Msc. Võ Văn ChínThS. Nguyễn Hồng VânKS Phạm Hữu TàiGiáo trìnhKIẾN TRÚC MÁY TÍNHĐược biên soạn trong khuôn khổ dự án ASVIET002CNTT”Tăng cường hiệu quả đào tạo và năng lực tự đào tạo của sinh viênkhoa Công nghệ Thông tin - Đại học Cần thơ”Đại học Cần Thơ - 12/2003 Kiến trúc máy tính Mục lụcMỤC LỤC*****MỤC LỤC 2GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .5GIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNH .5MỤC ĐÍCH 5YÊU CẦU . 5NỘIDUNG 6KIẾN THỨC TIÊNQUYẾT 6TÀILIỆUTHAM KHẢO 6PHƯƠNGPHÁP HỌC TẬP 6CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG .7I.1 CÁCTHẾ HỆ MÁY TÍNH . 7a. Thế hệ đầu tiên (1946-1957) 7b. Thế hệ thứ hai (1958-1964) . 8c. Thế hệ thứ ba (1965-1971) 8d. Thế hệ thứ tư (1972-????) . 8e. Khuynh hướng hiện tại 8I.2 PHÂNLOẠI MÁY TÍNH . 9I.3 THÀNH QUẢ CỦA MÁYTÍNH . 10QUILUẬT MOOREVỀ SỰ PHÁTTRIỂNCỦA MÁY TÍNH . 10I.4- THÔNG TINVÀSỰ Mà HOÁTHÔNG TIN 12I.4.1 - Khái niệm thông tin . 12I.4.2 - Lượng thông tin và sự mã hoá thông tin . 13I.4.3 - Biểu diễn các số: . 13I.4.4 Số nguyên có dấu 16I.4.5 - Cách biểu diễn số với dấu chấm động: .17I.4.6 - Biểu diễn các số thập phân . 19I.4.7 - Biểu diễn các ký tự 19CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG I 22CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ .23II.1 - THÀNHPHẦN CƠ BẢNCỦAMỘTMÁY TÍNH 23II.2 - ĐỊNH NGHĨA KIẾNTRÚCMÁY TÍNH . 25II.3 - CÁCKIỂU THIHÀNHMỘTLỆNH . 25II.4 - KIỂU KIẾNTRÚCTHANH GHI ĐA DỤNG 27II.5 - TẬPLỆNH 27II.5.1 - Gán trị 28II.5.2 - Lệnh có điều kiện . 29II.5.3 - Vòng lặp .30II.5.4 - Thâm nhập bộ nhớ ngăn xếp 31II.5.5 - Các thủ tục .31 II.6 - CÁCKIỂU ĐỊNH VỊ 332 Kiến trúc máy tính Mục lụcII.7 - KIỂU CỦATOÁN HẠNGVÀCHIỀU DÀICỦATOÁN HẠNG 34II.8 - TÁCVỤ MÀLỆNHTHỰCHIỆN . 34II.9 - KIẾN TRÚC RISC ( REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) . 35II.10 -KIỂU ĐỊNH VỊ TRONGCÁCBỘ XỬ LÝ RISC . 37II.10.1 - Kiểu định vị thanh ghi 37II.10.2 - Kiểu định vị tức thì . 37II.10.3 - Kiểu định vị trực tiếp . 38II.10.4 - Kiểu định vị gián tiếp bằng thanh ghi + độ dời 38II.10.5 - Kiểu định vị tự tăng . 38II.11 - NGÔNNGỮ CẤP CAOVÀNGÔN NGỮ MÁY 39CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG II 41CHƯƠNG III: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ 42III.1. ĐƯỜNG ĐI CỦA DỮ LIỆU . 42III.2. BỘĐIỀUKHIỂN . 44III.2.1. Bộ điều khiển mạch điện tử . 44III.2.2. Bộ điều khiển vi chương trình: 45III.3. DIỄN TIẾNTHIHÀNHLỆNHMÃMÁY 46III.4. NGẮT QUÃNG(INTERRUPT) . 47III.5. KỸ THUẬT ỐNG DẪN (PIPELINE) . 48III.6. KHÓ KHĂN TRONG KỸ THUẬT ỐNG DẪN .49III.7. SIÊU ỐNG DẪN .51III.8. SIÊUVÔ HƯỚNG (SUPERSCALAR) 52III.9. MÁY TÍNHCÓLỆNH THẬTDÀI VLIW (VERY LONG INSTRUCTIONWORD) 53III.10. MÁY TÍNH VECTƠ . 53III.11. MÁY TÍNH SONG SONG . 53III.12KIẾN TRÚC IA-64 59a) Đặc trưng của kiến trúc IA-64: . 59b) Định dạng lệnh trong kiến trúc IA-64 . 60CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG III .62CHƯƠNG IV: CÁC CẤP BỘ NHỚ .63IV.1. CÁCLOẠI BỘ NHỚ 63IV.2. CÁCCẤP BỘ NHỚ 65IV.3.XÁCSUẤTTRUYCẬPDỮ LIỆUTRONGBỘ NHỚ TRONG 66IV.4.VẬNHÀNHCỦA CACHE 67IV.5.HIỆU QUẢ CỦA CACHE 72IV.6. CACHEDUYNHẤTHAYCACHE RIÊNGLẺ .73IV.7. CÁCMỨC CACHE 73IV.8. BỘ NHỚ TRONG . 74IV.9. BỘ NHỚẢO .75IV.10. BẢO VỆ CÁCTIẾNTRÌNHBẰNGCÁCHDÙNGBỘ NHỚ ẢO .79CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG IV .81 CHƯƠNG V: NHẬP - XUẤT 823 Kiến trúc máy tính Mục lụcV.1.DẪNNHẬP . 82V.2. ĐĨA TỪ 82V.3. ĐĨA QUANG . 84V.4.CÁCLOẠI THẺ NHỚ . 86V.5. BĂNG TỪ 86V.6.BUSNỐINGOẠI VIVÀO BỘ XỬ LÝ VÀBỘ NHỚ TRONG . 87V.7.CÁCCHUẨN VỀ BUS 89V.8.GIAODIỆN GIỮA BỘ XỬ LÝVỚI CÁCBỘ PHẬNVÀORA 90V.9. MỘTSỐ BIỆNPHÁP ANTOÀN DỮ LIỆUTRONG VIỆC LƯU TRỮ THÔNGTINTRONG ĐĨA TỪ 91CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG V .95 4 Kiến trúc máy tính Giới thiệu tổng quanGIỚI THIỆU TỔNG QUANGIÁO TRÌNH KIẾN TRÚC MÁY TÍNHMỤC ĐÍCHGiáo trình này nhằm trang bị cho người đọc các nội dung chủ yếu sau:Lịch sử phát triển của máy tính, các thế h ệ máy tính và cách phân loại máytính. Cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng được dùng để biểudiễn các ký tự.Giới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, khái niệm về kiếntrúc máy tính, tập lệnh. Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.Giới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lýhoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh mã máyvà một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng, máy tính cólệnh thật dài, máy tính véc-tơ, xử lý song song và kiến trúc IA-64.Giới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính.Giới thiệu một số thiết bị lưu trữngoài như:đĩa từ, đĩa quang, thẻ nhớ, băng từ.Hệ thống kết nối cơ bản các bộ phận bên trong máy tính. Cách giao tiếp giữa các ngoại vivà bộ xử lý.Phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bịlưu trữ ngoài.YÊU CẦUSau khi học xong môn học này, người học được trang bị các kiến thức về:Sinh viên được trang bị kiến thức về lịch sử phát triển củamáy tính, các thế hệmáy tính và cách phân loại máy tính. Nắm vững các khái niệm cơ bản liên quan đến cáchệ thống số được dùng trong máy tính. Thành thạo các thao tác biến đổi số giữa các hệthống số.Sinh viên có kiến thức về các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính,khái niệm về kiến trúc máy tính, tập lệnh. Nắm vững các kiến thức về các kiểu kiến trúcmáy tính, các kiểu định vị được dùng trong kiến trúc, loại và chiều dài của toán hạng, tácvụ mà máy tính có thể thực hiện. Phân biệt được hai loại kiến trúc: CISC (ComplexInstruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer). Các kiến thức cơbản về kiến trúc RISC, tổng quát tập lệnh của các kiến trúc máy tính.Sinh viên phải nắm vững cấu trúc của bộ xử lý trung tâm và diễntiến thi hànhmột lệnh mã máy, vì đây là cơ sở để hiểu được các hoạt động xử lý lệnh trong các kỹthuật xử lý thông tin trong máy tính.Sinh viên phải hiểu được các cấp bộ nhớ và cách thức vận hành của các loại bộnhớ được giới thiệu để có thể đánh giá được hiệu năng hoạt động của các loại bộ nhớ.Sinh viên phải nắm vững các kiến thức về hệ thống kết nối cơ bản các bộ phậnbên trong máy tính, cách giao tiếp giữa các ngoại vi và bộ xử lý. Biết được cấu tạo và cácvận hành của các loại thiết bị lưu trữ ngoài và phương pháp an toàn dữ liệu trên đĩa cứng. 5 Kiến trúc máy tính Giới thiệu tổng quanNỘI DUNGChươngI: ĐẠICƯƠNGLịch sử phát triển của máy tính, thông tin và sự mã hoá thông tin.ChươngII: KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝGiới thiệu các thành phần cơ bản của một hệ thống máy tính, kiến trúc máy tính, tậplệnh và các kiểu định vị cơ bản. Khái niệm về kiến trúc RISC và CISC, ngôn ngữ cấp caovà ngôn ngữ máy.Chương III: TỔ CHỨCBỘ XỬ LÝGiới thiệu cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên lý hoạtđộng của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Một số kỹ thuật xử lý thông tin.ChươngIV: CÁCCẤPBỘ NHỚGiới thiệu chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ máy tính.Chương V: NHẬP - XUẤTThiết bị ngoại vi: các thành phần và hệ thống liên kết. Phương pháp an toàn dữ liệutrên thiết bị lưu trữ ngoàiKIẾN THỨC TIÊN QUYẾT-KỸ THUẬT SỐ (TH 313)TÀI LIỆU THAM KHẢO1. Kiến trúc máy tính – Võ Văn Chín, Đại học Cần Thơ, 1997.2. Computer Architecture: A Quantitative Approach, A. Patterson and J. Hennesy,Morgan Kaufmann Publishers, 2nd Edition, 1996.3. Computer Otganization and Architecture: Designing for Performance, SixthEdtion, William Stallings, Prentice Hall.4. Principles of Computer Architecture, Miles Murdocca and Vincent Heuring(internet- http://iiusaedu.com).5. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Pattersonand Hennessy, Second Edition (internet-http://engronline.ee.memphis.edu).PHƯƠNG PHÁP HỌCTẬPDo giáo trình chỉ mang tính chất giới thiệu tổng quát nên người đọc cần đọc thêmcác tài liệu giới thiệu về kiến trúc cụ thể của các bộ xử lý. Người đọc cần tìm hiểu thêmcác hình ảnh và ví dụ minh hoạ trong các tài liệu liên quan để thấy được sâu hơn vấn đềđược đặt ra. 123doc.vn