Bài giảng Kỹ thuật máy tính

Môn học: Kiến trúc máy tính
Môn học: Kiến trúc máy tính
Thời lượng:
Thời lượng:
2
2
0 tiết
0 tiết
l
l
ý thuyết
ý thuyết
Giảng viên: Thạc sĩ Hoàng Ngọc Thanh
Điện thoại: 0913.840991
Email:

Website: thanhhn.jimdo.com


Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Lịch sử máy tính
Chương 2: Lịch sử máy tính
Chương 3: Đường truyền hệ thống
Chương 3: Đường truyền hệ thống
Chương 4: Bộ nhớ trong của máy tính
Chương 4: Bộ nhớ trong của máy tính
Chương 5: Bộ nhớ ngoài của máy tính
Chương 5: Bộ nhớ ngoài của máy tính


      !  "# $%
&'#() !*+,-./$01
234 -  56 - )(  $%  -
7 28# 9 !  +& 9  %
2:# *6 + ;< 2  ! = > ?0 
61'@231A;<#.@.$;B;")&$6
:   !CD$E6 5F $  > >0 = @%
G6+4+444
HI/$0J:+>+ 
(+(195'#"0#K&9
-0"#L7+56M#N2
+&$$5.6#0O;&#"0
+G@>#ON+65F$ @%G23
1A;<#6+4+444
PQ1RCSTU


PVWXYZ
[A)\;")&$]^" )&$ - E $ ;N# +( !N +
,$_$DA)\`#E%#4=-%1'!2:#!!
:@7O#DA)\;")&$4
a2$";")&$]a2$"Nb+( ;(N
^$.;")&$]7c#(23.&d#
/$0+&;$.;")&$#"0+G@>
' 59 ! 0 eD0  -4 f $% +(O 5.$
5'+(9);$.;")&$6#0-*
 !D$E;")&$0$;")&$]

 *  ! D$E ;" )&$]9 & ; $. ;" )&$
O#9)#g#"0+(@>'59!4
*$;")&$]9&;$.;")&$O#
9)D0#"0+(@>'5eD04
h$5.]@,O#&'#6:+>$
5. - & +< /$7 )\  ( #$,   +(
$ !' 19 +  ( ?0  ( !_ I c#
!f3!+G,$_$ 23e#2b1A;<#4


Tương ứng với các chức năng tổng quát nói trên, có bốn
Tương ứng với các chức năng tổng quát nói trên, có bốn
loại hoạt động có thể xảy ra gồm:
loại hoạt động có thể xảy ra gồm:
Hình 1.2 (a): Máy tính - Thiết bị di chuyển dữ liệu


Máy tính được dùng để lưu trữ dữ liệu, với dữ liệu
được chuyển từ môi trường ngoài vào lưu trữ trong
máy (quá trình đọc dữ liệu) và ngược lại:
Hình 1.2 (b): Máy tính - Thiết bị lưu trữ dữ liệu


Máy tính được dùng để xử lý dữ liệu thông qua các
thao tác trên dữ liệu lưu trữ:
Hình 1.2 (c): Máy tính - Thiết bị xử lý dữ liệu lưu trữ


Máy tính được dùng để xử lý dữ liệu thông qua việc
kết hợp giữa việc lưu trữ và liên lạc với môi trường

bên ngoài:
Hình 1.2 (d): Máy tính - Thiết bị xử lý/ trao đổi
dữ liệu với môi trường ngoài


CẤU TRÚC
CẤU TRÚC
23d7+G@'E$]
Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát của máy tính


Đơn vị xử lý trung tâm (CPU – Central Processing
Unit): điều khiển hoạt động của máy tính và thực
hiện các chức năng xử lý dữ liệu. CPU thường được
đề cập đến với tên gọi bộ xử lý.
Bộ nhớ chính: dùng để lưu trữ dữ liệu.
Các thành phần nhập xuất: dùng để di chuyển dữ
liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài.
Các thành phần nối kết hệ thống: cung cấp cơ chế
liên lạc giữa CPU, bộ nhớ chính và các thành phần
nhập xuất


*i4j.&E$?0kl


Cấu trúc của CPU với các thành phần chính
gồm:
Đơn vị điều khiển: điều khiển hoạt động của CPU
và do đó hoạt động của máy tính.

Đơn vị luận lý và số học (ALU – Arithmetic and
Logic Unit): thực hiện các chức năng xử lý dữ liệu
của máy tính.
Tập thanh ghi: cung cấp nơi lưu trữ bên trong
CPU.
Thành phần nối kết nội CPU: cơ chế cung cấp khả
năng liên lạc giữa đơn vị điều khiển, ALU và tập
thanh ghi.


*i4S]h:+>$5.?0kl


Chương 2: Lịch sử máy tính
Giai đoạn 1: từ 1945 đến 1958, với máy tính thế
hệ thứ nhất sử dụng công nghệ đèn chân
không.
Giai đoạn 2: từ 1958 đến 1964, với máy tính thế
hệ thứ hai sử dụng công nghệ chất bán dẫn.
Giai đoạn 3: từ 1964 đến 1974, với máy tính thế
hệ thứ ba sử dụng công nghệ mạch tích hợp.
Giai đoạn 4: từ 1974 đến nay, với máy tính thế
hệ thứ tư sử dụng công nghệ mạch tích hợp vô
cùng lớn/siêu lớn (VLSI/ULSI).


