Giáo trình kiến trúc máy tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (331.79 KB, 7 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
Msc. Võ Văn Chín
ThS. Nguyễn Hồng Vân
KS Phạm Hữu Tài
<b>Giáo trình </b>
<b>KI</b>
<b>Ế</b>
<b>N TRÚC MÁY TÍNH</b>
<b>Đượ</b>
<b>c biên so</b>
<b>ạ</b>
<b>n trong khn kh</b>
<b>ổ</b>
<b> d</b>
<b>ự</b>
<b> án ASVIET002CNTT </b>
<b>”T</b>
<b>ă</b>
<b>ng c</b>
<b>ườ</b>
<b>ng hi</b>
<b>ệ</b>
<b>u qu</b>
<b>ả</b>
<b>đ</b>
<b>ào t</b>
<b>ạ</b>
<b>o và n</b>
<b>ă</b>
<b>ng l</b>
<b>ự</b>
<b>c t</b>
<b>ự</b>
<b>đ</b>
<b>ào t</b>
<b>ạ</b>
<b>o c</b>
<b>ủ</b>
<b>a sinh viên </b>
<b>khoa Công ngh</b>
<b>ệ</b>
<b> Thông tin - </b>
<b>Đạ</b>
<b>i h</b>
<b>ọ</b>
<b>c C</b>
<b>ầ</b>
<b>n th</b>
<b>ơ</b>
<b>” </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>
<i>Kiến trúc máy tính</i> <b> Mục lục</b>
<b>M</b>
<b>Ụ</b>
<b>C L</b>
<b>Ụ</b>
<b>C </b>
*****
<b>MỤC LỤC ...2</b>
<b>GIỚI THIỆU TỔNG QUAN...5</b>
<b>GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ...5</b>
<i>MỤC ĐÍCH</i>...5
<i>YÊUCẦU</i>...5
<i>NỘIDUNG</i>...6
<i>KIẾNTHỨCTIÊNQUYẾT</i>...6
<i>TÀILIỆUTHAMKHẢO</i>...6
<i>PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP</i>...6
<i><b>CH</b><b>ƯƠ</b><b>NG I</b></i><b>: ĐẠI CƯƠNG ...7</b>
I.1CÁCTHẾHỆMÁYTÍNH...7
<i>a.</i> <i>Thế hệđầu tiên (1946-1957)...7</i>
<i>b.</i> <i>Thế hệ thứ hai (1958-1964) ...8</i>
<i>c.</i> <i>Thế hệ thứ ba (1965-1971) ...8</i>
<i>d.</i> <i>Thế hệ thứ tư (1972-????)...8</i>
<i>e.</i> <i>Khuynh hướng hiện tại ...8</i>
I.2PHÂNLOẠIMÁYTÍNH...9
I.3THÀNHQUẢCỦAMÁYTÍNH ...10
QUILUẬTMOOREVỀSỰPHÁTTRIỂNCỦAMÁYTÍNH ...10
I.4-THƠNGTINVÀSỰMÃHỐTHƠNGTIN...12
<i>I.4.1 - Khái niệm thơng tin...12</i>
<i>I.4.2 - Lượng thơng tin và sự mã hố thơng tin ...13</i>
<i>I.4.3 - Biểu diễn các số: ...13</i>
<i>I.4.4 Số nguyên có dấu...16</i>
<i>I.4.5 - Cách biểu diễn số với dấu chấm động:...17</i>
<i>I.4.6 - Biểu diễn các số thập phân ...19</i>
<i>I.4.7 - Biểu diễn các ký tự...19</i>
<b>CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG I ...22</b>
<i><b>CH</b><b>ƯƠ</b><b>NG II:</b></i><b> KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ...23</b>
II.1-THÀNHPHẦNCƠBẢNCỦAMỘTMÁYTÍNH...23
II.2-ĐỊNHNGHĨAKIẾNTRÚCMÁYTÍNH...25
II.3-CÁCKIỂUTHIHÀNHMỘTLỆNH ...25
II.4-KIỂUKIẾNTRÚCTHANH GHI ĐADỤNG...27
II.5-TẬPLỆNH...27
<i>II.5.1 - Gán trị...28</i>
<i>II.5.2 - Lệnh có điều kiện ...29</i>
<i>II.5.3 - Vòng lặp...30</i>
<i>II.5.4 - Thâm nhập bộ nhớ ngăn xếp...31</i>
<i>II.5.5 - Các thủ tục...31</i>
</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>
II.7-KIỂUCỦATOÁNHẠNGVÀCHIỀUDÀICỦATOÁNHẠNG ...34
II.8-TÁCVỤMÀLỆNHTHỰCHIỆN ...34
II.9-KIẾNTRÚCRISC(REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) ...35
II.10-KIỂUĐỊNHVỊTRONGCÁCBỘXỬLÝRISC...37
<i>II.10.1 - Kiểu định vị thanh ghi...37</i>
<i>II.10.2 - Kiểu định vị tức thì...37</i>
<i>II.10.3 - Kiểu định vị trực tiếp ...38</i>
<i>II.10.4 - Kiểu định vị gián tiếp bằng thanh ghi + độ dời ...38</i>
