LHB kientrucmaytinh ch1 v1

TS. Lê Hữu Bình
;

Huế, 9/2021

1


KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Tài liệu tham khảo

1. David A. Patterson, John L. Hennessy Computer Organization and Design,
Revised 4th edition, 2012.
2. William Stallings, Computer Organization and Architecture, 9th edition, 2013.
3. Nguyễn Kim Khánh, Bài giảng kiến trúc máy tính, Viện Cơng nghệ Thông tin và
Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Version: CA-2017.

2


KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Tài liệu tham khảo

3


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖ Máy tính (Computer): là thiết bị điện tử thực hiện các
chức năng sau:
➢ Nhận thông tin vào.

➢ Xử lý thông tin theo dãy các lệnh được nhớ sẵn bên
trong.
➢ Đưa thông tin ra.
❖ Chương trình (Program): Dãy các lệnh nằm trong bộ nhớ
để u cầu máy tính thực hiện cơng việc cụ thể nào đó.

→ Máy tính hoạt động theo chương trinh.
4


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản

5


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖ Phân loại máy tính

➢ Máy tính cá nhân (Personal Computers)
✓ Desktop computers, Laptop computers
✓ Máy tính đa dụng

➢ Máy chủ (Servers) – máy phục vụ
✓ Dùng trong mạng để quản lý và cung cấp các dịch vụ
✓ Hiệu năng và độ tin cậy cao
✓ Hàng nghìn đến hàng triệu USD

➢ Siêu máy tính (Supercomputers)

✓ Dùng cho tính tốn cao cấp trong khoa học và kỹ thuật
✓ Hàng triệu đến hàng trăm triệu USD

6


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖

Phân loại máy tính

➢

➢

➢

➢

Máy tính nhúng (Embedded Computers)
✓

Đặt ẩn trong thiết bị khác

✓

Được thiết kế chuyên dụng

Thiết bị di động cá nhân (PMD - Personal Mobile Devices)

✓

Smartphones, Tablet

✓

Kết nối Internet

Raspberry Pi 4 Model B

Điện tốn đám mây (Cloud Computing)
✓

Sử dụng máy tính qui mơ lớn (Warehouse Scale Computers), gồm rất nhiều servers kết nối với
nhau

✓

Cho các công ty thuê một phần để cung cấp dịch vụ phần mềm

Software as a Service (SaaS): một phần của phần mềm chạy trên PMD, một phần chạy
trên Cloud
7


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖ Kiến trúc máy tính

➢ Kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture): Nghiên cứu máy tính

theo cách nhìn của người lập trinh.
➢ Tổ chức máy tính (Computer Organization): Nghiên cứu thiết kế máy tính
ở mức cao (thiết kế CPU, hệ thống nhớ, cấu trúc bus, ...)
➢ Phần cứng (Hardware): Nghiên cứu thiết kế logic chi tiết và cơng nghệ
đóng gói của máy tính.

8


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và ngun lý cơ bản
❖ Mơ hình phận lớp máy tính

➢ Phần mềm ứng dụng
✓ Được viết theo ngôn ngữ bậc cao.

Phần mềm
ứng dụng

Người sử dụng

➢ Phần mềm hệ thống
✓ Chương trình dịch (Compiler): dịch mã ngơn
ngữ bậc cao thành ngôn ngữ máy.
✓ Hệ điều hành (Operating System).

Phần mềm
hệ thống

• Lập lịch cho các nhiệm vụ và chia sẻ tài nguyên.

• Quản lý bộ nhớ và lưu trữ.

• Điều khiển vào-ra.

➢ Phần cứng

Người
lập
trình

Người
lập trình
hệ thống

Phần cứng

✓ Bộ xử lý, bộ nhớ.
✓ Mô-đun vào-ra.

9


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖ Các mức của mã chương trình

➢ Ngơn ngữ bậc cao
✓ Mức trừu tượng gần với vấn đề cần giải quyết.
✓ Hiệu quả và linh động.

➢ Hợp ngữ (Assembly)
✓ Mô tả lệnh dưới dạng text.

➢ Ngôn ngữ máy
✓ Mô tả theo phần cứng.
✓ Lệnh và dữ liệu được mã hóa theo nhị phận.
Các mức của mã chương trình (nguồn10
[1])


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản
❖ Các thành phần cơ bản của máy tính

➢ Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU)
✓ Điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.

➢ Bộ nhớ chính (Main Memory)
✓ Chứa các chương trình đang thực hiện.

➢ Hệ thống vào/ra (Input/Output)
✓ Trao đổi thơng tin giữa máy tính với bên ngoài.

