Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 1: Mở đầu

KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Computer Architecture
GV: Đồn Thị Quế
Bộ mơn: Kỹ thuật máy tính & mạng

1


Mục tiêu và thời lượng môn học


Kiến thức:






Kĩ năng:






Hiểu được các hoạt động xử lý lệnh trong các kỹ thuật xử lý thơng tin trong
máy tính
Đánh giá được hiệu năng hoạt động của máy tính

Thái độ:




Sinh viên có kiến thức cơ bản về tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạt động
của các thành phần trong máy tính
Nắm vững cấu trúc của bộ xử lý trung tâm, diễn tiến thi hành lệnh, cấu trúc tập
lệnh, các phương pháp định địa chỉ, cách thức vận hành của các loại bộ nhớ
và cách giao tiếp giữa thiết bị ngoại vi và bộ xử lý.

Nhận thức được tầm quan trọng của môn học, từ đó có thái độ nghiêm túc,
ham thích học tập và rèn luyện.

Thời lượng: 2 tín chỉ
2


Nội dung









Chương
Chương
Chương
Chương

Chương
Chương

1:
2:
3:
4:
5:
6:

Mở đầu
Hệ thống máy tính
Biểu diễn thông tin trong máy tính
Bộ xử lý trung tâm
Hệ thớng nhớ
Hệ thớng vào ra

3


Yêu cầu và đánh giá môn học
Yêu cầu đối với sinh viên:






Dự lớp theo qui chế.
Hoàn thành các bài tập được giao.

Đánh giá môn học:






Chuyên cần: 10%
Đánh giá giữa kỳ: 30%
Thi cuối kỳ: 60%

4


Tài liệu tham khảo
1. Stallings, William. Computer organization and
architecture: designing for performance. 2010,
8th edition.
2. Andrew S. Tanenbaum. Structured Computer
Organization. 2013, 6th edition.
3. Hennessy, John L., and David A.
Patterson. Computer architecture: a
quantitative approach. 2012, 5th edition.
5


Chương 1: Mở đầu
1.1. Khái niệm và phân loại máy tính

1.2 Lịch sử phát triển của máy tính
1.3 Luật Moore
1.4 Kiến trúc và tổ chức
1.5 Đánh giá hiệu năng

6


1.1 Khái niệm và phân loại máy
tính
1. Khái niệm máy tính




Máy tính (Computer) là một thiết bị được sử
dụng để thực hiện các phép biến đổi toán
học, thí dụ: bàn tính, máy tính bỏ túi, máy vi
tính
Ngày nay, khi nói đến máy tính chúng ra
ngầm hiểu là máy vi tính

7


1. Khái niệm máy tính


Máy tính thực hiện các công việc sau:






Nhận thơng tin,
Xử lý thơng tin theo chương trình nhớ sẵn bên
trong,
Đưa thông tin ra.

 Máy tính hoạt động theo chương trình

8


1. Khái niệm máy tính


Máy tính bao gồm:






Phần cứng (Hardware): gồm các đới tượng vật lý
hữu hình như vi mạch, bản mạch in, dây cáp nới, bộ
nhớ, màn hình, …
Phần mềm (Software): gồm các thuật giải và sự
thể hiện trên máy tính là các chương trình
 Chương trình: gồm một tập các lệnh (hay chỉ thị Instruction) nằm trong bộ nhớ để yêu cầu máy

tính thực hiện một công việc cụ thể
Phần sụn (Firmware): Là phần mềm được nhúng
vào trong các mạch điện tử trong quá trình chế tạo
các mạch điện tử này
9


2. Phân loại máy tính


Thường phân loại theo tốc độ xử lý:


Phân loại truyền thớng:





Siêu máy tính (Supercomputer)
Máy tính lớn (Mainframe computer)
Máy tính nhỏ (Minicomputer)
Máy vi tính (Microcomputer)

10


Siêu máy tính (Supercomputer)





Tớc độ xử lý rất nhanh
Tớc độ thực hiện các phép tính số dấu
phẩy động (FLOPS – Floatting point
Operations Per Second) cực lớn
Tham khảo:
/>nh
11


Máy tính lớn (Mainframe computer)






