bài giảng: Kiến trúc máy tính

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Th.s Nguyễn Hồng Nam
Computer Architecture
Đại học Tôn Đức
Thắng
Yêu cầu

Đọc tài liệu trước

Khuyến khích câu hỏi (có điểm cộng)
Kiểm tra
Trên lớp 10% (kiểm tra trên lớp và điểm doanh)
Giữa kỳ 20% (kiểm tra viết giữa kỳ - tự luận)
Cuối kỳ 70% (kiểm tra viết cuối kỳ - tự luận)
Cấm thi
Lần 1: 3 lần vắng mặt
Lần 1 & 2: 5 lần vắng mặt
Đại học Tôn Đức
Thắng
Câu hỏi ?
Đại học Tôn Đức
Thắng
Mục tiêu học phần

Cung cấp cho sinh viên một số kiến thức
cơ bản về kiến trúc của các hệ thống máy
vi tính và hoạt động của máy vi tính.

Sinh viên trình bày được cấu trúc cơ bản
và cơ chế hoạt động của máy tính, kiến
trúc tập lệnh của một vài họ vi xử lý, quá

trình truyền nhận và xử lý thông tin giữa
các bộ phận bên trong máy vi tính, hiểu
được kiến trúc song song và đa xử lý.
Đại học Tôn Đức
Thắng
Tài liệu tham khảo

David A. Patterson and John L. Hennessy,
Computer Organization and Design – The
Hardware/Software Interfac, Morgan Kaufmann
Publishers, 2008

A.S. Tanenbaum – Structured Computer
Organization – Fourth Edition, Prentice Hall,
1999

L. Null, J. Lobur – The Essentials of Computer
Organization and Architecture – Jones and
Bartlett Publishers, 2003
Đại học Tôn Đức
Thắng
Nội dung học phần
Một số dạng kiến trúc máy tính
Bộ nhớ
Bộ xử lý
Hệ thống máy tính
Giới thiệu kiến trúc máy tính
Đại học Tôn Đức
Thắng
Chương 1

Giới thiệu kiến trúc
máy tính
Đại học Tôn Đức
Thắng
Nội dung
1.1 Định nghĩa kiến trúc máy tính
1.2 Phương pháp nghiên cứu
1.3 Giới thiệu kiến trúc máy vi tính
1.4 Sự tiến hóa của máy tính
1.1. Định nghĩa

Kiến trúc máy tính (KTMT) – là thiết kế
khái niệm và cấu trúc hoạt động căn bản
của một hệ thông máy tính.

- Là một bản thiết kế mô tả các tính chất
chức năng về các yêu cầu và sự thi
hành thiết kế cho những bộ phận khác
nhau của một máy tính.
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.1. Định nghĩa

KTMT - khoa học và nghệ thuật lựa
chọn và kết nối các thành phần phần
cứng để tạo thành các máy tính đáp
ứng được các mục đích về tính năng,
hiệu suất và giá cả.
Đại học Tôn Đức
Thắng

1.1. Định nghĩa
KTMT bao gồm ít nhất ba pham trù chính:

Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture):
nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập
trình (hardware/software interface)

Tổ chức máy tính (Computer Organization):
nghiên cứu thiết kế máy tính ở mức thấp, các bộ
phận của hệ thống kết nối với nhau như thê nào,
hoạt động tương hổ ra sao  thực hiện tập lệnh.

Thiết kế hệ thống(System Design): bao gồm tất
cả các thành phần phần cứng khác bên trong một
hệ thống: (bus, switch, bộ điều kiển bộ nhớ…)
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.1 . Phân loại máy tính điện tử

Phân loại truyền thống:

Máy vi tính (Microcomputer)

Máy tính nhỏ (Minicomputer)

Máy tính lớn (Mainframe Computer)

Siêu máy tính (Supercomputer)


Phân loại máy tính hiện đại

Máy tính để bàn (Desktop Computers)

Máy chủ (Servers)

Máy tính nhúng (Embedded Computers)
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.2 . Cấu trúc máy tính điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng
Thiết bị vào Thiết bị ra
Bộ nhớ ngoài
Bộ nhớ trong
Bộ số học
và logic
Bộ điều kiển
Bộ xử lý
Bộ nhớ
Khu vục
trung tâm
Khu vục ngoại vi
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.2 . Cấu trúc máy tính điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng

Bộ nhớ: là nơi lưu trữ dữ liệu.Bộ nhớ được

phân làm 2 loại:
•
Bộ nhớ trong: là bộ nhớ làm việc trong
quá trính xử lý. Máy tinh trực tiếp xử lý
thông tin trong bộ nhớ trong.
•
Bộ nhớ ngoài: có tốc độ làm việc chậm.
Nhưng thông tin trên bộ nhớ ngoài được
lưu trử lâu dài, không cần nguồn nuôi.
Máy tính không xử lý thông tin trên bộ
nhớ ngoài.
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.2 . Cấu trúc máy tính điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng

Bộ số học và logic (Arthmetic Logic Unit -
ALU): là nơ thực hiện các xử lý như thực
hiện các phép tính số học hay logic.