<i>II.10.5 - Kiểu định vị tự tăng ...38</i>
II.11- NGÔNNGỮCẤPCAOVÀNGÔNNGỮMÁY...39
<b>CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG II ...41</b>
<i><b>CH</b><b>ƯƠ</b><b>NG III</b></i><b>: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ ...42</b>
III.1.ĐƯỜNGĐICỦADỮLIỆU...42
III.2.BỘĐIỀUKHIỂN ...44
<i>III.2.1. Bộđiều khiển mạch điện tử...44</i>
<i>III.2.2. Bộđiều khiển vi chương trình: ...45</i>
III.3.DIỄNTIẾNTHIHÀNHLỆNHMÃMÁY ...46
III.4.NGẮTQNG(INTERRUPT)...47
III.5.KỸTHUẬTỐNGDẪN(PIPELINE)...48
III.6.KHĨKHĂNTRONGKỸTHUẬTỐNGDẪN...49
III.7.SIÊUỐNGDẪN...51
III.8.SIÊUVƠHƯỚNG(SUPERSCALAR)...52
III.9.MÁYTÍNHCĨLỆNHTHẬTDÀIVLIW(VERYLONGINSTRUCTION
WORD)...53
III.10.MÁYTÍNHVECTƠ...53
III.11.MÁYTÍNHSONGSONG ...53
III.12KIẾNTRÚCIA-64 ...59
<i>a)</i> <i>Đặc trưng của kiến trúc IA-64: ...59</i>
<i>b)</i> <i>Định dạng lệnh trong kiến trúc IA-64 ...60</i>
<b>CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG III...62</b>
<i><b>CH</b><b>ƯƠ</b><b>NG IV:</b></i><b> CÁC CẤP BỘ NHỚ...63</b>
IV.1.CÁCLOẠIBỘNHỚ...63
IV.2.CÁCCẤPBỘNHỚ...65
IV.3.XÁCSUẤTTRUYCẬPDỮLIỆUTRONGBỘNHỚTRONG ...66
IV.4.VẬNHÀNHCỦACACHE...67
IV.5.HIỆUQUẢCỦACACHE...72
IV.6.CACHEDUYNHẤTHAYCACHERIÊNGLẺ...73
IV.7.CÁCMỨCCACHE...73
IV.8.BỘNHỚTRONG...74
IV.9.BỘNHỚẢO...75
IV.10.BẢOVỆCÁCTIẾNTRÌNHBẰNGCÁCHDÙNGBỘNHỚẢO...79
<b>CÂU HỎI ƠN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG IV ...81</b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>
<i>Kiến trúc máy tính</i> <b> Mục lục</b>
V.1.DẪNNHẬP ...82
V.2.ĐĨATỪ...82
V.3.ĐĨAQUANG ...84
V.4.CÁCLOẠITHẺNHỚ...86
V.5.BĂNGTỪ...86
V.6.BUSNỐINGOẠIVIVÀOBỘXỬLÝVÀBỘNHỚTRONG ...87
V.7.CÁCCHUẨNVỀBUS...89
V.8.GIAODIỆNGIỮABỘXỬLÝVỚICÁCBỘPHẬNVÀORA...90
V.9.MỘTSỐBIỆNPHÁPANTỒNDỮLIỆUTRONGVIỆCLƯUTRỮTHƠNG
TINTRONGĐĨATỪ...91
</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>
<b>GI</b>
<b>Ớ</b>
<b>I THI</b>
<b>Ệ</b>
<b>U T</b>
<b>Ổ</b>
<b>NG QUAN </b>
<b>GIÁO TRÌNH KI</b>
<b>Ế</b>
<b>N TRÚC MÁY TÍNH </b>
<i><b>M</b><b>Ụ</b><b>C </b><b>Đ</b><b>ÍCH </b></i>
Giáo trình này nhằm trang bị cho người đọc các nội dung chủ yếu sau:
¾ Lịch sử phát triển của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại máy
tính. Cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểu
diễn các ký tự.
¾ Giới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, khái niệm về kiến
trúc máy tính, tập lệnh. Các kiểu kiến trúc máy tính: mơ tả kiến trúc, các kiểu định vị.
¾ Giới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý
hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máy
và một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vơ hướng, máy tính có
lệnh thật dài, máy tính véc-tơ, xử lý song song và kiến trúc IA-64.
¾ Giới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính.
¾ Giới thiệu một số thiết bị lưu trữ ngoài như: đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng từ.
Hệ thống kết nối cơ bản các bộ phận bên trong máy tính. Cách giao tiếp giữa các ngoại vi
và bộ xử lý.
¾ Phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài.