➢ Bus hệ thống (System bus)
✓ Kết nối và truyền tải thông tin.
11


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.1. Một số khái niệm và nguyên lý cơ bản

❖ Các thành phần cơ bản của máy tính

12


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của máy tính
❖ 1990s: Máy tính dùng đèn điện tử chân khơng.

➢ 1946: Máy tính đầu tiên ENIAC.
➢ 1952: Máy tính IAS theo kiến trúc Von Neumann.
❖ 1960s: Máy tính dùng transistors.

❖ 1970s: Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI và LSI.
➢ SSI - Small Scale Integration
➢ MSI - Medium Scale Integration

➢ LSI - Large Scale Integration
❖ 1980s: Máy tính dùng vi mạch VLSI (Very Large Scale Integration)
❖ 1990s đến nay: Máy tính dùng vi mạch ULSI (Ultra Large Scale Integration)
13


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Tổ chức máy tính (Computer Organization): Đề cập đến các khối chức năng
và sự kết nối giữa chúng để thực hiện các đặc tả kiến trúc (nghĩa là làm thế nào
hiện thực các tính năng kiến trúc).

THIẾT BỊ

NGOẠI VI

CPU

BỘ NHỚ

MODULE I/O

BUS HỆ THỐNG
14


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ CPU:
➢ Chức năng: Điều khiển mọi hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu.

➢ Thành phần cơ bản:
✓ CU (Control Unit) điều khiển hoạt động của máy tính theo chương trình đã định sẵn.
✓ ALU (Arithmetic & Logc Unit)thực hiện các phép toán số học và logic trên các dữ liệu
cụ thể.
✓ RF (Register File) lưu trữ dữ liệu tạm thời phục vụ cho hoạt động của CPU.
✓ BIU (Bus Interface Unit) kết nối và trao đổi dữ liệu giữa Bus bên trong và Bus bên
ngoài CPU.

15


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính

❖ Tốc độ xung nhịp của CPU:

16


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Thời gian thực hiện của CPU:

17


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Thời gian thực hiện của CPU:
➢ Bài tập 1:

18


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Số lệnh và số chu kỳ trên một lệnh:
➢ Số chu kỳ xung nhịp của chương trình:

19


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính

❖ Số lệnh và số chu kỳ trên một lệnh:
➢ Bài tập 2:

20


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Bộ nhớ:
➢ Chức năng: lưu trữ chương trình và dữ liệu.o

➢ Tổ chức : bộ nhớ được chia thành các ơ nhớ có kích thước bằng nhau và được
đánh địa chỉ. Mổi ơ nhớ có thể là 1 byte hoặc 1 từ máy (word), 1 word có thể là
1,2,4 hay 8 byte tùy theo nhà sản xuất máy tính.
➢ Thao tác cơ bản :
✓ Đọc dữ liệu (Read).
✓ Ghi dữ liệu(write).

➢ Các thành phần chính:
✓ Bộ nhớ trong (Internal Memory).
✓ Bộ nhớ ngoài (External Memory).

21


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Bộ nhớ trong:
➢ Chức năng và đặc điểm:
✓ Chứa thơng tin mà CPU có thể trao đổi trực tiếp.

✓ Tốc độ rất nhanh.
✓ Dung lương không lớn.
✓ Sử dụng bộ nhớ bán dẫn.

➢ Các loại bộ nhớ trong:
✓ Bộ nhớ chính(Main Memory) :
• RAM (Radom Access Memory)
• ROM (Read Only Memory)

✓ Bộ nhớ Cache (Cache Memory) hay bộ nhớ đệm.

22


Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Bộ nhớ ngồi:
➢ Chức năng và đặc điểm:
✓ Lưu trữ tài nguyên phần mềm máy tính.
✓ Được kết nối với hệ thống như thiết bị vào ra.
✓ Dung lượng rất lớn ( vài trăm GB)

✓ Tốc độ chậm.

➢ Các loại bộ nhớ:
✓ Bộ nhớ quang: CD, VCD, DVD,…

✓ Bộ nhớ bán dẫn: flash disk,…
23

Chương 1. Nhập mơn Kiến trúc máy tính
1.3. Tổ chức chung của máy tính
❖ Thiết bị ngoại vi:
➢ Chức năng: giao tiếp giữa máy tính với thế giới bên ngồi.

➢ Nhiệm vụ: chuyển đổi dạng dữ liệu từ bên ngoài thành dữ liệu máy tính và
ngược lại.
➢ Các thiết bị ngoại vi cơ bản
✓ Thiết bị nhập (input devices): keyboard, mouse…
✓ Thiết bị xuất (output devices): monitor, printer….
✓ TB truyền thông (communication sevices) Modem,..

✓ TB lưu trữ (storage devices)
24