Được thiết kế để giải các bài toán lớn với tốc
độ rất nhanh
Sử dụng kỹ thuật xử lý song song với rất
nhiều bộ xử lý, có hệ thống vào-ra mạnh, bộ
nhớ dung lượng lớn
Thường được sử dụng để điều khiển các hệ
thống thiết bị dùng trong qn sự, chương
trình nghiên cứu vũ trụ, xử lý thơng tin trong
ngành ngân hàng, khí tượng, bảo hiểm
12

Máy tính nhỏ (Minicomputer)




Là dạng thu nhỏ về kích thước cũng
như tính năng của máy tính lớn
Dùng cho các tính toán khoa học kỹ
thuật, gia công dữ liệu qui mô nhỏ

13


Máy vi tính (Microcomputer)






Bộ xử lý trung tâm (CPU) là chip vi xử lý
Kích thước nhỏ
Tốc độ tính toán đủ cao
Phù hợp cho một người dùng
Còn được gọi là máy tính cá nhân PC
(Personal computer)

14

Phân loại hiện đại




Máy tính cá nhân (Personal Computer)
Máy chủ (Server Computer)
Máy tính nhúng (Embedded Computer)

15


Máy tính cá nhân PC



Là loại máy tính phổ biến nhất
Các loại máy tính cá nhân:




Máy tính để bàn (Desktop)
Máy tính xách tay (Laptop)

16


Máy chủ (Server Computer)







Thực chất là máy phục vụ
Dùng trong mạng theo mơ hình Client/Server
Tớc độ và hiệu năng tính toán cao
Dung lượng bộ nhớ lớn
Độ tin cậy cao

17


Máy tính nhúng (Embedded Computer)







Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết
bị đó làm việc
Hệ thớng sử dụng vi xử lý nhưng không phải là vi
xử lý đa năng
Được thiết kế chuyên dụng
Ví dụ:






Điện thoại di động
Máy ảnh sớ
Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hồ nhiệt độ
Router – bộ định tuyến trên mạng
18


Chương 1: Mở đầu
1.1. Khái niệm và phân loại máy tính

1.2 Lịch sử phát triển của máy tính
1.3 Luật Moore

1.4 Kiến trúc và tổ chức
1.5 Đánh giá hiệu năng
19


1.2 Lịch sử phát triển của máy tính
điện tử










Thế hệ thứ nhất: Máy tính dùng đèn điện tử chân
khơng (1945-1955)
Thế hệ thứ hai: Máy
tính dùng các linh kiện bán
dẫn như transistor (1955-1965)
Thế hệ thứ ba: Máy tính dùng vi mạch SSI,MSI
(1965-1980)
Thế hệ thứ tư (từ 1980 đến nay): Máy tính dùng vi
mạch VLSI (Very Large Scale Integration), ULSI
(Ultra Large Scale Integration)

Tham khảo: Stallings W., ”Computer organization and
architecture: designing for performance,” Pearson,
2010, pp.17-38.

20


1.2 Lịch sử phát triển của máy
tính điện tử




Câu 1: Dựa vào yếu tớ nào người ta phân
chia máy tính thành các thế hệ?

Câu 2: Đặc trưng cơ bản của từng thế hệ
máy tính?

21


Thế hệ thứ nhất (1946-1957)






Linh kiện là đèn điện tử chân không
Cấu trúc mạch rời
Bộ nhớ chính sử dụng rơ le điện
Thời gian thao tác cỡ ms
Thí dụ: ENIAC, IAS

22


Máy tính ENIAC








Máy tính điện tử đầu tiên
Bắt đầu từ năm 1943, hoàn thành năm 1946,
sử dụng đến năm 1955 thì bị hỏng
Electronic Numerical Integrator And
Computer (máy điện toán và tích hợp sớ
dạng điện tử)
Dự án của Bộ Q́c phịng Mỹ
Do John Mauchly và John Presper Eckert ở
Đại học Pennsylvania thiết kế.
23


Máy tính ENIAC (tiếp)






Nặng 30 tấn, Kích thước 140 m2
18000 đèn điện tử và 1500 rơle
5000 phép cộng/giây
Bộ nhớ chỉ lưu trữ dữ liệu
Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của
các chuyển mạch và các cáp nối.

24

Đèn điện tử chân không

25