Bài giảng kiến trúc máy tính (computer architecture) ths phạm thị minh thu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Kiến trúc máy tính
(Computer Architecture)
Giảng viên: ThS. Phạm Thị Minh Thu
Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin
Trường Đại học Khoa học
()
Thái Nguyên - 2011
Bài giảng KTMT

1/57


Giới thiệu môn học
 Thông

tin môn học

• Số tín chỉ: 02 (25t Lý thuyết + 5t bài tập)
• Môn học tiên quyết: Tin cơ sở, Xử lý tín hiệu số, Toán
rời rạc
 Mục

tiêu:

– Có được kiến thức cơ bản về kiến trúc và tổ chức
của máy tính,
– Nhận biết được hoạt động, tổ chức của các bộ phận
chính trong máy tính, đặc biệt là bộ nhớ và CPU.

– Hiểu rõ về ảnh hưởng của tập lệnh và kiểu đánh địa
chỉ đến hiệu năng của một máy tính computer.
– Hiểu rõ về quan hệ giữa tập lệnh, kiểu địa chỉ,
pipeline và những phân cấp của bộ nhớ (cache,
chính, ảo).
Bài giảng KTMT

2/57


Nội dung môn học
Chương 1: Nhập môn
Chương 2: Kiến thức cơ sở
Chương 3: Bộ nhớ và hệ thống lưu trữ
Chương 4: Bus và Interconnection
Chương 5: Tập lệnh
Chương 6: Tổ chức và chức năng của
CPU

Bài giảng KTMT

3/57


Giới thiệu môn học
 Yêu cầu
 Đi học đầy đủ, tích cực
 Làm tiểu luận
 Đánh giá:
• Điểm = (CC+GK+Tiểu luận)*0.1 + Thi CK*0.7

• GK: Viết-60’; Cuối kỳ: Viết-60’

 Tài liệu tham khảo
 Nguyễn Đình Việt, Kiến trúc máy tính, Nxb Đại học Quốc gia.
 Vũ Chấn Hưng, Giáo trình Kiến trúc máy vi tính, Nxb Giao thông vận tải
 William Stallings, Computer Organization and Architecture
Bài giảng KTMT

4/57


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Kiến trúc máy tính

Chương 1: Nhập môn
Giảng viên: ThS. Phạm Thị Minh Thu
Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin
()

Thái Nguyên - 2011
Bài giảng KTMT

5/57


Nội dung chính
1.1. Máy tính và phân loại
1.2. Kiến trúc máy tính

1.3. Sự tiến hóa của máy tính

Bài giảng KTMT

6/57


1.1. Máy tính và sự phân loại
a) Máy tính


Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử
thực hiện các công việc sau:
• Nhận thông tin vào,
• Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được
nhớ sẵn bên trong,
• Đưa thông tin ra.



Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ yêu cầu
máy tính thực hiện công việc cụ thể gọi là
chương trình (program)
 Máy tính hoạt động theo chương trình.
Bài giảng KTMT

7/57


Các thành phần của máy tính

Bài giảng KTMT

8/57


Mô hình phân lớp của máy tính

Bài giảng KTMT

9/57


Phần sụn
(firm ware):
là phần mềm
được nhúng
vào các mạch
điện tử

Phần cứng?
Phần cứng:
Hệ thống vật
lý của máy
tính
(mạch
điện tử, bộ
nhớ,
màn
hình,

bàn
phím, ...)

Phần
mềm

Phần mềm:
các chương
trình và dữ
liệu (hệ điều
hành, Word,
Excel, Game,
...)
Bài giảng KTMT

10/57


Hình ảnh phần sụn

Bài giảng KTMT

11/57


b) Phân loại máy tính
 Phân loại truyền thống
 Máy vi tính (Microcomputers)
 Máy tính nhỏ (Minicomputers)
 Máy tính lớn (Mainframe Computers)

 Siêu máy tính (Supercomputers)
 Phân loại hiện đại
 Máy tính cá nhân (Personal Computers)
 Máy chủ (Server Computers)
 Máy tính nhúng (Embedded Computers)
Bài giảng KTMT

12/57


5 kiểu máy tính hiện nay

MIPS?

MIPS: Million Instruction Per Second
Bài giảng KTMT

13/57


Máy tính cá nhân
 Là loại máy tính phổ biến nhất
Gồm:
 Máy tính để bàn (Desktop)
 Máy tính xách tay (Laptop)
Năm 1981: IBM giới thiếu máy tính IBMPC sử dụng bộ xử lý Intel 8088
Năm 1984: Apple đưa ra Macintosh sử
dụng bộ xử lý Motorola 68000
 Giá thành từ hàng trăm đến hàng nghìn
USD

Bài giảng KTMT

14/57


Personal Computer

Bài giảng KTMT

15/57


Máy chủ - Server
Là máy phục vụ
Dùng trong mạng theo mô hình
Client/Server
Tốc độ và hiệu năng tính toán cao
Dung lượng bộ nhớ lớn
Giá thành từ hàng nghìn đến hàng chục
triệu USD

Bài giảng KTMT

16/57


MiniComputer

Bài giảng KTMT

17/57


Supermini

NORD-5 1972
VAX 11/780

Bài giảng KTMT

18/57


Mainframe

Bài giảng KTMT

19/57


SuperComputer

Bài giảng KTMT

20/57


Máy tính nhúng
Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết
bị đó làm việc

Được thiết kế chuyên dụng
Ví dụ:
 Điện thoại di động
 Máy ảnh số
 Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa
 Router
Giá thành từ vài USD đến hàng trăm USD

Bài giảng KTMT

21/57


Máy tính nhúng

Router
Máy tính nhúng dùng cho
các ứng dụng công nghiệp
Bài giảng KTMT

22/57


1.2. Kiến trúc máy tính
Khái niệm: Kiến trúc – Cấu trúc -Tổ chức
Kiến trúc là những thuộc tính có thể can thiệp
bởi người lập trình.
Cấu trúc là những thuộc tính phần cứng trong
suốt với người lập trình (các tín hiệu điều
khiển, giao diện giữa máy tính với các thiết bị

ngoại vi, các kỹ thuật bộ nhớ).
Tổ chức máy tính: chỉ các khối, các đơn vị của
máy tính điện tử và sự liên kết giữa chúng
Bài giảng KTMT

23/57


Khái niệm: Kiến trúc-…
 Với một máy tính:
 Có thực hiện được phép nhân hay không
thuộc phạm trù kiến trúc máy tính;
 Thực hiện phép nhân bằng mạch nhân hay
mạch cộng thuộc phạm trù tổ chức máy tính.
 Kiến trúc máy tính là ngành khoa học nghiên
cứu việc thiết kế các thành phần cấu thành
nên máy tính điện tử.

Bài giảng KTMT

24/57


Kiến trúc máy tính
Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh:
Kiến trúc tập lệnh: nghiên cứu máy tính
theo cách nhìn của người lập trình
Tổ chức máy tính: nghiên cứu phần cứng
máy tính
 Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức

máy tính thay đổi rất nhanh.

Bài giảng KTMT

25/57