Bộ điều kiển(Control Unit): là đơn vị chức
năng đảm bảo cho máy tính thực hiện đúng
theo chương trình đã định.
•
Điều phố, đồng bộ hóa tất cả các thiết bị
của máy để thực hiện chương trình.
•
Bộ số học logic + điều kiển phải = Bộ xử lý
trung tâm (Central Processing Unit – CPU)
1.2. Phương pháp nghiên cứu

1.2.2 . Cấu trúc máy tính điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng

Thiết bị ngoại vi(Perpheral Device): là các
thiết bị giúp máy tính giao tiếp với môi
trường bên ngoài kể các với người dùng.

Thiết bị đầu ra

Thiết bị đầu vào
1.2. Phương pháp nghiên cứu
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về kiến trúc

Nghiên cứu về phần cứng
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.3. Giới thiệu kiến trúc máy vi tính
1.3.1. Tổ chức vật lý (hardware)

Mạch điều khiển: Bo mạch chủ CPU ·
PCI · Chipset · Chipset cầu bắc · Chipset
cầu nam · BIOS · CMOS

Bộ nhớ: RAM · ROM · Cache · Đĩa
cứng · Đĩa mềm · Đĩa lưu trữ thể rắn · CD-
ROM · DVD · BD · Flash disk · Thẻ nhớ
Đại học Tôn Đức

Thắng
1.3. Giới thiệu kiến trúc máy vi tính
1.3.1. Tổ chức vật lý (hardware)

Thiết bị nhập xuất dữ liệu: Màn hình
Bàn phím · Chuột · Máy in · Webcam ·
Joystick · Game pad · Máy quét ảnh ·
Headphone · Microphone · Bảng vẽ đồ
họa

Thiết bị mạng - truyền thông: Modem ·
Card mạng · TV box · Router · Switch ·
Hub · Loa máy tính
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.3. Giới thiệu kiến trúc máy vi tính
1.3.1. Tổng quan về phần mềm
Đại học Tôn Đức
Thắng
•
Phần mềm máy tính (Computer Software) hay gọi tắt là
Phần mềm (Software) là một tập hợp những câu lệnh
hoặc chỉ thị (Instruction) được viết bằng một hoặc nhiều
ngôn ngữ lập trình theo một trật tự xác định, và các dữ
liệu hay tài liệu liên quan nhằm tự động thực hiện một số
nhiệm vụ hay chức năng hoặc giải quyết một vấn đề cụ
thể nào đó.
•
Phần mềm thực hiện các chức năng của nó bằng cách
gửi các chỉ thị trực tiếp đến phần cứng (Computer

Hardware) hoặc bằng cách cung cấp dữ liệu để phục vụ
các chương trình hay phần mềm khác.
•
Phần mềm là một khái niệm trừu tượng, nó khác với
phần cứng ở chỗ là "phần mềm không thể sờ hay đụng
vào", và nó cần phải có phần cứng mới có thể thực thi
được
1.3. Giới thiệu kiến trúc máy vi tính
1.3.1. Tổng quan về phần mềm
Đại học Tôn Đức
Thắng
Phần mềm hệ thống dùng để vận hành máy tính
và các phần cứng máy tính, ví dụ như các hệ điều
hành máy tính Windows, Linux, Unix,
Phần mềm ứng dụng để người sử dụng có thể
hoàn thành một hay nhiều công việc nào đó, ví dụ
như các phần mềm văn phòng (Microsoft Office,
OpenOffice), phần mềm doanh nghiệp,….
Phần mềm chuyển dịch mã bao gồm trình biên
dịch và trình thông dịch: các loại chương trình này
sẽ đọc
1.4. Sự tiến hóa của máy tính
Đại học Tôn Đức
Thắng
1.4. Sự tiến hóa của máy tính
Đại học Tôn Đức
Thắng

Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện
tử chân không (1950s)


Thế hệ thứ hai: Máy tính dùng transistor
(1960s)

Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch
SSI, MSI và LSI (1970s)

Thế hệ thứ tư: Máy tính dùng vi mạch
VLSI, SLSI (1980s)
1.4. Sự tiến hóa của máy tính
1.4.1. Máy tính dùng đèn điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng
Máy tính điện tử đầu tiên ENIAC (1946) - Mauchley và Eckert

ENIAC – Electronic
Numerical
Integrator And
Computer

Dư án của Bộ
Quốc phòng Mỹ.

Do John Mauchly
và John Presper
Ecckert ở Đại học
Pennsylvania thiết
kế.

Năm 1943 – 1946

1.4. Sự tiến hóa của máy tính
1.4.1. Máy tính dùng đèn điện tử
Đại học Tôn Đức
Thắng

ENIAC – có kich thước khổng lồ với chiều dài
20m, cao 2,8m rông vài m.

Nặng 30 tấn

18000 đèn điện tử

1500 rơle

Tiêu thụ 140Kw/h

Thanh nghi 10bit (tính toán trên số thập phân)

Có khả năng thực hiện 5000 phép cộng/giây

Lập trình bằng tay – bằng cách thiết lập các đầu
cắm điện và dùng các ngắt điện