Bài giảng Kiến trúc máy tính (ThS. Nguyễn Hằng Phương) Chương 1

+

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH


MƠ TẢ MƠN HỌC


Mơn học cơ sở ngành, cung cấp cho các sinh viên kiến thức nền tảng
về tổ chức và kiến trúc của máy tính



Thời lượng





Tổng số: 60 tiết



Lý thuyết: 45 tiết + Thực hành: 15 tiết.

Tài liệu học tập:

1.

Computer Organization and Architecture, William Stallings, 9th Edition

2.

Slide bài giảng



Đánh giá:

Điểm mơn học = Điểm q trình x 40% + Thi trắc nghiệm hết môn x 60%


+

NỘI DUNG
Chương 1 – Giới thiệu
Chương 2 – Sự phát triển của máy tính và hiệu năng
Chương 3 – Tổng quan về chức năng và kết nối trong máy tính
Chương 4 – Bộ nhớ Cache
Chương 5 – Bộ nhớ trong
Chương 6 – Bộ nhớ ngoài
Chương 7 – Vào/Ra
Chương 8 – Các hệ đếm
Chương 9 – Bộ xử lý số học
Chương 10 – Tập lệnh: Các đặc tính và chức năng
Chương 11 – Tập lệnh: Chế độ địa chỉ và khuôn dạng
Chương 12 – Tổ chức và chức năng bộ vi xử lý


+

Chương 1
Giới thiệu


1. Kiến trúc máy tính và Tổ chức máy tính


Kiến trúc là những thuộc tính mà lập trình viên có thể nhìn thấy
được, hoặc những thuộc tính có tác động trực tiếp đến việc
thực hiện của một chương trình.
 Bao gồm: Tập lệnh (tập các lệnh mã máy hoàn chỉnh có thể
hiểu và xử lý bởi bộ xử lý trung tâm); cách đánh địa chỉ bộ
nhớ; các thanh ghi; các định dạng địa chỉ và dữ liệu; cơ chế
I/O



Tổ chức là cách thực hiện các tính năng, hoặc các khối hoạt
động được kết nối như thế nào để thực hiện các đặc tính kiến
trúc.
 Bao gồm: Chi tiết phần cứng; Tín hiệu điều khiển; Giao diện
giữa máy tính và thiết bị ngoại vi; Công nghệ bộ nhớ


+

Kiến trúc IBM System/370
 Được

 Bao

giới thiệu vào năm 1970

gồm nhiều model

thể nâng cấp lên model đắt tiền và tốc độ nhanh hơn
mà không cần bỏ đi các phần mềm gốc

 Có

model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ
ngun kiến trúc do đó khách hàng khơng cần mua phần
mềm mới

 Các

 Kiến

trúc này được duy trì đến ngày nay trên các dịng
máy tính mainframe IBM


+

Kiến trúc Intel x86
 Bộ

vi xử lý Intel 8086 được giới thiệu vào năm 1978

 Kiến

trúc x86 gần như chiếm tồn bộ thị phần máy tính cá
nhân, máy workstation, server thậm chí siêu máy tính.



Các model mới tung ra được cải tiến kĩ thuật nhưng giữ nguyên
kiến trúc do đó khách hàng không cần mua phần mềm mới

Các model khác nhau trong 1 họ có cùng kiến trúc
Nhưng tổ chức khác nhau!


+

2. Cấu trúc và chức năng


Hệ thống cấp bậc
 Là tập hợp các hệ thống
con có liên quan với nhau



Bản chất cấp bậc của các
hệ thống phức tạp là cần
thiết cho cả thiết kế và mô
tả của chúng.



Nhà thiết kế chỉ cần làm
việc với từng cấp cụ thể của
hệ thống
 Mỗi cấp có cấu trúc và
chức năng riêng

 Cấu

trúc
Cách thức các thành
phần liên quan đến nhau

 Chức

năng
Hoạt động của từng
thành phần riêng của cấu
trúc


+

Operating Environment
(source and destination of data)

2.1 Chức năng


Data

Movement
Apparatus

Bốn chức năng cơ bản:
● Xử lý dữ liệu (Data
processing)
● Lưu trữ dữ liệu (Data
storage)
● Di chuyển dữ liệu
(Data movement)
● Điều khiển (Control)

Control
Mechanism

Data
Storage
Facility

Data
Processing
Facility


+

Di
Movement
chuyển

Hoạt động
(a)
Di chuyển dữ liệu
(Data movement)

Máy tính phải có khả năng
di chuyển dữ liệu giữa nó
và thế giới bên ngồi.

