
ba
(1965
(1965
-
-
1971):
1971):
Chương 1: Đại cương 13
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ
ứ
ba
ba
(1965
(1965

-
-
1971):
1971):
Chương 1: Đại cương 14
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ
ứ
ba
ba
(1965
(1965
-
-
1971):
1971):
Chương 1: Đại cương 15
)Công nghệ chế tạo:
 Mạch tích hợp(IC)
 LSI: Large scale integration
 VLSI: very large scale integration

 Bộ vi xử lý (microprocessor)
 PC (Personal Computer)
 NC (Network Computer)
 Bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ
cache và bộ nhớảo.
 Kỹ thuật ống dẫn (pipeline),
máy tính song song.
)Phầnmềm
 Các giảithuật song song
 Hệđiều hành phân tán
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ
ứ
tư
tư
(1972
(1972
-
-
…
…

)
)
Chương 1: Đại cương 16
Th
Th
ế
ế
h
h
ệ
ệ
th
th
ứ
ứ
tư
tư
(1972
(1972
-
-
…
…
)
)
Máy tính SUN3
Chương 1: Đại cương 17
Việc chuyểntừ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ nămcònchưa rõ ràng.
) Thế hệ củanhững máy tính thông minh: Chương trình nghiên
cứucủaNhật

*Dựa trên các ngôn ngữ trí tuệ nhân tạonhư LISP và PROLOG
*Giaodiệnngười và máy thông minh.
) Thế hệ của máy tính song song:
Tiếnbộ về mật độ tích hợp trong VLSI Ö các mạch vi xử lý mạnh
*Cácbộ xử lý RISC (1986)
*Cácbộ xử lý siêu vô hướng (1990).
Chính các bộ xử lý này giúp thựchiện các máy tính song song với
từ vài bộ xử lý đến vài ngàn bộ xử lý.
) Nhận xét: Ý kiến này cần được bàn cảivìviệc ngày có nhiềulinh
kiện điệntử tích hợp trong mộtVLSI chưahẳnlàmộtthayđổi công
nghệ cơ bảnn
hư ta đãthấy trong sự chuyển đổigiữacácthế hệ
máy tính trước đây.
Khuynh
Khuynh
hư
hư
ớ
ớ
ng
ng
hi
hi
ệ
ệ
n
n
t
t
ạ

ạ
i
i
Chương 1: Đại cương 18
2.
2.
Phân
Phân
lo
lo
ạ
ạ
i
i
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
Mainframe
(Honeywell-Bull DPS 7)
Supercomputer
(Cray-2)

MInicomputer
(PDP-8)
MIcrocomputer
(PC: Personal Computer)
Chương 1: Đại cương 19
Việc phân loại máy tính dưavàotínhnăng kỹ thuậtvàgiátiền.
¾ Siêu máy tính (Supercomputer):
+Tínhbăng kỹ thuậtrấtcaovớinhiềubộ xử lý song song
+GiávàitriệuUSD.
+Sử dụng cho tính toán khoa học
¾ Máy tính lớn (Mainframe):
+ Máy tính đadụng, vớihệ thống vào ra mạnh
+Vàitrăm ngàn USD.
+Sử dụng cho tính toán khoa họcvàquảnlý.
¾ Máy tính nhỏ (Minicomputer):
+ Đảmnhậnmộtphần công viêc của máy tính lớn.
+Giávàichục ngàn USD.
¾ Máy vi tính (Microcomputer):
+ Máy tính cá nhân (PC/NC), dùng trong các hệ thống nhỏ.
+Vàitrăm đến vài ngàn USD.
Phân
Phân
lo
lo
ạ
ạ
i
i
m
m

á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh
Chương 1: Đại cương 20
3.
3.
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m
á
á
y
y
t

t
í
í
nh
nh
Chương 1: Đại cương 21
Đánh giá thành quả
của các loạimáytính

– Thành quả tối đa
củamáytínhtăng
theo hàm mủ.
– Máy vi tính tăng
35% mỗinăm
–Cácloạikháctăng
20% mỗinăm
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m
á
á

y
y
t
t
í
í
nh
nh
thành quả
tương đối
Siêu máy tính
Máy tính lớn
Máy mini
Máy vi tính
1000
100
10
0
1965
1970 1975
1990
1985
1980
Năm
Chương 1: Đại cương 22
Đánh giá thành quả
về mật độ tích hợp
(Số chứcnăng)

–Mật độ tich hợptăng

theo hàm mủ
–Mật độ tich hợptăng
50 % mỗinăm đối
vớibộ nhớ.
–Mật độ tich hợptăng
35 % mỗinăm đối
vớibộ xử lý.
9470 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m
á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh

100M
16M
64M
10M
1M
68040
4M
1M
80286
68020
80386
80486
64K
256K
100K
68000
8086
4K
16K
10K
8085
4004
8080
1K
1K
Năm
Bộ nhớ
Bộ vi xử lý
Số transistor
cho mỗimạch

Chương 1: Đại cương 23
Đánh giá thành quả
về tầnsố xung nhịp

–Tăng theo hàm mủ.
–Tỷ lệ tăng 24% / năm
Công suấttínhtoánP=S*T

S: Số mạch chứcnăng
T: Tầnsố thựchiện nhiệmvụ
Ö P tăng theo hàm mủ
Công suấttiêuthụđiện

+ nMOS - 12V;
+ pMOS - 5V;
+ CMOS - 3.3V
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m
á
á

y
y
t
t
í
í
nh
nh
2116
4
21064
ALPHA
HP-PA
R4000-A
ALPHA
Pentium
Pentium
Power 2
i860
Super
Sparc
RS6000
SPARC
29000
80286
8086
8080
Năm
6800
8

6
4
2
1
400
200
100
80
60
40
20
10
Tầnsố (MHz)
94929088868482807876747270
Chương 1: Đại cương 24
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m
á
á
y

y
t
t
í
í
nh
nh
Quy luật Moore
–Khả năng củamáytínhtăng lên gấp đôi sau 18 tháng
với giá thành là như nhau.
–Kếtquả củaquyluật Moore là:
9 Chi phí cho máy tính sẽ giảm.
9 Tốc độ hệ thống sẽ tăng lên.
9 Tiếtkiệmnăng lượng cung cấp.
9 Các IC thay thế cho các linh kiệnrời.
9 Giảmkíchthước các linh kiện
Ö Máy tính sẽ giảmkíchthước.
Chương 1: Đại cương 25
Th
Th
à
à
nh
nh
qu
qu
ả
ả
m
m

á
á
y
y
t
t
í
í
nh
nh