*m4iE$?0ZQ


Cấu trúc tổng quát của máy IAS:

Một bộ nhớ chính để lưu trữ dữ liệu và chương trình.
Một đơn vị số học – luận lý (ALU – Arithmetic and
Logic Unit) có khả năng thao tác trên dữ liệu nhị
phân.
Một đơn vị điều khiển có nhiệm vụ thông dịch các chỉ
thị trong bộ nhớ và làm cho chúng được thực thi.
Thiết bị nhập/xuất được vận hành bởi đơn vị điều
khiển.


Bộ nhớ của máy IAS = 1000 nO;
Mỗi word = 40 chữ số nhị phân (40 bit)
Cả dữ liệu và chỉ thị đều được lưu trong word
Số được biểu diễn trong hệ nhị phân
Chỉ thị cũng có các mã nhị phân tương ứng
Mỗi số được biểu diễn bằng 1 bit dấu và một giá trị
39 bit.
Một word có thể chứa 2 chỉ thị 20 bit
Mỗi chỉ thị gồm một mã thao tác 8 bit (op code) đặc
tả thao tác sẽ được thực hiện và một địa chỉ 12 bit
định hướng đến một word trong bộ nhớ (địa chỉ này
đi từ 0 đến 999).


Hình 2.2 Các dạng thức bộ nhớ của máy IAS


Hình 2.3 Cấu trúc mở rộng của máy tính IAS

Thanh ghi vùng đệm bộ nhớ (MBR): chứa word sẽ được lưu
trữ vào bộ nhớ, hay nhận word từ bộ nhớ.
Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR): đặc tả địa chỉ trong bộ nhớ
sẽ được ghi/đọc từ/vào MBR.
Thanh ghi chỉ thị (IR): chứa mã thao tác (op code) 8 bit của chỉ
thị được thực thi.
Thanh ghi vùng đệm chỉ thị (IBR): được tận dụng để lưu tạm
thời chỉ thị bên phải trong một word của bộ nhớ.
Bộ đếm chương trình (PC): chứa địa chỉ của cặp chỉ thị kế tiếp
được lấy ra từ bộ nhớ.
Bộ tích lũy (AC) và Bộ nhân – thương số (MQ): được tận dụng
để lưu tạm thời các toán hạng và kết quả các thao tác của ALU.
Ví dụ, kết quả của phép nhân 2 số 40 bit là 1 số 80 bit thì phần
40 bit hiệu lực nhất được lưu trong AC, phần 40 bit còn lại lưu
trong MQ.




Thanh ghi vùng đệm bộ nhớ (MBR): chứa word sẽ được lưu
trữ vào bộ nhớ, hay nhận word từ bộ nhớ.
Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR): đặc tả địa chỉ trong bộ nhớ
sẽ được ghi/đọc từ/vào MBR.
Thanh ghi chỉ thị (IR): chứa mã thao tác (op code) 8 bit của chỉ
thị được thực thi.
Thanh ghi vùng đệm chỉ thị (IBR): được tận dụng để lưu tạm
thời chỉ thị bên phải trong một word của bộ nhớ.
Bộ đếm chương trình (PC): chứa địa chỉ của cặp chỉ thị kế tiếp
được lấy ra từ bộ nhớ.
Bộ tích lũy (AC) và Bộ nhân – thương số (MQ): được tận dụng

để lưu tạm thời các toán hạng và kết quả các thao tác của ALU.
Ví dụ, kết quả của phép nhân 2 số 40 bit là 1 số 80 bit thì phần
40 bit hiệu lực nhất được lưu trong AC, phần 40 bit còn lại lưu
trong MQ.


2:#S: h2b#$&'#
(!_?0
Ic#:@7?0
E$),5@,O#%
a,52b#$


E75&0$;90
,5&;OoO+OR$020
04 %  5 2 +  23   !  +G
,#p5+OR$04(
;90,@05&10$]
^" )&$ +( = > 23 )2$ O# % @% G
pC#4
% ;$# ?0 @% G ( - . > >0 =
RO +> 4 Q9 > >0 = ( 5d# !<
$%5.$;")&$?0+>G4
q&9D$E&RO5.$$_9e=
>(10#=>54
(!_?0


• Có một tập hợp nhỏ các thành phần luận lý cơ bản có thể kết
hợp theo nhiều cách khác nhau để lưu trữ dữ liệu nhị phân và

thực hiện các thao tác luận lý số học trên dữ liệu.
•
Có một tính toán cụ thể được thực hiện.
•
Xây dựng một cấu hình cho tính toán đó bằng quá trình kết
nối các thành phần khác nhau thành cấu hình mong muốn
như một dạng lập trình. "Chương trình" thu được ở dạng phần
cứng và được gọi là chương trình đấu dây chết
⇒
Xây dựng một cấu hình đa dụng với các chức năng luận lý và
số học. Tập hợp phần cứng này sẽ thực hiện nhiều chức năng
trên dữ liệu dựa vào tín hiệu điều khiển áp dụng cho nó. Do
vậy, thay vì phải đấu dây lại phần cứng cho mỗi chương trình
mới, lập trình viên chỉ cần cung cấp một tập tín hiệu điều
khiển mới.
⇒
Toàn bộ chương trình thực chất là một dãy các bước. Tại mỗi
bước, một thao tác luận lý hay số học nào đó được thực hiện
trên dữ liệu dựa trên một tập hợp các tín hiệu điều khiển mới.
⇒
Mỗi tập tín hiệu = một mã
⇒
Thêm vào phần cứng đa dụng một phân đoạn cho phép nhận
mã và sinh ra các tín hiệu điều khiển.
⇒
Dãy các mã hay chỉ thị = phần mềm.
(!_?0