Điều
khiển

Control

Lưu
trữ

Processing
Xử lý

Storage

(a)
Figure 1.2 Possible Computer Operations


+

Di
Movement

Hoạt động

chuyển

(b)
Lưu trữ dữ liệu
(Data storage)

Máy tính phải tạm thời
lưu trữ những mẩu dữ
liệu đang làm việc tại bất
kỳ thời điểm nào.

Điều
khiển

Control

Lưu
Storage

Processing
Xử lý

trữ

(b)
Figure 1.2 Possible Computer Operations

+

Di
Movement
Chuyển

Hoạt động
(c)
Xử lý dữ liệu vào/ra

Điều
Control
khiển

(Processing from/to storage)

Lưu
Storage

Processing
Xử lý

trữ

(c)
Figure 1.2 Possible Computer Operations


+

Di
Movement
chuyển

Hoạt động
(d)
Xử lý dữ liệu
từ lưu trữ tới I/O

• Dữ liệu có thể có nhiều
dạng khác nhau và phạm
vi yêu cầu xử lý rất rộng.

Điều
Control
khiển

Lưu
trữ

Processing
Xử lý

Storage

(d)
Figure 1.2 Possible Computer Operations

MÁY TÍNH:
- Lưu trữ
- Xử lý

Máy tính


2.2 Cấu trúc


+
Máy tính gồm có
bốn phần chính:

 CPU – bộ xử lý trung tâm, điều

khiển hoạt động của máy tính và
thực hiện chức năng xử lý dữ liệu

 Bộ nhớ chính: lưu trữ dữ liệu.

Là tập hợp các ô nhớ, mỗi ô nhớ
có một số bit nhất định và chứa
thông tin mã hoá số nhị phân.

 I/O – bộ phận nhập xuất thơng

tin – di chuyển dữ liệu giữa máy
tính và mơi trường bên ngồi

Hệ thống kết nối (bus) – một số
cơ chế cung cấp cho việc truyền
đạt thông tin giữa CPU, bộ nhớ
chính và I/O





+

CPU



Bộ điều khiển (Control Unit - CU)


Thành phần cấu trúc
chính gồm:



Khối số học và logic (Arithmetic
and Logic Unit - ALU)




Thực hiện chức năng xử lý dữ liệu

Thanh ghi (Registers)




Điều khiển hoạt động của CPU và
cả máy tính

Cung cấp khả năng lưu trữ nội bộ
cho CPU

Các kết nối trong CPU


Một số cơ chế dùng để cung cấp
thông tin liên lạc giữa các khối CU,
ALU và thanh ghi.


Tổng kết

+

Giới thiệu chung

Chương 1


Tổ chức máy tính



Kiến trúc máy tính



Chức năng
 Xử lý dữ liệu
 Lưu trữ dữ liệu
 Di chuyển dữ liệu
 Điều khiển



Cấu trúc
 CPU
 Bộ nhớ chính
 I/O
 Kết nối hệ thống



Thành phần cấu trúc CPU
 Bộ điều khiển CU
 Khối số học và logic ALU
 Thanh ghi
 Kết nối CPU

+

Internet Resources
Web sites to look for
• WWW Computer Architecture Home Page.

• CPU Info Center.
• Processor Emporium.
• ACM Special Interest Group on Computer Architecture.
• IEEE Technical Committee on Computer Architecture.
• Intel Technology Journal.

• Manufacturer’s sites:
▫ Intel, IBM, etc.


+ />

+

Câu hỏi chương 1
1.

Phân biệt tổ chức máy tính và kiến trúc máy tính?

2.

Phân biệt cấu trúc máy tính và chức năng máy tính?

3.

Bốn chức năng chính của máy tính là gì?

4.

Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 máy tính?

5.

Kể tên các thành phần cấu trúc chính của 1 bộ xử lý?