1 KiÕn tróc m¸y tÝnh Computer Architecture Ths NguyÔn Quang Ninh Bé m«n Kü thuËt M¸y tÝnh Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin Tr­êng §¹i häc Vinh Vinh, 12/2004 2 Lưu ý quan trọng Bài giảng Kiến trúc máy tính này thuộc bản quyền của tác giả: Ths Nguyễn Quang Ninh Giảng viên Bộ môn Kỹ thuật máy tính Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Vinh Không được tự ý sao chép! Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng gửi về: Địa chỉ Khoa CNTT, Trường Đại học Vinh E-mail: ninhdhvinh@yahoo.com 3 Mục đích, yêu cầu Nghiên cứu các nguyên lý cơ bản của máy tính theo hai khía cạnh sau: Kiến trúc máy tính: các thuộc tính của máy tính theo cách nhìn của nhà lập trình Tổ chức máy tính: nghiên cứu các thành phần của máy tính, liên kết giữa các thành phần và hoạt động của máy tính Tìm hiểu kiến trúc Intel và và tổ chức của các máy tính dự trên kiến trúc Intel. Môn học yêu cầu sinh viên đ có kiến thức về Điện ã tử số và Lập trình cơ bản. Số đơn vị học trình: 4 (60 tiết) 4 Tµi liÖu tham kh¶o  William Stallings, Computer Organization and Architecture, 2003 (6 th edition).  John P. Hayes, Computer Architecture and Organization, 1998 (3 rd edition).  Mehdi R. Zargham, Computer Architecture - Single and Parallel Systems, 1996.  John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer Architecture - A Quantitative Approach, 1996 (2 nd edittion).  M. Morris Mano, Computer System Architecture, 2002 (3 rd edition).  TS NguyÔn Kim Kh¸nh, Slide bµi gi¶ng KTMT, Khoa CNTT, Tr­êng §HBK Hµ Néi.  Ths NguyÔn Quang Ninh, KiÕn tróc m¸y tÝnh, Tr­êng §¹i häc Vinh, 2000. 5 Nội dung bài giảng Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Biểu diễn DL & số học máy tính Chương 3: Bộ xử lý Chương 4: Kiến trúc tập lệnh Chương 5: Hệ thống nhớ Chương 6: Hệ thống vào/ra 6 KiÕn tróc m¸y tÝnh Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu chung 7 Nội dung chương 1 Máy tính và phân loại máy tính Kiến trúc và tổ chức máy tính Chức năng và cấu trúc của máy tính Hoạt động của máy tính Lịch sử phát triển máy tính. 8 Máy tính Máy tính (Computer) là thiết bị điện tử thực hiện các công việc sau: Nhận thông tin vào Xử lý thông tin theo chương trình được nhớ sẵn bên trong bộ nhớ Đưa thông tin ra Chương trình (Program): là d y các lệnh nằm trong ã bộ nhớ để yêu cầu máy tính thực hiện một công việc cụ thể Máy tính không tự thực hiện được nếu không có chương trình 9 M« h×nh c¬ b¶n cña m¸y tÝnh HÖ thèng nhí HÖ thèng vµo Bé xö lý HÖ thèng ra 10 Phần cứng máy tính Hệ điều hành Các CT tiện ích Các CT ứng dụng Người dùng Nhà lập trình Nhà thiết kế HĐH Mô hình phân lớp của máy tính Phần cứng (Hardware): gồm toàn bộ hệ thống vật lý của máy tính Phần mềm (Software): gồm các chương trình và dữ liệu [...]... vi tính (Microcomputer) Máy tính nhỏ (Minicomputer) Máy tính lớn (Mainframe computer) Siêu máy tính (Supercomputer) 11 Phân loại máy tính Phân loại máy tính theo hiện đại: Máy tính để bàn (Desktop computer) Máy chủ (Server) Máy tính nhúng (Embedded computer) Desktop Server Embedded 12 Máy tính để bàn Được sử dụng cho nhiều mục đích: Xử lý văn bản, lướt Web, Multimedia, Tính toán, lập trình,... là PC Dung lượng vừa phải Giá thành: khoảng từ 500 USD đến 10 .000 USD 13 Máy chủ Được sử dụng trong các dịch vụ cao cấp: Lưu trữ file Tính toán lớn Xử lý tương tác, Web, Bao gồm: Nhiều bộ xử lý Nhiều đĩa cứng Giao tiếp mạng, Đặc điểm: Hiệu năng cao Độ tin cậy lớn Giá thành: khoảng từ hàng chục nghìn đến hàng chục triệu USD 14 Máy tính nhúng Là một phần của hệ thống lớn: Chứa trong... tổ chức thay đổi rất nhanh 17 Chức năng và cấu trúc của máy tính Chức năng máy tính: hoạt động của máy tính và của các thành phần Cấu trúc máy tính: bao gồm các thành phần của máy tính và liên kết giữa các thành phần Phương pháp nghiên cứu: tiếp cận hệ thống theo kiểu top-down 18 Chức năng cơ bản của máy tính Xử lý dữ liệu Lưu trữ dữ liệu Trao đổi dữ liệu Điều khiển 19 Cấu trúc tổng quát của... trăm nghìn USD 15 Kiến trúc và tổ chức máy tính Kiến trúc máy tính (computer architecture): nghiên cứu các đặc điểm MT theo cách nhìn của các nhà lập trình: Các thanh ghi và mô hình bộ nhớ Các kiểu dữ liệu Các lệnh Tổ chức máy tính (computer organization): nghiên cứu cách cài đặt hệ thống: Thiết kế BXL: đường dẫn DL, điều khiển, vi kiến trúc, Thiết kế hệ thống: BXL+bộ nhớ, vào/ra, 16 Kiến trúc... toán số học và các phép toán logic Tập thanh ghi (Registers Sets): lưu giữ các thông tin tạm thời trong quá trình hoạt động của máy tính 24 Tốc độ của BXL Số lệnh thực hiện được trong 1 giây: MIPS (Millions of Instructions Per Second) Trên thực tế thường được đánh giá gián tiếp thông qua tần số xung đồng hồ (nhịp, clock) cung cấp cho BXL làm việc 25 Hệ thống nhớ Chức năng: lưu trữ chương trình... lý Hệ thống vào ra (input/output system): trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài Bus liên kết hệ thống (system interconnection bus): kết nối và vận chuyển thông tin giữa ba thành phần trên 21 Bộ xử lý Chức năng: Điều khiển hoạt động của máy tính Xử lý dữ liệu Nguyên tắc hoạt động cơ bản: BXL hoạt động theo chương trình nằm sẵn trong bộ nhớ, gồm 2 bước cơ bản: Nhận lệnh từ bộ nhớ Giải... thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài Các thao tác cơ bản: Vào dữ liệu (Input) Ra dữ liệu (Output) Các thành phần chính: Các thiết bị ngoại vi (Peripherals) Các modul vào/ra (IO Modules) 31 Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào/ra Cổng IO Nối ghép với bus hệ thống Cổng IO Modul IO TBNV TBNV Cổng IO TBNV 32 Các thiết bị ngoại vi Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài . 1 KiÕn tróc m¸y tÝnh Computer Architecture Ths NguyÔn Quang Ninh Bé m«n Kü thuËt M¸y tÝnh Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin Tr­êng §¹i häc Vinh Vinh, 12 /2004. Architecture and Organization, 19 98 (3 rd edition).  Mehdi R. Zargham, Computer Architecture - Single and Parallel Systems, 19 96.  John L. Hennessy and