Giáo trình Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu

+ KIẾN TRÚC MÁY TÍNH MÔ TẢ MÔN HỌC  Môn 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 môn học = Điểm quá 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 giới thiệu vào năm 1970 Bao gồm nhiều model Có thể nâng cấp lên model đắt tiền và tốc độ nhanh hơn mà không cần bỏ đi các phần mềm gốc 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 Kiến trúc này được duy trì đến ngày nay trên các dòng 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 toàn 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 + 2.1 Chức năng  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) Data Movement Apparatus Operating Environment (source and destination of data) Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility Figure 1.1 A Functional View of the Computer + 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 ngoài. Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Điều khiển Di chuyển Lưu trữ Xử lý + Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Hoạt động (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. Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Điều khiển Di chuyển Lưu trữ Xử lý + Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Hoạt động (c) Xử lý dữ liệu vào/ra (Processing from/to storage) Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Di Chuyển Điều khiển Xử lý Lưu trữ + Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing 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. Movement Control (a) Storage Processing Movement Control (b) Storage Processing Movement Control (c) Figure 1.2 Possible Computer Operations Storage Processing Movement Control (d) Storage Processing Di chuyển Điều khiển Lưu trữ Xử lý Máy tính MÁY TÍNH: - Lưu trữ - Xử lý 2.2 Cấu trúc +  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 thông tin – di chuyển dữ liệu giữa máy tính và môi trường bên ngoài 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 Máy tính gồm có bốn phần chính: + CPU  Bộ điều khiển (Control Unit - CU)  Điều khiển hoạt động của CPU và cả máy tính  Khối số học và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU)  Thực hiện chức năng xử lý dữ liệu  Thanh ghi (Registers)  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. Thành phần cấu trúc chính gồm: + Tổng kết  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 Chương 1 Giới thiệu chung + 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. + https://sites.google.com/site/phuongnh20589 + 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?