<i><b>YÊU C</b><b>Ầ</b><b>U </b></i>
Sau khi học xong môn học này, người học được trang bị các kiến thức về:
¾ <i>S</i>inh viên được trang bị kiến thức về lịch sử phát triển của máy tính, các thế hệ
máy tính và cách phân loại máy tính. Nắm vững các khái niệm cơ bản liên quan đến các
hệ thống số được dùng trong máy tính. Thành thạo các thao tác biến đổi số giữa các hệ
thống số.
¾ Sinh viên có kiến thức về các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính,
khái niệm về kiến trúc máy tính, tập lệnh. Nắm vững các kiến thức về các kiểu kiến trúc
máy tính, các kiểu định vị được dùng trong kiến trúc, loại và chiều dài của toán hạng, tác
vụ mà máy tính có thể thực hiện. Phân biệt được hai loại kiến trúc: CISC (Complex
Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer). Các kiến thức cơ
bản về kiến trúc RISC, tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính.
¾ Sinh viên phải nắm vững cấu trúc của bộ xử lý trung tâm và diễn tiến thi hành
một lệnh mã máy, vì đây là cơ sở để hiểu được các hoạt động xử lý lệnh trong các kỹ
thuật xử lý thông tin trong máy tính.
¾ Sinh viên phải hiểu được các cấp bộ nhớ và cách thức vận hành của các loại bộ
nhớđược giới thiệu để có thểđánh giá được hiệu năng hoạt động của các loại bộ nhớ.
</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>
<i>Kiến trúc máy tính</i> <i>Chương V:</i><b>Nhập xuất</b>
v). <i><b>RAID 5:</b></i> yêu cầu thiết lập giống như RAID 4, dữ liệu được ghi từng khối trên
các đĩa thành viên, các bit chẵn lẻđược tính tốn mức độ khối được ghi trải đều lên trên
tất cả các ổđĩa trong mảng. Tương tự RAID 4, khi một đĩa bất kỳ trong mảng bị hư hỏng,
hệ thống vẫn hoạt động bình thường. Khi thay thế một đĩa mới vào mảng, căn cứ vào dữ
liệu trên các đĩa còn lại, hệ thống tái tạo thông tin. Hiệu suất sử dụng đĩa cho cách thiết
lập này là n-1/n. RAID 5 chỉ có thểđược thiết lập bằng phần cứng (RAID controller). Cơ
chế này khắc phục được khuyết điểm đã nêu trong cơ chế RAID 4.
vi). <i><b>RAID 6:</b></i> Trong kỹ thuật này, cần có n+2 đĩa trong mảng. Trong đó, n đĩa dữ
liệu và 2 đĩa riêng biệt để lưu các khối kiểm tra. Một trong hai đĩa kiểm tra dùng cơ chế
kiểm tra như trong RAID 4&5, đĩa còn lại kiểm tra độc lập theo một giải thuật kiểm tra.
Qua đó, nó có thể phục hồi được dữ liệu ngay cả khi có hai đĩa dữ liệu trong mảng bị hư
hỏng.
Hiện nay, RAID 0,1,5 được dùng nhiều trong các hệ thống. Các giải pháp RAID
trên đây (trừ RAID 6) chỉđảm bảo an tồn dữ liệu khi có một đĩa trong mảng bị hư hỏng.
Ngoài ra, các hư hỏng dữ liệu do phần mềm hay chủ quan của con người khơng được đề
cập trong chương trình. Người dùng cần phải có kiến thức đầy đủ về hệ thống để các hệ
thống thông tin hoạt động hiệu quả và an toàn.
*****
B16
P(12-15)
B9
B5
Block1
P(16-19)
B12
B8
B4
Block 0
B17
B13
P(8-11)
B6
Block2
B18
B14
B10
P(4-7)
Block3
B19
B15
B11
B7
P(0-3)
<i><b>Hình V.13: RAID 5</b></i>
Q(16-19)
P(12-15)
B9
B5
Block1
B19
B15
B11
B7
Q(0-3)
P(16-19)
B12
B8
B4
Block 0
B16
Q(12-15)
P(8-11)
B6
Block2
B17
B13
Q(8-11)
P(4-7)
Block3
B18
B14
B10
Q(4-7)
P(0-3)
</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>
<b>CÂU H</b>
<b>Ỏ</b>
<b>I ÔN T</b>
<b>Ậ</b>
<b>P VÀ BÀI T</b>
<b>Ậ</b>
<b>P CH</b>
<b>ƯƠ</b>
<b>NG V </b>
<b>***** </b>
1. Mô tả vận hành của ổđĩa cứng. Cách lưu trữ thông tin trong ổđĩa cứng
2. Mơ tả các biện pháp an tồn trong việc lưu trữ thông tin trong đĩa cứng.
3. Nguyên tắc vận hành của đĩa quang. Ưu khuyết điểm của các loại đĩa quang.
4. Thơng thường có bao nhiêu loại bus? Tại sao phải có các chuẩn cho các bus
vào ra?
5. Thế nào là chủ nhân của bus? Khi bus có nhiều chủ nhân thì làm thế nào để
giải quyết tranh chấp bus?
</div>
<!--links-->
